“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)優(yōu)化與教學(xué)設(shè)計(jì)

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摘 要 在“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”一節(jié)的教學(xué)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化、整合和開(kāi)發(fā)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和自主創(chuàng)造性，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料和關(guān)鍵性步驟，增加實(shí)驗(yàn)的可操作性，保證了在一節(jié)課內(nèi)能有效實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)，為廣大師生提供新課標(biāo)下探究實(shí)驗(yàn)課的新思路和新方法。

關(guān)鍵詞 環(huán)境因素 光合作用強(qiáng)度 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”是“光合作用”一節(jié)中可以開(kāi)展的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系緊密，是高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的好素材，能培養(yǎng)和提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。然而在實(shí)際教學(xué)中，如果教師按課本內(nèi)容進(jìn)行操作，該實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、很難在一節(jié)課內(nèi)完成。筆者通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料和操作方法、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，克服了上述困難，將探究實(shí)驗(yàn)融入課堂教學(xué)，快速獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，收到了良好的效果。

1 原實(shí)驗(yàn)不足及改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)步驟的不足及改進(jìn)：教材建議選用菠菜葉作為實(shí)驗(yàn)材料，但菠菜葉片較薄，用直徑為1 cm的打孔器制取的葉圓片多會(huì)卷邊或破損，很難保證葉圓片大小一致，且其葉片較小，若全年級(jí)開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，需要大量實(shí)驗(yàn)材料，延長(zhǎng)了材料制備的時(shí)間，影響了實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。真空滲水法的原理是通過(guò)抽動(dòng)活塞的方式降低注射器內(nèi)氣壓，使常壓下隱匿于葉圓片中的氣泡變大，最后逃逸出來(lái)，而留下的空隙就會(huì)被水所占據(jù)，從而達(dá)到排除葉肉細(xì)胞間隙中空氣的目的。教材建議采用此方法時(shí)，需用手堵住注射器前端的小孔并緩緩拉動(dòng)活塞，重復(fù)幾次使葉圓片內(nèi)的氣體逸出。實(shí)際操作時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生一手堵緊注射器前端并握緊注射器，另一手很難同時(shí)拉動(dòng)注射器活塞，常常是堵不緊、拉不動(dòng)，無(wú)法快速抽除葉圓片內(nèi)的氣體，影響課堂實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程。

經(jīng)過(guò)多次摸索和試驗(yàn)，用黑藻代替菠菜葉，將黑藻倒置，用排水法觀察（圖1），無(wú)須再準(zhǔn)備打孔器與注射器。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置可以一次探究多種外界因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響，包括光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、光質(zhì)和溫度四個(gè)因素。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo)

（1） 知識(shí)目標(biāo)：探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。

（2） 能力目標(biāo)：制定可行的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作；運(yùn)用數(shù)學(xué)分析方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3） 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的基本過(guò)程，形成尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

2.2 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

（1） 重點(diǎn)：設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和分析。

（2） 難點(diǎn)：變量分析；根據(jù)控制變量原則和對(duì)照原則，設(shè)計(jì)探究影響植物光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素的實(shí)驗(yàn)。

2.3 教學(xué)策略

本節(jié)課旨在讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，掌握科學(xué)探究的基本方法，最終能夠設(shè)計(jì)出“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)。但對(duì)于高一學(xué)生來(lái)說(shuō)，一節(jié)課中既要能獨(dú)立選材，又要學(xué)會(huì)控制變量和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是具有一定難度的。因此，興趣小組在課前先開(kāi)展“不同光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度影響”的探究活動(dòng)，在活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，修訂探究方案，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)方法。正式上課時(shí)，教師再將小組活動(dòng)成果進(jìn)行匯報(bào)，并引導(dǎo)學(xué)生分析的“探究不同濃度CO2對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”的實(shí)驗(yàn)思路，放手讓學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)、實(shí)施操作，借助現(xiàn)代化手段快速完成數(shù)據(jù)與圖形的轉(zhuǎn)換，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，在探究活動(dòng)中獲得知識(shí)，達(dá)到知識(shí)內(nèi)化和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ酿B(yǎng)成。

2.4 教學(xué)過(guò)程

2.4.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣

播放當(dāng)前全球糧食危機(jī)的視頻，教師提出問(wèn)題：如何解決糧食危機(jī)問(wèn)題，怎樣提高糧食產(chǎn)量？教師引導(dǎo)學(xué)生回顧已學(xué)知識(shí)，從光合作用發(fā)生條件和反應(yīng)原料上分析影響光合速率的因素及影響糧食產(chǎn)量的過(guò)程，讓學(xué)生從原有認(rèn)知基礎(chǔ)出發(fā)，構(gòu)建新知識(shí)。

2.4.2 明確探究要求，突破重點(diǎn)（進(jìn)一步探究二氧化碳濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響）

（1） 背景資料：

材料與工具：長(zhǎng)勢(shì)和生理狀況基本相同的黑藻，10、20、30、40、50、60、70 mmol/L的NaHCO3溶液，長(zhǎng)頸漏斗，試管，臺(tái)燈等。

（2） 問(wèn)題探討：

① 自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量分別是什么？如何排除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響？

② 為黑藻提供不同濃度的NaHCO3，目的是什么？

③ 通過(guò)哪種氣體產(chǎn)生量來(lái)檢測(cè)黑藻的光合作用強(qiáng)度？

（2） 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：

① 分別取 不同NaHCO3溶液，依次加入到1～7號(hào)燒杯中。

② 取 的黑藻，分別放入7只燒杯中，使黑藻與液面距離及在燒杯內(nèi)靜止姿態(tài)相同，將燒杯置于臺(tái)燈下5 cm處呈扇形擺放。

③ 待黑藻在臺(tái)燈下適應(yīng)1 min后，開(kāi)始計(jì)數(shù)5分鐘內(nèi)產(chǎn)生的氧氣數(shù)量；將數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表中；匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（4） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：根據(jù)表1中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在圖1中繪制曲線。

（5） 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，隨著 增加，光合作用強(qiáng)度也在 ，超過(guò)一定濃度，光合作用強(qiáng)度 。

2.5 教學(xué)反思

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，許多教師認(rèn)為“做實(shí)驗(yàn)不如講實(shí)驗(yàn)”。筆者對(duì)教材資源進(jìn)行合理改進(jìn)，有效解決了教學(xué)實(shí)際中的若干問(wèn)題，使取材更加容易、操作更為簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)效果直觀，較好地達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)。在課堂上，學(xué)生親歷材料選擇、方法改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果分析等一系列探究活動(dòng)過(guò)程，任何一個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)，均是通過(guò)學(xué)生自己觀察、探索和總結(jié)達(dá)成的，這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程自覺(jué)主動(dòng)、充滿樂(lè)趣，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳閱增.普通生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1997：56.

[2] 毛安福.探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)例析[J].生物學(xué)教學(xué)，2010.35（10）：48-50.