一、案例背景
《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》指出高中生物学核心素养包含生命观念、科学思维、科学探索、社会责任等几个方面，基于核心素养的高中生物学教学要立足学生本位，从学科教学特征和学情入手，搭建多样化的生物学教学平台，有效落实课程标准要求，提升高中生生物学综合素养。高中生物学内容难度有所提升，学生的知识积累、学习技能等也处于不断提升的状态，因此基于核心素养的高中生物学教学要坚持以学生为本的教学理念，以课堂探究、项目学习等为主要活动模式，有效促进高中生物学课堂教学质量的提升以及学生学科素养的发展。
二、案例分析
（一）教学价值
教师在生物学教学中运用探究式教学这种体验度较强的教学方式，一方面能够保证学生在课堂教学活动中获得非常完整的学习体验，达到提高学生学习综合质量的目标。另一方面课堂教学活动的组织与实施对提升学生的学习综合效果也能够产生积极影响。如在探究式课堂上，教师通过探究实验的组织与实施，帮助学生了解知识、学习知识并将知识应用于日常学习与实践活动中，从而达到提升高中生物学教学价值的目标。
通过探究式课堂教学模式的组织与实施，教师能够给学生创设自主学习的活动平台，将多样化教学方式应用于生物学课堂教学以及日常实践活动中，通过系统、多样化的活动模式夯实课堂学习效果，提高课堂学习的综合质量。
（二）教学目标
从核心素养四个维度入手，结合上述本章节内容的综合分析，教学目标设定如下：
生命观念：学生通过对光合作用的科学史和经典实验讨论分析，能用物质与能量观、结构与功能观等说明光合作用过程中的物质能量变化。
科学思维：学生通过光合作用过程中物质与能量的关系讨论、探索等，运用科学思维阐述光反应过程中的能量变化过程。
科学探究：学生通过组织探究实验活动，进一步深化对课堂内容的认知，从而提出解决问题的方案。
社会责任：学生在讨论、分析以及探究实验组织过程中能够进一步培养社会责任感。
三、教学过程预设
核心概念：植物细胞的叶绿体从太阳光中获得能量，这些能量在二氧化碳和水转变的过程中，随之转换为糖分子中的化学能。
任务一：叶绿体中的光合色素捕获光能
首先，教师创设具体的探究情境，引入“2020年5月8日，德国马普所和法国波尔多大学的研究人员在Science发表重磅成果：研究团队开发的自动化人造叶绿体组装平台，可以根据人们的需求制造出不同的人造叶绿体，不但可以吸收空气中的二氧化碳，而且可以根据人们的需求合成各种不同的有机物，如药物、燃料等”。随后，教师提出“叶绿体到底有什么作用呢？”的问题，引出恩格尔曼的实验，学生根据大屏幕上的资料初步了解实验内容与实验结果。在学生观察过程中，教师提出相应的问题，引导学生观察、提炼相关结论。比如，教师可以提问：“通过观察恩格尔曼的实验，有没有发现什么规律呢？好氧细菌最后都聚集在哪了呢？”（学生回答：“都聚集在了叶绿体接受光的部位。”）
其次，教师组织学生以小组为单位，针对恩格尔曼的实验的活动内容进行讨论。为了增强学生讨论活动的有效性，教师可以采用问题引导的方式，如问题1:好氧细菌聚集的原因是什么呢？（学生回答：聚集的部位产生了很多氧气。）问题2:好氧细菌聚集的区域有什么特点呢？（学生回答：黑暗、光照两种条件下好氧细菌会聚集在不同部位。）问题3:根据实验能得出什么结论呢？（学生回答：叶绿体接受光照会产生氧气、光合作用的场所在叶绿体……）问题4:概述一下什么是光合作用。（学生回答：光合作用是在叶绿体中进行的，在光照条件下，将水、二氧化碳合成有机物，同时生成氧气的过程。）
