中美生物學教材中“光合作用速率曲線分析”的比較與評析

章君果 張海銀

摘 要 介紹了Miller & Levine編著《Biology》教材中“光合作用速率”曲線分析的實驗，并與國內教材進行對比。從分析思路、知識聯系及能力培養方面進行了剖析，旨在為國內曲線分析的教學提供借鑒。

關鍵詞 生物學教材 光合作用 曲線分析 模式構建

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

光合作用是高中生物教學中的重點和難點內容，對光合作用影響因素的分析更是體現了學生分析和解決問題的能力。下面以美國中學生物核心教材《Biology》的實驗手冊B中關于“光合作用速率的曲線分析”為例，與人教版高中生物教材必修1中有關光合作用強度的數據分析進行比較，并作簡要的評析，為國內培養學生實驗數據分析能力的教學提供新的思路。

1 教材實例介紹

1.1 國外教材實例介紹

Miller & Levine編著《Biology》教材2010年版的實驗手冊BP251特別單獨設置了關于光合作用數據分析的相關實驗——“數據分析實驗11光合作用速率”。該實驗明確提出了實驗目的：通過對曲線圖的分析來探究影響光合作用速率的因素。實驗同時也明確了能力要求，包括“曲線圖解釋”“數據分析”及“比較與對比”。

實驗數據是利用了光照強度對“陰生植物”和“陽生植物”光合作用速率影響的曲線圖（圖1）。分析過程設置了3個層次的問題：（1） 曲線圖解釋：① 光合作用速率的測量指標;② 觀察y軸，思考該因素和植物細胞光合作用的聯系;③ 沿著y軸上升，光合作用速率是上升還是下降？④ 沿著x軸向右，光照強度是增強還是下降？⑤ “陽生植物”和“陰生植物”隨著光照強度增強光合作用速率怎么變化？（2） 比較與對比：① 當光照強度低于200 μmol/m2/s或高于400 μmol/m2/s時，哪一類植物光合作用強度更高？（3） 推斷：① 沙漠里的平均光照強度大于400 μmol/m2/s，根據曲線圖判斷哪一類植物更適合生長在沙漠環境？② 還有哪些因素會影響植物生存？

1.2 國內教材實例介紹

人教版普通高中課程標準實驗教科書《必修1·分子與細胞》生物教材中對光合作用的內容作了詳細的闡述，也涉及了對光合作用強度的影響因素的探究。該探究實驗中沒有列舉曲線圖進行分析，在教材P106“光合作用課后練習”中出現了對曲線圖的解釋和分析，原題如下：下圖是夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖（圖2）并回答：（1） 為什么7～10時的光合作用強度不斷增強？（2） 為什么12時左右的光合作用強度明顯減弱？（3） 為什么14～17時的光合作用強度不斷下降？

2 教材實例比較與評析

2.1 美國教材實例特色

美國教材中曲線圖分析更注重在分析過程中培養學生的邏輯思維能力，從分析過程設置的5個問題就體現出了對學生思維的培養，問題設置由淺入深，并逐漸放開。“曲線圖解釋”這一部分主要是分成三步對曲線圖的基本信息作出了描述：① 該數據分析實驗首先建立起曲線圖坐標指數與生物學過程的聯系，在數據解釋中設置兩個問題：光合作用速率的測量指標及y軸和光合作用的聯系; 觀察曲線圖的坐標變化，明確坐標變化和光合作用的聯系;③ 描述坐標中曲線隨著坐標軸變化而變化的趨勢。這一部分明確了坐標的基本信息，為更好地進行曲線的比較和分析打下基礎。“比較與對比”是曲線圖分析中常會涉及到的一個分析角度。該實驗中設計的“比較與對比”這一部分的問題是：“當光照強度低于200 μmol/m2/s或高于400 μmol/m2/s時，哪一類植物光合作用強度更高？”該問題非常簡單，卻為學生提供了一個分析的方向。學生可以發散地提出更多問題，如比較曲線的趨勢，比較曲線的起點、終點、轉折點等特殊點。最后一部分對學生的能力提出了更高的要求，在國內很多試題中也會出現類似的考題，讓學生根據一定的信息推斷一種最可能的結果。“推斷”這一部分就能夠在一定程度上培養學生對信息的提取、處理和轉化能力，及依據信息去做出判斷的能力。

