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基于科学思维的研究性学习设计——走近线粒体和叶绿体

发表时间：2021/9/2 来源：《现代中小学教育》2021年8月下作者：李霞孙晓燕

[导读] 核心素养导向的高中生物学教学，要求教师重视培养学生解决实际问题的意识，注重科学探究方法的应用和能力的培养。本文通过设置“走近线粒体和叶绿体”的研究性学习活动，旨在培养和强化学生的生命观念和科学思维等核心素养。

山东省淄博第十七中学李霞孙晓燕 255000

摘要：核心素养导向的高中生物学教学，要求教师重视培养学生解决实际问题的意识，注重科学探究方法的应用和能力的培养。本文通过设置“走近线粒体和叶绿体”的研究性学习活动，旨在培养和强化学生的生命观念和科学思维等核心素养。
关键词：科学思维线粒体叶绿体
        新一轮的课程改革中，基于对课程的价值追求，提出以核心素养为导向的教学。通过生物学课程教学培养学生的生物学核心素养，给学生留下对他们终生发展最有价值的东西。生物学科的核心素养主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面【1】。生物理论的学习离不开生物实验【2】，生物模型可在较短时间内引起学生的兴趣,帮助学生掌握知识点,形成完整的知识体系,从而提高生物教学效率【3】。“走近线粒体和叶绿体”的研究性学习活动，主要围绕以下几个方面进行。
        1学习情境研究性学习内容选自人教版高中生物学必修1第3章第2节细胞器——系统内的分工合作。线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细胞的“动力车间”。细胞生命活动所需的能量，大约95％来自线粒体。对于线粒体的深入理解有助于“细胞呼吸的原理和应用”的学习。叶绿体是绿色植物能进行光合作用的细胞含有的细胞器，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。叶绿体各部分结构与“光合作用”息息相关。有效完成“走近线粒体和叶绿体”的研究性学习活动，有利于学生进行人教版高中生物学必修1第5章第3节ATP的主要来源——细胞呼吸和必修1第5章第4节能量之源——光与光合作用的学习。
        2学习任务通过研究性学习报告和实验报告等形式，创设形象生动的教学氛围，充分发挥学生的自主学习能力。应用讲述法、比较法、实验探究法等，引导学生思考一系列问题，积极主动参与到学习中，完成以下任务——明确线粒体和叶绿体的结构；用高倍显微镜观察线粒体、叶绿体和细胞质的流动；小组合作制作线粒体和叶绿体的结构模型；研究课题过程和结果的评价。
        3学习过程第1阶段：小组编排。以自愿合作、自由结合为基础，教师根据学生的学习能力、交流合作能力和计算机使用情况等进行合理调配，分成异质型互助小组，以便研究性学习工作顺利开展。组合形式：4—6人一组，形成小组分工表，分工的基础上交流合作，发挥每个学生的特长。
        第2阶段：1.观察线粒体和叶绿体结构模式图。明确线粒体由内外两层单位膜包裹，外膜平整光滑，内膜向内折形成嵴，线粒体膜的内部为基质。叶绿体由双层膜包被，叶绿体膜内的基础物质称为基质。基质中悬浮着复杂的膜片层系统，其基本单位是由单位膜封闭形成的扁平小囊，称为类囊体。类囊体有规律地垛叠在一起的结构被称为基粒类囊体。贯穿在两个或两个以上基粒之间没有发生垛叠的类囊体称为基质类囊体。在此基础上，利用网络和图书等资源，初步了解线粒体和叶绿体的功能，体会结构与功能相适应的生物学理念，进一步明确线粒体和叶绿体的结构及其异同点,并列表比较。

