基于“改進+合作”的“探索光合作用”一節的教學設計

陳桂添

摘要 講述了利用教師研究改進的實驗方法和采用學生分組分任務合作實驗的方法來完成“探索光合作用”一節的課堂教學，達到減少占用課堂時間的目的。

關鍵詞 改進實驗 分組合作 探索光合作用 教學設計

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

文件編號：1003-7586（2018）11-0045-03

1教材分析及設計思路

“探索光合作用”是北師大版《生物學》七年級上冊第五章第一節的內容，教學重點是通過探索光合作用的原料、產物、條件和場所的實驗活動來獲得事實性知識，從而幫助學生理解光合作用這一抽象的重要上位概念。教學難點是有效完成驗證綠葉在光下合成淀粉、驗證植物進行光合作用需要葉綠素活動以及檢驗光合作用釋放氧氣和檢驗光合作用需要二氧化碳演示活動。鑒于活動內容多，《生物學·教師教學用書》建議用3課時來完。

教學時，教師首先對實驗進行了研究和改進，學生分組分任務，全班共同合作來完成全部實驗。筆者設計時將4個實驗全部設置為學生實驗，用1節課時間完成。時間安排分課前預習、實驗準備和課堂展示實驗結果、表達交流、歸納總結兩個環節。

2教學目標

（1）概述光合作用的原料、產物、條件和場所。

（2）合作完成“驗證綠葉在光下合成淀粉”“驗證植物進行光合作用需要葉綠素”“檢驗光合作用釋放氧氣”和“檢驗光合作用需要二氧化碳”4個實驗操作。

（3）培養參與實驗活動的積極性，認同合作共贏的價值觀和愛護植物的意義。

3教學準備

3.1教師對實驗進行研究和改進

3.1.1酒精脫色方法的改進

教科書中的做法：對實驗葉片不加任何處理直接用酒精燈水浴加熱酒精脫色。其不足之處：①葉片表面都有一層不易透水的角質層，酒精不易通過角層進入葉肉細胞內，從而拖慢了脫色時間。②用酒精燈水浴加熱酒精存在操作不當點燃酒精引發火災的安全隱患。③不能精準控制小燒杯內酒精的溫度，當大燒杯內的水沸騰時小燒杯內的酒精也達到酒精沸點的溫度，水和酒精同時沸騰會造成水和酒精向外飛濺，容易傷到學生，同時也造成酒精的浪費。

改進一：用細砂紙輕輕打磨葉片表面，破壞葉表面的角質層。葉片失去了角質層的保護作用，酒精很容易進入葉肉細胞內，從而可以大大縮短脫色時間。實驗證明，桂花葉沒有磨去角質層在80℃恒溫下完全脫色需要23min，而磨去角質層后在同樣溫度和酒精度條件下完全脫色只需要5min。

改進二：熱源改酒精燈為恒溫調奶器（溫度可在37～100℃之間任意恒定）;改水浴加熱為80℃恒溫直接加熱;改分組脫色為全班集中脫色。恒溫調奶器為內熱熱源，沒有明火，除去了明火熱源可能點燃酒精引發火災的安全隱患。加熱溫度恒定在酒精沸點溫度之下，因此不會出現因酒精沸騰飛濺到學生身上造成的意外傷害。溫度恒定在酒精沸點之下，可以減慢酒精氣化速度，節約酒精的同時也加快了脫色速度。3.1.2光合作用釋放氧氣實驗的改進

教科書中的做法：金魚藻在質量分數為0.1%的碳酸氫鈉溶液中光合作用釋放出氧氣。不足之處：①由于水體被污染，很多地方難以找到金魚藻，限制實驗的開出;②金魚藻在0.1%的碳酸氫鈉溶液光合作用放出氧氣速度慢，尤其是光照比較弱時。實驗證明，10.0g金魚藻放入1 400g 0.1%的碳酸氫鈉溶液中在中等強光下光合作用1.5h只收集到2.9mL氧氣。

改進后的做法：用陸生植物葉（例如芥蘭葉、非洲茉莉葉、小白菜葉、雞蛋果葉等，只要生長旺盛、葉綠素濃角質層薄的陸生植物葉片都可以）經過橫切成0.3cm羽狀代替金魚藻;碳酸氫鈉溶液濃度從0.1%提高為4.2%。這樣解決了難找到金魚藻（或其他沉水植物）的難題，拓寬了材料的來源、加快了光合作用速度。實驗證明，10.0g芥蘭葉橫切成0.3cm羽狀后浸入1400g質量分數為4.20/0的碳酸氫鈉溶液中在中等強光下光合作用1.5h可以收集到28.6mL氧氣。

3.2準備實驗材料

植物園中的盆栽桂花、銀邊翠、時令蔬菜，質量分數為4.2%的碳酸氫鈉溶液、質量分數為25%的氫氧化鈉溶液、質量分數為0.1%的碘液。

4教學過程

4.1課前準備

4.1.1學生預習

教師指導預習：

（1）要求學生自學教材后，仿照教師歸納“驗證綠葉在光下合成淀粉”的6個步驟（暗處理→設置對照→接受光照→酒精脫色→清水漂洗→滴碘檢驗）的方法，對其他3個實驗步驟進行歸納總結。

