在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中構(gòu)建生物科學(xué)概念

1 設(shè)計(jì)思想

綜合教材中多個(gè)探究實(shí)驗(yàn)以建構(gòu)一個(gè)科學(xué)概念的課型是一種新的教學(xué)嘗試。本節(jié)課的探究活動(dòng)是為生物學(xué)概念建構(gòu)服務(wù)的。

基于以上認(rèn)識(shí)，根據(jù)人教版實(shí)驗(yàn)教科書必修1中“能量之源——光與光合作用”教學(xué)內(nèi)容，綜合“綠色植物葉綠體的觀察”和“綠葉中色素的提取和分離”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)本探究性實(shí)驗(yàn)課“探尋綠色植物的奧秘”。通過探尋綠色植物的奧秘的思路將細(xì)胞結(jié)構(gòu)、色素成分和光合作用的功能聯(lián)系，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的“光合作用”的科學(xué)概念，并在學(xué)生自己尋求科學(xué)奧秘的過程中鍛煉科學(xué)思維能力和動(dòng)手實(shí)踐的能力。圖1是本節(jié)課實(shí)驗(yàn)探究與相關(guān)科學(xué)概念構(gòu)建的教學(xué)關(guān)系圖。

2 教學(xué)分析

2.1 教學(xué)內(nèi)容分析

必修1“能量之源——光與光合作用”是生物學(xué)中一個(gè)重要的科學(xué)概念，學(xué)生要建立這個(gè)概念不僅要從結(jié)構(gòu)、功能等角度由淺入深、由小到大逐步建立相關(guān)下級(jí)科學(xué)概念，其中“綠色植物光合作用離不開色素，高等植物光合色素分布于葉綠體中”是基礎(chǔ)科學(xué)概念之一。高中生物新教材中安排的多個(gè)探究實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)演繹式教學(xué)的實(shí)驗(yàn)不同，探究實(shí)驗(yàn)是帶著科學(xué)問題、尋求科學(xué)證據(jù)、解釋科學(xué)問題的過程。圍繞高中生物必修1中“能量之源——光與光合作用”這一重要概念，本節(jié)課將必修1中“綠色植物葉綠體的觀察”和“綠葉中色素的提取和分離”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)加以綜合，開展“探尋綠葉中的奧秘”的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生自己在實(shí)驗(yàn)操作中觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)證據(jù)，解釋“綠色植物光合作用離不開色素，高等植物光合色素分布于葉綠體中”這一科學(xué)概念。

2.2 學(xué)生學(xué)情分析

由于“綠色植物葉綠體的觀察”和“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力及操作技能上要求有所不同，通常采用的2人一組的實(shí)驗(yàn)分組方式會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果參差不齊。合理配置共同協(xié)作是解決問題共同取得良好學(xué)習(xí)效果的保證，基于上述原因，本節(jié)課將全班分成6個(gè)探究小組，每個(gè)小組6～7人，盡量將各層次學(xué)生和男女生均勻分配到各小組，開展“合作探究性學(xué)習(xí)”。

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 知識(shí)目標(biāo)

①通過觀察，表述出綠色植物葉片中色素的分布位置；

②通過對(duì)綠色植物葉片中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)，說出光合色素的種類；

③通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，簡(jiǎn)單解釋不同植物光合色素種類的區(qū)別。

3.2 能力目標(biāo)

①使用顯微鏡的操作和制作臨時(shí)裝片的制作技能；

②在有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探究中，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題、尋求科學(xué)證據(jù)和進(jìn)行理性的思維。

3.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

相互交流、合作和評(píng)價(jià)，學(xué)會(huì)欣賞別人幫助別人，反思自身的不足。

4 教學(xué)策略與手段

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，在建立科學(xué)概念和對(duì)科學(xué)概念進(jìn)一步的理解時(shí)，學(xué)生自己的觀念及具體經(jīng)驗(yàn)是居于中心地位的。在此認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的科學(xué)課堂應(yīng)該是注重學(xué)生體驗(yàn)，讓學(xué)生像科學(xué)家一樣探索和理解未知世界，即探究性教學(xué)是學(xué)生獲取生物學(xué)概念的有效模式。探究性教學(xué)應(yīng)該是“圍繞科學(xué)問題展開的尋求證據(jù)解釋問題的過程”。它離不開“獲取事實(shí)證據(jù)——實(shí)驗(yàn)過程”，更離不開“根據(jù)事實(shí)汪據(jù)對(duì)科學(xué)問題做出回答——解釋問題”。這說明了生物教材中設(shè)置的探究實(shí)驗(yàn)不是簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練過程，而應(yīng)該是服務(wù)于生物科學(xué)概念的建立。在此認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，本探究實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)如圖2所示。

5 教學(xué)過程

5.1 提出問題，引出課題

教師提供資料：

(1)韭菜和韭黃的培育的區(qū)別和口味上的區(qū)別。

(2)玉米白化苗和正常苗的顏色和長(zhǎng)勢(shì)的區(qū)別。

(3)普利斯特里實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只有綠葉才可以在光下更新空氣。

引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題：植物生長(zhǎng)離不開綠葉等。

確定課題，引出新課：探尋綠葉的奧秘。

設(shè)計(jì)意圖：教師利用生動(dòng)的資料引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提出科學(xué)問題“綠葉與光合作用密切相關(guān)”。

5.2 開展探究Ⅰ

分析問題，確定探究方向：綠葉為什么綠色?

