金 隆
（浙江省天台县教学研究室 浙江台州 317200）
真实情境才能产生真问题，引发真思考，激发学生的求知欲、想象力和好奇心。在问题解决的任务驱动下，学生发生深度学习，自主建构和巩固科学观念，习得科学技能和方法，养成科学态度和精神。基于科学观念形成的螺旋递进特点和科学观念体系的层次性、结构性、整体性和系统性原则，很多生物学教师都积极倡导和践行单元整体教学。
“绿色植物的物质和能量转换”是生命科学内容中的一个大概念，涵盖光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、植物形态结构和物质的吸收运输等众多绿色植物新陈代谢的下位概念群。下面以“涌泉的桔子为什么这么甜”为例，探讨基于真实情境下的单元整体生物学大概念复习。
①能再现并利用绿色植物的光合作用和呼吸作用两大核心概念群解释自然现象。
②设计测出“一定时间内绿色植物积累的有机物的质量”的实验方案。
③会利用数据绘制两大作用的曲线图；
能根据曲线图解释生产生活现象，改进生产生活技术。
④进一步建立和巩固物质和能量观、稳态和平衡观，强化“绿色开花植物的物质和能量转换”大概念。
本课时内容是科学学科“生命科学”部分中，“生物体内物质和能量的转换”主题下，专题“绿色开花植物的物质和能量转换”课程内容的第五、六、七条目，见表1。
表1 “绿色开花植物的物质和能量转换”课标要求与教材编排
科学探究的内容编排，主要是分散、隐含在整个初中科学的教材中。本课时的科学探究要素与达成目标，见表2。
表2 本课时涉及的科学探究要素与达成目标
本课时安排在九年级科学总复习时以专题形式进行。此时，学生已经初步理解和掌握了光合作用、呼吸作用等核心概念，会使用简单的平面直角坐标系等图表表征探究的过程和结果，能应用解释简单的科学现象，有初步的绿色植物的物质和能量转换观。
由于相对脱离劳动实践等真实情境，学生普遍缺乏将科学观念应用于改进生产技术的需要、理念和能力。教材将生物学同一大概念下众多下位概念群分散编排在不同年级、章节进行教学，也使得相关知识碎片化和割裂化。同时，学生利用平面直角坐标系表征实验结果或将其信息转换成语言文字的能力相对薄弱。教材文本呈现多以科学知识为主线，将科学态度、方法和精神隐蕴其中，这就要求教师在复习时加以显化和提炼，上升到科学哲学的普遍联系、对立统一等观点，如本专题复习内容中的物质和能量观、稳态和平衡观等。
4.1 设计思路
基于《课程标准》的要求和教材内容的编排，结合学情分析，按照知识问题化、问题情境化、情境生活化的原则，利用逆向教学设计原理，设计本课时知识序、思维序和教学序的教学思路如图1所示。
图1 “绿色植物的物质和能量转换”复习三序图
4.2 教学过程
4.2.1 创设真实的教学情境
教师询问学生：若选购一种本地著名水果接待客人，会选择什么？请说明理由。学生均认为是涌泉蜜橘，原因是甜。教师追提问：甜是什么？怎么来的？学生回答：“甜”是糖类等有机物，通过绿色植物的光合作用合成。
教学意图：涌泉蜜桔是当地时令的一个品牌水果。教师联系学生生活，激发学生的兴趣，在科学唤起、关联光合作用相关知识的同时，引导他们愉快、迅捷地进入学习和探究之中。
4.2.2 二次表示出问题，搭建学习支架
教师要求学生写出光合作用表达式，并请学生上讲台板演。接着，教师提问：绿色植物在光合作用下合成糖类，并转化成为蛋白质、脂肪等有机物组成植物体。由此是否可以得出“植物体内有机物量与光合作用产物量相等”的推论？事实并非如此，这是为什么？有机物去哪儿了？学生回答：植物等生命一刻不停地进行着呼吸作用消耗有机物。据此，教师总结：绿色植物合成的有机物，一部分组成自身物质，一部分作为其他生物的食物，还有一部分经呼吸作用分解释放能量，以供应自身生命活动。
教师要求学生写出呼吸作用表达式，并请学生上讲台板演。教师提问：这两大作用伴随着物质和能量的变化，促成“绿色开花植物的物质和能量转换”。它们的区别和联系是什么？学生填写任务单，比较光合作用和呼吸作用的区别和联系。
教学意图：教师通过将导入情境中的自然现象二次表征为“请写出绿色植物的光合作用和呼吸作用的表达式”“比较光合作用和呼吸作用的区别和联系”的任务，达成目标①检查学生对这两个核心概念的掌握水平，了解学情；
②唤醒学生的记忆，再现知识，明晰绿色植物体内有机物的来龙去脉，为学生解决新情境下的新问题提供知识准备；