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        2.制作临时装片，使用高倍镜进行观察线粒体、叶绿体和细胞质的流动实验。，科学思维实验材料工具的选择、明确实验方法步骤，正确使用高倍镜进行临时装片的观察，最终完成实验报告。用高倍镜显微镜观察叶绿体和细胞质的流动实验，选择新鲜的黑藻和控制适宜的温度是实验成功的关键。临时装片中的叶片要随时保持有水状态；水浴锅设定的温度不能过高；显微镜的光线调节要相对暗淡等。通过探究和实践，得出相关结论。例如，叶绿体大多呈椭球型，在不同光照条件下会改变方向。弱光下，以其椭球体的正面朝向光源，使得叶绿体在弱光下能接受较多的光照。得出结论，叶绿体的形态和分布有利于接受光照，进行光合作用。
        第3阶段：在明确线粒体和叶绿体结构的基础上，小组合作制作模型。构建线粒体和叶绿体的结构模型，属于构建真核细胞三维结构模型，这种物理模型的建构，以实物的形式，直观地表达线粒体和叶绿体的特征。线粒体和叶绿体的结构模型建构，需要学生先将线粒体和叶绿体的结构简化，把握其本质特征，按照一定的比例放大，将这些特征通过物理模型形象化、直观化表达。在制作模型的过程中，一定要充分理解“结构与功能相适应”的生物学观点、根据相似、简易、实用的原则，选择合适的材料和合适的方法，制订出完善的方案，形成初步建模的预设，并分配好工作任务。在制作模型过程中，学生根据原型的本质特征，利用橡皮泥、废旧物品、常见生活用品等材料，选择出适合用品。在构建模型的过程中，学生应遵循先框架后细节、的原则，按照各个元素制作的先后次序进行制作。同时，学生要明确模型的整体制作过程以及各个成员的任务分工，通过团结互助，共同完成模型的建构。教师在此过程中也要关注学生的动态，适时给予引导性的指导。此后，各小组展示制作的模型，阐述模型选材、制作过程及模型的优点，交流制作心得，提高学生的表达和倾听能力，鼓励学生积极发现问题、提出问题和修正问题。最后，各小组在讨论交流的基础上对模型进行进一步的修正。
        第4阶段：在前三个阶段的基础上，对小组的研究性学习报告和实验报告进行修订、补充和完善。小组进行研究性学习汇报，小组成员自评、组间互评和教师点评相结合，相互学习，查漏补缺。以评价表格百分制的形式进行评价，表格设置包括主要指标（权重）、评价标准描述、评价等级、学生自评、互评、师评等。具体评价内容包括：小组间合作协调的能力和沟通交流表达的能力；使用计算机及其他媒体查阅自己所需资源的能力；具备结构与功能相适应的生物学理念，正确制作模型的能力；正确使用高倍镜进行实验操作的能力；欣赏他人和自我反思提升的能力等。
        4教学反思要把学生的能力培养真正落到实处，需要把整个教学设计和教学活动的重心转向以学生为本。本文以研究性学习活动为主线，，模型制作旨在培养沟通、协作、动手及表达能力；模型展示旨在培养表达能力和批判性思考的能力；观察线粒体、叶绿体和细胞质的流动实验，总结实验中的成功和失败之处，旨在强化实验思维和使用高倍显微镜进行观察的能力。授课过程中，将评价贯穿始终，师评、自评和互评相结合。通过评价表格的使用，使学生监督自己学习。教师适时予以评价，及时鼓励和敦促，以便达到激发学生的学习积极性和能动性的目的。
参考文献：
【1】核心素养导向的高中生物学教学思考[J]. 周金成.生物学教学. 2018(43):8-9
【2】生物实验教学中学生思维方法与探究能力的培养[J]. 朱小燕.中学教学参考. 2013(32)
【3】例谈高中生物教学中的模型建构的方法和作用[J]. 张丹丹. 考试周刊. 2020(52)
作者简介：（李霞，1982.03，山东省威海荣成，汉族，硕士，中级教师，生物）
作者简介：（孙晓燕，1970,山东淄博，汉族，本科，高级教师，生物）