綠色植物光合作用的教學改進

龐金仁

摘 要：綠色植物的光合作用是初中科學教學中十分重要的內容，也具有一定的難度，在實際教學中面臨諸多問題。通過對光合作用兩種傳統教學設計的利弊分析過渡到在尊重學生認知規律基礎上的全新教學設計，巧妙地利用實驗解決了光合作用教學設計的難點，在循序漸進中培養了學生嚴密的邏輯思維能力和實驗操作技能。

關鍵詞：綠色植物；光合作用；教學改進

《光合作用》是浙教版科學八年級下冊第三章第六節的內容，通過本節課的學習，要求學生了解光合作用的條件、原料、產物和意義。但光合作用是一個微觀的生命活動，對初中生而言要準確全面地理解具有較大的難度，這就要教師在教學設計中多花心思，幫助學生理解光合作用的過程。光合作用的教學設計一般有以下兩種傳統方案：

一、驗證式教學設計

按照教材編排，先給出光合作用的表達式，并詳細介紹其原理再一一驗證。

片段1：

引入新課：展示各種水果。

問：你知道水果中的有機物從何而來的嗎？會不會是從土壤中吸收來的？若不是如何證明？

師：到底是不是從土壤中直接得來的呢？我們來做個實驗。

實驗1：分別在土壤浸出液和稀米湯中加入幾滴碘液。

現象：土壤浸出液不變色，稀米湯變藍（淀粉遇碘變藍）。

結論：植物中的淀粉不是來自土壤，是來自綠色植物的光合作用。

問：什么是光合作用？其過程又怎樣呢？

概念：綠色植物通過葉綠體利用光能，把二氧化碳和水等物質合成有機物，并釋放氧氣的過程叫光合作用。

問：從概念中你認為光合作用在物質方面和能量方面發生了什么變化？

結論：物質方面的轉化：簡單的無機物轉化成復雜的有機物，并釋放出氧氣；能量方面的轉化：光能轉化成化學能。光合作用的條件是光，光合作用的場所是葉綠體。

問：光合作用過程中物質的轉化及條件和場所能用實驗來證明嗎？

實驗2：證明光合作用制造淀粉的實驗。

第一步 將天竺葵在暗處進行饑餓處理一晝夜（24小時）；

第二步 用鋁箔紙蓋在葉片上，在陽光下放4小時；

第三步 在熱的酒精中脫葉綠素（水浴加熱）；

第四步 滴加碘液，觀察顏色變化。

碘能使淀粉變藍，可以利用碘液鑒定淀粉的存在。

現象：葉片照光的部分顯藍色，而遮光部分沒有變藍色。

結論：光合作用產生了淀粉，同時也說明光是光合作用的條件之一。

直接給出光合作用的概念，對于學生而言是很突然的，他們能從描述中體會到光合作用復雜的過程，但能真正理解的卻很少。教材中安排了三個實驗來驗證光合作用的條件、原料和產物，其前提是知道光合作用的進行可以用淀粉來檢驗。其實八年級的學生對于光合作用并非一無所知，通過小學科學的學習以及生活中的熏陶，他們知道光合作用這個詞，但對于光合作用能產生淀粉這個知識點是十分生疏的，一下子讓他們利用這一點來驗證光合作用的相關內容，既不符合學生的認知規律，也不利于科學思維的培養。

二、探究式教學設計

很多教師在實際教學中會更改教學順序，先不直接給出光合作用的概念，而是先通過一些啟發式教學引導學生提出光合作用這個詞，然后師生配合一起開展實驗探究光合作用的過程，最后總結光合作用的條件、原料和產物。