③统整了两大作用的区别和联系，帮助学生建立普遍联系和对立统一的哲学认识，强化物质和能量观，有利于学生形成大概念“绿色植物物质和能量的转换”，为宏观解释植物的生长提供了知识支架。
4.2.3 创设探密任务，促进学生探究
通过以上科学知识的回顾和分析，学生已经可以得出“绿色植物积累的有机物，是其光合作用合成的有机物与呼吸作用分解的有机物之间的差量”。教师提问：是否能测出一定时间内绿色植物积累的有机物的质量？并请学生设计实验完成该任务。学生小组分组进行设计，教师指导和记录，按设计体现的不同知识和思维水平层次选取典型作品投屏展示，请学生代表说明设计原理、意图和操作，开展自评和互评。
教学意图：教师利用复习光合作用和呼吸作用俩大概念群后的逻辑推论——“绿色开花植物的净有机物积累量=光合作用合成量-呼吸作用消耗量”，升级任务，通过任务解决驱动学生思考设计实验方案，促成学生深度学习。学生在情境迁移应用中强化巩固了“绿色开花植物的物质和能量转换”的科学观念；
运用控制变量法、转换法和对照法等科学方法，重演“针对探究目的和条件，设计探究的思路，选择合适的方法”的心路历程；
通过方案的设计、展示、评价交流和改进，培育了分析、评价和创新等高阶思维，体悟求真求实、坚持不懈的科学精神和自由、平等、民主、友善的社会主义核心价值观。
4.2.4 建构模型
教师设置情景：为了更好地监测作物的生长情况，某科研小组记录了在一定光照下，大棚内某品种柑桔在不同温度时，单位面积绿叶光合作用每小时合成有机物的量和呼吸作用分解有机物的量，见表3。根据表中提供的数据，能发现什么？有什么建议？
表3 不同温度时单位绿叶面积光合作用的数据记录表
学生各抒己见后，教师要求学生利用表中数据，画出单位绿叶面积其光合作用每小时合成有机物的量和呼吸作用分解有机物的量随温度变化的曲线。学习小组制作展示，交流讨论，分析各组作品的优缺点，最后选出最优作品。根据曲线图，教师提问：观察曲线图，能够有什么新的发现？学生通过观察讨论，表达自己的观点和疑问。
教学意图：教师借助数学工具，能够将光合作用和呼吸作用的关系外显化并统整在平面直角坐标系中，明确二者之间的区别与联系，在明确植物生长缘于有机物光合作用合成量大于呼吸作用分解量的同时，促使学生进一步巩固“绿色开花植物的物质和能量转换”大概念，为生成更上位的“生物体内物质和能量的转换”大概念奠定基础，逐步培植物质和能量观、稳态和平衡观，最终形成超越于生物学基础知识之上的科学思维、精神和态度。活动在规范使用数学工具平面直角坐标系的同时，还培养和发展了学生运用数形结合、数形转换的方法来科学呈现实验探究结果，科学表述实验结论的能力。
4.2.5 迁移运用解决实际问题
教师回归课程开始的问题，请学生解释涌泉蜜桔甜的原因，并为柑桔的增产增收建言献策，并布置综合实践任务：调查涌泉蜜桔的品种、产地的气候、土壤条件及种植技术，进一步总结其成功经验，以便推广应用。
教学意图：教学以学生能解释、会应用“绿色开花植物的物质和能量转换”大概念来回应“涌泉橘子为什这么甜”的教学导入，使学习全程浸润在真实情境当中，促成主题式项目化深度学习的持续发生，让学生在巩固和发展科学观念、改进农业生产技术的同时，体悟“生活处处有科学，学好科学为生活”的科学态度、责任和担当；
在建设富裕浙江和实现中国梦的伟大历史使命任务驱动下，养成拓展、迁移、实践的创新思维品质和富强、文明、和谐的社会主义核心价值观。
基于大概念具有中心性、抽象性、统摄性和迁移性的特点，教师在不断挖掘隐藏于基础知识背景下的逻辑关系、思维方式、学科本质观念，在不同的问题情境中由上而下或由下而上丰富完善学生头脑中的大概念，帮助学生构建基于知识关联、认识思路、核心观念的内容结构。故复习教学不单单是唤醒、再现和巩固以往的知识，更是“连点成线、织线成网、能力提升、素养发展”。教师要将日常授课中的分散、分割、凌乱的知识点层次化、结构化、系统化，引导学生整体、宏观地建构和把握学科知识体系。以课程标准为要求，以大概念为统领，对出现在教材中的众多下位概念群加以重组、统整，可以有效实现上述复习课的功能。真实情境的素材引用和问题任务设置极大地促进了学生在学习中的主体地位，学生在解决一个个挑战性的任务中，能够学得主动、积极、深入、持续、有效；
同时能够在厚植家国情怀的基础上，激发使命担当的认同感和责任感，发展和形成社会主义核心价值观。