再次，讨论叶绿体的结构，以小组为基础讨论叶绿体与光合作用相适应的结构特点，学生通过小组讨论，先尝试画出叶绿体的结构图，随后分享自己小组讨论的结果。
最后，光合色素的提取和分离环节，教师安排小组结合学习任务单尝试提取色素，并安排相应的活动任务，利用台面上的菠菜叶、乙醇等进行综合实验：（1）提取叶绿体中的色素，并观察提取液的颜色。（2）用纸层析法分离叶绿体中的色素。结束后，每个小组进行成果展示，分享自己小组的收获，进行实验成果的交流。
（设计意图：通过师生互动以及学生小组探究活动的过程，借助实验探究的方式，鼓励学生在了解基本原理的前提下分析课程内容，在具体实践过程中将学生作为整个课堂活动的主体，教师作为参与者融入其中。相比以往单纯地观看演示实验的方式，学生在参与活动的过程中能够对叶绿体的相关知识产生较为深刻的了解，同时为后续的活动奠定基础。）
任务二：光反应能将光能转化为化学能，并释放氧气
第一，创设情境，“人工树叶核心是模仿树叶中的水的光解，将水在一定的电压下高效电解，产生氧气，同时产生质子和电子，然后两者还可以结合产生氢气……”在情境创设过程中，教师提出问题：植物细胞中水的光解是怎么发生的？光能如何转变成生物体能够利用的化学能呢？以问题引导学生参与后续的实验活动。
第二，实验引导环节，教师可设计知识复习环节，借助复习环节引导学生猜测内容，提出问题：光合作用是氧化还原反应，氧气中的氧来自水，结合人工树叶推测水光解还会产生什么？细胞呼吸中存在氢载体、还原剂NADH，推测叶绿体中是否也存在类似NADH的氢受体呢？受引导的学生提出假说：叶绿体中同样存在类似NADH的氢受体。
第三，实验探究环节，获得证据。教师作为实验参与者，先用PPT将希尔实验呈现出来，融入学生实践活动中，及时为学生提供指导和帮助，如播放叶绿体悬浮液的微课、指导学生显微镜的操作等。学生按照要求完善实验方案，并进行系统操作。教师在操作过程中提出问题，引导学生思考：（1）叶绿体的混悬液是怎么制作的？（2）如何确定你所提取的叶绿体是完整的？等等。教师通过一系列的问题探讨，引导学生描述出观察到的实验现象，达到提高学生观察能力和操作能力的目标。
第四，分析证据，建构模型。教师引导学生以小组为单位，交流展示实验结果，针对实验结论进行综合交流与展示，组织学生进行现场提问与答疑。教师利用PPT呈现出阿尔农的部分实验、贾格道夫实验等，组织学生在观看过程中提出疑问、分析讨论，最终得出实验成果。
第五，应用新知，解决问题。教师组织学生讨论，并在适当的时机引导学生分析，学生现场生成疑问，教师帮助学生解决问题，最后总结ATP在光合作用中的作用。在此期间，学生可以现场提出自己的疑问，如“为什么单独的叶绿体混悬液不会产生浑浊的现象？”教师鼓励学生自主针对问题进行猜测，如“NADPH积累，导致不能进行水光解。”那么你会采取什么样的解决方案呢？你有什么样的证据能够佐证你的猜测呢？
（设计意图：通过系统多样化实验探究活动的组织与实施，教师将整个实验探究过程层次化、阶段化，一是降低了生物学学科探究实验活动组织的难度；二是通过系统多样化的活动过程设计，使学生在不同的实验探究活动中获得很多书本上没有的知识。在探讨光反应现象的过程中，教师引导学生学会用课本上所学的知识解答生活中发现的问题；不仅如此，在整个探究实验过程中，既使学生完整地体验了整个实验活动的过程，又拓展了学生思维，提升了课堂教学质量，促进学生学习综合质量的提升。）
任务三：碳反应将二氧化碳还原为糖
从粮食产量问题入手，将生活与本堂课所学的光合作用有机融合，引导学生意识到光合作用的重要性。