（2）教師強調注意事項以及要思考的問題：①暗處理的目的是什么？②如何設置對照？③為什么不可以將裝酒精的燒杯直接在酒精燈上加熱？④用什么方法檢驗淀粉和氧氣？

（3）教師把改進的實驗步驟分享給學生。

（4）要求學生模擬實驗操作，重點練習設置遮光對照和用砂紙打磨除去葉片表面的角質層。

設計意圖：幫助學生變被動學習為主動學習，提高學生的自學和發現問題的能力，為小組完成課前和課中合作實驗準備理論知識和訓練操作技能。

4.1.2分組和分實驗任務

分組原則：以綜合能力優中差和男女均衡搭配為原則，全班分8組。每2組完成同一個實驗活動。

設計意圖：分組合作共同完成本節學習任務;每兩個組完成同一個實驗可以形成對比。

4.1.3集中暗處理

實驗原理：植物在沒有光照條件下進行呼吸作用消耗葉片原有的淀粉。

實驗步驟：①各組按實驗要求設置對照并貼上標簽（內容包括組別、實驗名稱、實驗日期、實驗材料名稱）;②各組將要暗處理的植物統一集中放在教師提供的暗室內3d。

設計意圖：設置相同暗處理條件和暗處理時間，避免出現多個變量，便于分析實驗;節約資源;方便管理。

4.2課堂展示實驗結果

4.2.1脫色前處理

實驗步驟：①各小組取下實驗組和對照組葉片;②用細砂紙輕輕打磨葉片的兩面磨去葉片的角質層;③各組用棉線一端系住需要脫色葉的葉柄，另一端系住寫有組別和實驗名稱的小紙牌。

設計意圖：①掌握用砂紙磨去葉片角質層的操作技能;②磨去葉片角質層的目的是要縮短酒精脫色時間;③給葉片做標記是以防各組實驗葉片混亂。

4.2.2集中脫色

實驗原理：酒精能溶解葉綠素且在一定范圍內溫度越高溶解速度越快。

實驗步驟：①教師預先將體積分數為75%的酒精倒入恒溫加熱器容器，加熱恒溫80℃;②各小組將準備好的葉片投入酒精中;③蓋上蓋子繼續恒溫加熱;④觀察脫色過程直到葉片變成黃白色。

設計意圖：讓學生知道酒精脫色的原理和掌握酒精脫色方法;不用明火水浴加熱酒精，消除可能因操作不當引發火災的安全隱患;恒溫在酒精沸點之下加熱，避免酒精因沸騰飛濺出來意外傷到學生;全班共用一套儀器集中脫色，可以節省儀器、簡化操作、便于課堂管理和安全監控。

4.2.3各小組展示并分享檢驗結果

實驗原理：①利用淀粉遇碘變藍色特性分別向需要檢驗的葉片滴入碘液，如果變藍色說明有淀粉產生，如果不變藍色說明沒有淀粉產生;②氧氣能使帶火星的衛生香復燃，如果收集到的氣體能使帶火星的衛生香復燃說明是氧氣，否則不是氧氣。

實驗步驟：①各組取出脫色后的葉片并用清水洗去表面浮色;②教師安排各組按課本實驗順序展示實驗結果。

設計意圖：鞏固檢驗淀粉和檢驗氧氣的知識和實驗操作技能;讓學生通過對實驗過程的認識和對檢驗結果的判斷直觀上獲得光合作用產生淀粉和氧氣、需要二氧化碳為原料、需要光和葉綠素為條件的事實依據。

4.2.4歸納總結知識目標

教學過程是在教師的安排下各組展示檢驗結果同時表述實驗結論，其他同學傾聽后發表觀點。

分析實驗時，教師提出問題串引導學生思考，并配合展示實驗結果和學生回答問題串的方式來完成。分析“檢驗綠葉在光下合成淀粉”實驗時，教師提出：滴加碘液后見光與遮光哪部分變藍色？變藍色說明有什么？不變藍色說明沒有什么？這實驗說明了綠葉在光下合成的產物是什么？分析“檢驗光合作用釋放氧氣”實驗時，提出：帶火星的衛生香有什么變化？什么氣體有這樣的作用？實驗說明綠葉在光下釋放出的氣體是什么？分析“驗證植物進行光合作用需要葉綠素”實驗時，提出：滴碘后綠色與白色哪部分變藍色？變藍色說明有什么？不變藍色說明沒有什么？這實驗說明了植物光合作用產生淀粉需要什么條件？分析“檢驗光合作用需要二氧化碳”實驗時，提出：滴碘后“清水組”與“氫氧化鈉組”哪個變藍色？變藍色說明有什么？不變藍色說明沒有什么？“清水組”變藍是因為裝置內有有什么氣體？“氫氧化鈉組”沒有變藍是因為裝置內沒有什么氣體？這實驗說明光合作用需要什么原料？

知識歸納：學生通過實驗，獲得了光合作用的原料是二氧化碳和水、產物是淀粉和氧氣、條件是光照和葉綠素、場所是葉綠體的事實性知識。

情感獲得：認同植物光合作用吸收二氧化碳釋放出氧氣，促進碳循環;認同分組分工合作能贏得時間，學到知識，合作共贏！

5教學反思

本節教學設計以完成實驗和展示結果貫穿始終，從改進實驗入手，克服難找到金魚藻和葉片酒精脫色慢困難;通過分組分任務，全班共同合作來完成全部實驗，最后展示實驗結果表達交流歸納本節知識。教學過程順利，達到了用1節課完成3課時內容教學任務的目的。