引導(dǎo)學(xué)生討論：

(1)研究方法：觀察法(借助顯微鏡)

(2)研究思路：制作臨時(shí)裝片→低倍鏡觀察→高倍鏡觀察。

開展分組探究：

(1)全班級(jí)分成6個(gè)小組，組內(nèi)每?jī)蓚€(gè)學(xué)生合作制作一個(gè)臨時(shí)裝片，可以討論后選擇不同的材料來制作裝片。

(2)將觀察結(jié)果做簡(jiǎn)單記錄。

設(shè)計(jì)意圖：為了讓學(xué)生理解“綠葉與光合作用密切相關(guān)”，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)上尋求科學(xué)證據(jù)。

5.3 交流評(píng)價(jià)，形成概念

小組匯總，討論得出結(jié)論：綠葉中有葉綠體。

教師再補(bǔ)充證據(jù)：將電鏡下拍攝葉綠體結(jié)構(gòu)及模式圖與同學(xué)討論，葉綠體中色素分布于類囊體結(jié)構(gòu)的薄膜上。

解釋科學(xué)問題：綠葉之所以呈現(xiàn)綠色是因?yàn)榧?xì)胞中有綠色的結(jié)構(gòu)葉綠體，并且色素分布于分布于類囊體結(jié)構(gòu)的薄膜上。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)不同小組的不同成果作為證據(jù)進(jìn)一步明確：“綠葉呈現(xiàn)綠色與葉綠體有關(guān)”。

5.4 開展探究Ⅱ

分析問題，確定探究方向2：綠葉中色素有幾種?

引導(dǎo)學(xué)生討論：

(1)研究方法：色素提取和分離。

(2)研究思路：色素提取→色素分離。

提供資料，學(xué)習(xí)原理：

(1)光合色素可溶于有機(jī)溶劑；

(2)不同色素在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上的擴(kuò)散速度不同。

引導(dǎo)學(xué)生時(shí)論：

(1)可選擇的有機(jī)溶劑有什么?

(2)如何制備濾紙條?

(3)如何畫濾液細(xì)線?

(4)如何進(jìn)行紙層析?

開展分組探究：全班級(jí)分成6個(gè)小組，小組內(nèi)分工，研磨過濾提取；建議每位學(xué)生各制作一張濾紙條層析。

設(shè)計(jì)意圖：為了讓學(xué)生更深一步理解“綠葉與光合作用密切相關(guān)”，引導(dǎo)學(xué)生從成分上尋求科學(xué)證據(jù)。

5.5 交流評(píng)價(jià)，形成概念

教師組織討論交流，得出結(jié)論：綠葉中有四種色素，顏色各不同，含量也各不同。

教師補(bǔ)充資料，解釋問題：將不同色素的吸收光譜實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單介紹，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與同學(xué)開展討論，說明綠葉中提取到的色素與光的吸收有關(guān)系，并呈現(xiàn)不同的吸收特征。歸納光合色素有兩類四種，分別是：葉綠素包括葉綠素a(呈藍(lán)綠色)和葉綠素b(呈黃綠色)；類胡卜素包括胡蘿卜素(呈橙黃色)和葉黃素(呈黃色)。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)不同小組的不同成果作為證據(jù)進(jìn)一步明確：“綠葉呈現(xiàn)綠色與色素有關(guān)”，“綠葉中的色素與光合作用有密切關(guān)系關(guān)系”。

5.6 總結(jié)

教師提問：根據(jù)同學(xué)們的觀察，描述綠葉呈現(xiàn)綠色的奧妙有什么?

(問題開放，關(guān)注要點(diǎn)：綠葉中呈現(xiàn)綠色的細(xì)胞器是葉綠體；綠葉中的光合色素有四種。)

設(shè)計(jì)意圖：檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的情況，重點(diǎn)在檢查綠葉呈現(xiàn)綠色的證據(jù)的描述。

6 課后作業(yè)

由于教學(xué)時(shí)間的原因，在課上無法完全完成教學(xué)目標(biāo)的檢驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)技能原理的總結(jié)安排課后來完成，包括以下作業(yè)：

(1)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；

(2)小組學(xué)生歸納在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的與教師描述不同或與其他小組不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并嘗試分析可能的原因。(現(xiàn)象提示如：①高倍鏡下視野發(fā)白，葉綠體顏色不明顯；②提取到的色素濾液色淺；③濾紙條上沒有明顯色素分離帶；④色素帶出現(xiàn)不止4條或只有3條等。)

參考文獻(xiàn)：

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