资料导入：德国科学家瓦尔堡的闪光实验，用藻类进行实验，一组用连续光照，另一组采用间隔光照。结果发现，在光能量相同的前提下，间隔照射比连续照射的效率更高。
教师提出问题：上述实验中自变量是什么？随后引出碳反应的相关主题，猜想碳反应与光有无关系，需不需要二氧化碳……随后根据学生猜想准备相关实验器材，组织学生进行小组探究活动。
活动一：设计实验探究碳反应是否需要二氧化碳
学生以小组为单位，自主进行实验设计，结合教师提供的树叶（同一植物形态，大小相同，生长发育状况相同）、烧杯、氢氧化钠、二氧化碳缓冲溶液、玻璃罩、碘液、酒精等材料，设计实验活动，探究碳反应实验中是否需要二氧化碳。
在活动探究之前，教师提出相应的探究问题，如本实验中的可变因素是什么，如何控制可变因素？测量指标是什么，如何检测？在实验过程中，教师提出探究引导问题，如：叶片原有的淀粉对实验结果有影响吗，如何解决呢？原有叶片颜色对实验有无影响，如何解决？根据实验现象可以得出什么样的结论呢？通过一系列问题引导，教师帮助学生理顺实验活动思路，对碳反应实验进行更加深入的理解与分析。
活动探究过后，教师可以鼓励学生结合自己的实验过程对碳反应是否需要二氧化碳进行分享，进而对整个实验结构进行分享，充分拓展学生的实验思路，有效梳理学生的实验探究思路，优化学生实验活动路径。
活动二：探究二氧化碳还原成糖的途径
材料内容：马尔文·卡尔实验
实验过程：将培养出来的小球藻放置在含有未标记的CO2中的密闭容器中，然后将14C标记在CO2容器中，培养一段时间之后，将小球藻浸入乙醇中杀死细胞，使细胞中的酶变性失效，并提取到溶液里的分子，最后将提取物应用双相纸层析法分离各种化合物……
师：实验过程中，采用了什么技术追踪二氧化碳中碳的转移途径？
生1：同位素标记法、双相纸层析法和放射性。
师：怎样才能按反应顺序找到生成物产生的顺序？
生2：控制反应时间，如缩短时间依次测定出的化合物种类为ABCD-ABC-AB，由此推测化合物产生的顺序。
学生根据教师提问进行探究与分析，对探究实验进行详细的分析与探讨，如改善光照等条件，对后续实验结果的变化进行分析，从而得出最佳答案。
（设计意图：通过材料引入等措施，鼓励学生在真实的情境中展开分析与交流，在探究、行动、总结与反思的过程中，对碳反应的相关内容展开细致的分析与交流，一方面促进整堂课教学思路的转变，另一方面也加深学生对碳反应相关内容的认知，通过学生为主体的探究实验的渗透，有效提升高中生主动学习的兴趣，进而提高课堂学习效果。）
四、教学反思
基于核心素养的高中生物学探究式教学不仅改善了传统生物学教学以教师为中心的教学方式，将小组合作探究学习引入课堂教学，充分贯彻落实课程标准要求，搭建以学生为主体的生物学教学平台，有效调动高中生的课堂学习积极性。在整个任务设计中，教师首先明确了本堂课的核心概念与核心任务，随后将核心任务分解为几个子任务，在具体活动设计中，教师充分关注了学生的主体地位以及学习经验，分别通过师生互动、学生互动等多样化的课程活动模式，实现了互动过程中学生学习兴趣、学习能力的提升，对提高高中生物学教学质量也产生了积极影响。
在后续，高中生物学教学过程中，教师还可以结合探究式学习过程创设更符合高中生学情的教学模式，如将PBL教学法引入生物学教学活动中，鼓励学生自主发现问题、分析问题、解决问题，在设计、实施、总结、反思实践活动中逐渐形成解决问题的能力，从而达到提升学生学科素养的目标。
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