美國教材中曲線圖分析也注重分析過程的模式化構建（圖3）。通過曲線圖的分析讓學生掌握曲線圖分析的大致步驟及需要關注的關鍵信息，避免學生拿到曲線圖無從下手。每一步設置的相關問題可以起到前后分析過程的銜接，如該實驗中相關問題從坐標、曲線、曲線比較及推斷的主線進行設置。

2.2 國內教材實例的差異

國內教材光合作用曲線圖分析注重從曲線變化的原因角度來分析，更關注對一些現象的解釋。通過對曲線圖呈現的生物學現象，然后結合生物學過程來解釋現象發生的因素，在一定程度上可以加深學生對生物學過程的理解和應用。國內教材在曲線描述和分析上有所深化，同時拓寬了學生的知識面。由于曲線分析過程缺乏一定的邏輯推理的分析過程，學生往往會憑借已有的記憶對一定的生物學現象進行分析。國內教材對曲線的分析沒有注重對分析過程和步驟的模式構建，導致學生拿到曲線以后會無從下手。對有些常見的生物學現象，學生會憑借記憶很快進行分析和作答;如果是以新的研究數據呈現，學生往往就無從作答，或者所分析的內容與對應問題缺乏邏輯推理。

3 曲線圖分析模式的借鑒

曲線分析按照一定的分析模式，從“坐標——曲線——運用”的順序展開教學，可以讓學生快速找到分析切入點，并對曲線圖有一個整體的把握。

3.1 坐標分析

對坐標分析，就要先建立坐標指數和生物學過程之間的聯系。坐標中y軸通常是觀測指標，如光合作用速率用二氧化碳的消耗量來表示;酶的催化效率用單位時間底物的消耗量來表示，所以首先需要把觀測指標和生物學過程進行聯系。X軸通常是自變量，自變量的變化和生物學過程的變化之間的聯系需要學生通過一定的推理進行構建，如國內教材中的光合作用曲線圖x軸是時間，時間本身不能影響光合作用速率，而是時間背后的光照強度對光合作用的影響。

3.2 曲線分析

曲線分析包括某一曲線的分析及不同曲線的對比。某一曲線分析主要從曲線隨著自變量的變化趨勢、規律及變化幅度，比較同一曲線不同點之間的關系。不同曲線的對比會從趨勢、規律和變化幅度上進行對比，也會對一些特殊點進行比較，如起點、轉折點等。

3.3 技能運用

這一部分主要是運用一定的生物學知識對現象進行解釋及推斷。利用的生物學知識可能是題干中的信息，如圖1中陽生植物光飽和點比陰生植物要高，沙漠環境光照比較強烈，所以陽生植物就更適應沙漠環境;也可能是運用已經掌握的生物學知識結合題干信息進行推斷，如圖2設置的問題就需要運用已知的生物學知識進行分析，更側重于對現象分析的記憶，缺乏從曲線去推斷結論和解釋原因。

國內教材曲線分析注重對現象的解釋，對學生的知識要求較高，同時拓寬學生的知識面，屬于記憶層面的教學材料，缺乏對分析思路和邏輯推理能力的培養。在生物學曲線分析過程中，教師可以借鑒美國教材的“模式化”分析過程。這樣學生容易根據分析模式找到切入點進行曲線的準確分析，并學習運用已經具備的知識進行邏輯推理來解釋現象和合理推斷，并不僅僅依靠知識面的拓展。

參考文獻：

[1] Miller & Levine. Biology Lab Manual B. Pearson Education Inc.， or its affiliates，2010：251-252.

[2] 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書生物[M].北京：人民教育出版社，2004.