片段2：

引入新課：大家好，今天老師來小露一手——制作蛋糕，看看有哪些主要原料？制造車間……

生：面粉、雞蛋、牛奶等。（教師板書）

隨著蛋糕的出爐，咱的問題也來了：面粉這樣的有機物從何而來？

生：植物。

師：那原料中的牛奶和雞蛋呢？（展示圖片）

生：最終都是從植物而來。

師：以淀粉為例，會不會是植物直接從土壤中吸收而來？

演示實驗1：土壤浸出液、淀粉液中分別滴加碘液。

學生觀察、分析：淀粉并非是植物直接從土壤中吸收而來的。

引出本課主題：光合作用。

師：大家對光合作用了解多少？讓我們一起通過實驗來了解光合作用需要什么條件。（實驗前請學生仔細觀察，并做好相關記錄）

演示實驗2：取下一片葉子投影觀察，再去掉遮光片展示（確認沒有異常），展示道具（實驗用品），熱水加熱……

師：這個過程需要一段時間，現在請同學們把剛才記錄的問題提出來，我們一起來試著解決。

1.為什么要用鋁箔紙在一片完整的葉片上進行部分遮光？

2.為什么要將葉片放入酒精中？

3.為什么要水浴加熱？

4.為什么要將天竺葵放在黑暗處一晝夜？……

教師給出部分先前自己實驗后的照片及資料（投影），讓學生分析得出結論：

1.進行對照； 2.脫色處理；3.酒精易燃； 4.消耗原有的有機物（淀粉），避免干擾。

……

師：現在我們來看看實驗的結果：通過葉片遮光與不遮光部分的顏色對比，引導學生分析得出光合作用的必要條件——光照（板書）。

師：那么光合作用發生在什么場所呢？是不是植物的所有部位都能進行光合作用呢？

展示圖片：銀邊吊蘭。

引導學生分析原因，得出結論：光合作用的場所——葉綠體。

在這個教學設計中沒有先呈現光合作用復雜的原理，而是借用學生的前概念先引出光合作用，然后一一開展實驗探究光合作用的產物、條件和原料，但仍離不開淀粉是光合作用的產物，以及我們可以通過檢驗淀粉驗證光合作用的發生這一環節，學生心中的疑惑并沒有得到疏通。顯然這樣的教學方法也不符合學生認識事物的規律，不利于培養學生的邏輯思維。

綜合以上兩種教學設計，在光合作用的教學中首先需要突破的應該是產物中有淀粉這一環節，且不宜采用直接告知的方式。只有讓學生知道光合作用能產生淀粉這一事實，再開展后續的實驗進行探究才會變得有意義，看似抽象的知識如果能建立在可見可操作的實驗上，再借助學生原有的知識儲備，就能輕而易舉地破解難點。

三、尊重學生認知規律的教學設計

綠色植物的光合作用是微觀的生命活動，內容抽象。對八年級初中學生來說，要正確、全面地理解具有較大的難度。如何從學生認知發展規律[1]出發，逐步呈現相關知識是值得探究的，為此我們有了片段3的設計：

片段3：

課前準備：在透明的玻璃瓶內裝好綠色植物（黑藻或空心蓮子草[2]），并加入適量碳酸氫鈉（濃度為1%），裝滿水并且用一個橡皮塞密封，橡皮塞中插一根導管（可以用水性筆筆芯代替，取材方便）。將玻璃瓶放在陽光下，一段時間后就會看到瓶內葉片表面（主要是下表面）出現氣泡，慢慢地導管口有水珠吐出，玻璃瓶內的水面下降。另外再設置兩個一樣的玻璃瓶，一個只裝清水，另一個也裝滿綠色植物，但在外面套上黑色塑料袋，形成對照。

師：同學們，課前我們一起觀察了三個神奇的瓶子，大家發現了什么現象呢？

生：看到導管口有水珠，葉片表面有氣泡，液面下降……

師：每個瓶子都有這些現象嗎？

生：不是，裝清水的瓶子和用黑色塑料袋遮住的瓶子沒有這些現象。

師：這說明什么呢？

生：說明綠色植物在光照下會產生一種氣體。

師：大家猜想一下這種氣體可能是什么氣體呢？

生：氧氣？二氧化碳？……

師：如果我們想知道這種氣體是不是氧氣，我們可以怎么檢驗呢？

生：用帶火星的木條去檢驗。

實驗1：打開橡皮塞，將帶火星的木條放入瓶內，木條復燃。說明該氣體是氧氣。

板書：綠色植物在光照下能夠產生氧氣。

通過讓學生在課前對“神秘瓶子”的觀察，激發學生的求知欲，學生都能說出看到瓶子內有氣泡，導管口出現水珠，同時瓶內水面下降，這是學生親眼看到的現象，他們自然會思考瓶內的氣體究竟是什么？根據學生的知識水平很容易考慮該氣體可能是氧氣，并且檢驗氧氣也是他們能自行解決的問題。在這個環節中更重要的是滲透控制變量的思想和進行嚴密的邏輯推理的思維。實驗1中三個玻璃瓶含有兩組對照，通過遮光和見光的對照，讓學生推斷見光玻璃瓶中的物質能產生某種氣體，又通過清水組與加綠色植物的對照排除清水中會產生氣體的可能，從而確定是綠色植物在光照下產生了氣體，再通過帶火星的木條復燃驗證該氣體是氧氣。

這樣的設計前后邏輯嚴密，又能借助學生原有的知識，易于接受，同時又能激發學生繼續思索：綠色植物在光照下除了能產生氧氣外還能產生什么物質，教師可以借此很自然地過渡到下一個實驗。

片段4：

師：綠色植物在陽光下除了能產生氧氣，還會產生什么呢？為此，老師準備了一盆植物。

展示：黑色塑料袋包裹的一盆馬尾巴草。

師：這盆植物已經在暗處放了24小時，課前老師還請一位同學從校園里采了同一品種的一株植物。展示學生采來的另一株馬尾巴草。

師：這兩株馬尾巴草一個處于暗處（已經饑餓處理24小時），另一個處于正常光照下，形成對照，如果我們能找到一種物質是光照下馬尾巴草有的，但在暗處的馬尾巴草所沒有的，那么這種物質就是綠色植物在光照條件下產生的。

實驗2：

1.分別取暗處條件下和光照條件下的兩張葉片，放入酒精中，并置于燒杯內水浴加熱。

師：為什么要用水浴加熱的方法，而不是直接加熱酒精呢？加熱一會兒后，大家看到了什么？

生：酒精易燃，直接加熱危險；酒精由無色變成綠色。

2.大約3分鐘后葉片綠色慢慢褪去，將葉片取出放在清水中漂洗一遍，在白瓷板上展平。[3]

3.在兩張葉片上分別滴加碘液，顯色后在清水中再漂洗一遍。

4.觀察。

師：大家看到兩張葉片有什么不同呢？

生：光照下的葉片呈現深藍色，暗處的葉片呈現黃棕色（與原來顏色一樣，沒有變色）。

師：對，那是什么物質遇到碘液會呈現藍色呢？

生：淀粉。

師：總結綠色植物在光照條件下還能產生淀粉。

實驗2比實驗1更挑戰學生的觀察力和思維力，為了探究綠色植物在光照下會產生什么新物質，需要嚴格控制實驗條件，選擇相同品種的兩株植物，一株經過24小時的暗處理[4]，另一株生長在陽光充足處，經過一系列實驗檢驗出兩株植物葉片內所含物質的差異。本實驗于學生而言是全新的過程，有好幾處拓展思維的地方，如：為什么要將葉片在酒精中水浴加熱進行脫色？為什么要對植物進行24小時黑暗處理？教師可在實驗中啟發學生一一化解這些難題，加深學生對實驗的理解。通過設置見光和不見光兩盆植物間的對照，檢驗出見光植物葉片中含有不見光植物所沒有的淀粉，從而得出綠色植物在光照下還可以產生淀粉。在本實驗中演示的實驗技能也為下個環節的小組實驗做好鋪墊。

到此，學生就能自然地接受光合作用能產生淀粉的事實，也能理解用淀粉的合成來證明光合作用的發生[5]，這對于后續光合作用場所和原料的研究意義重大。教學中又能把對照實驗的方法滲透在其中，學生能循著教師的足跡尋找到實驗中的變量，從而通過單一變量的方法一一揭示光合作用的相關知識，為下一步學生自己開展實驗探究打下基礎。

片段5：

師：通過實驗我們知道綠色植物在光照下能產生氧氣和淀粉，大家知道這個過程叫什么嗎？

生：光合作用。

師：是的，對光合作用的探究我們仍要繼續下去，但老師想把這個重要的任務交給同學們自己去完成，老師在一旁協助大家（光合作用需要葉綠體，光合作用需要光照等）。

……

教師在教室里來回觀察，指正學生操作中的問題，關注課堂生成。

如上的教學設計巧妙地利用實驗解決了光合作用產生淀粉的難點，不用先介紹光合作用的原理，避免給學生的理解帶來沉重的負擔，也不會因為學生對淀粉相關知識的陌生對后續的研究帶來困難。

總的說來，光合作用的教學應該巧妙地利用實驗代替復雜的原理介紹，必須尊重學生的認知規律，循序漸進地培養學生嚴密的邏輯思維能力。在教學設計中要關注學生的認知障礙，并且利用實驗降低學生理解概念、原理的難度，幫助其順利地內化書本知識。

參考文獻：

[1]時海清.從尊重學生認知發展規律談綠色植物光合作用的教學[J].教研論壇，2010（8）：49-50.

[2]李朝木.改進植物光合作用實驗教具的嘗試[J].實驗教學與儀器，2000（2）：12-13.

[3]周傳偉.綠葉快速褪色法[J].生物學教學，2004（7）：35.

[4]姜中相.對初一兩個實驗的改進[J].中學生物教學，1997（6）：14.

[5]徐惠芬.光合作用實驗教學的改進[J].中國現代教育裝備，2004（9）：26-27.