核心素養視角下的高中生物探究性實驗教學設計
——以“探究環境因素對光合作用的影響”為例

劉閃閃

（寧波市鄞州中學 浙江寧波 315100）

實驗是高中生物學的基礎，能培養學生組裝實驗裝置、提出科學問題、設計實驗、科學探究的能力，不僅是教學目標的要求，更是激發學生建立生命觀念、培養科學思維、進行科學探究和承擔社會責任的重要途徑，是提高學生的生物學學科核心素養的需求。

1 教材分析及設計思路

“探究環境因素對光合作用的影響”是浙科版高中生物《必修1·分子與細胞》第三章第五節的內容，在《浙江省普通高中學科教學指導意見》中屬于“基本要求”水平的知識。因此，在教學時，教師要注重運用提出問題、做出假設、控制變量等科學探究方法，引導學生設計單因子對照實驗方案。筆者首先以寧波市旅游景區天宮莊園為切入點，吸引學生學習的興趣，引導學生分析影響光合作用的環境因素；然后，提供實驗材料和設備，以小組為單位展開討論，設計探究性實驗方案，由小組代表組裝實驗裝置，講解實驗方案，指出優點和不足；最后，進行課堂小結，并鼓勵學生進行深度探究。

2 教學目標

（1）分析影響光合作用的環境因素，建立生命觀念；

（2）明確自變量、因變量、控制無關變量，探究環境因素對光合作用的影響，進行科學探究；

（3）體驗科學探究的基本過程，提出科學問題，確立合理的實驗方法，培養科學思維；

（4）確立關愛自然、熱愛生命、愛護身邊的花草樹木的責任意識，承擔社會責任。

3 學情分析

本次探究活動是在學習了光合作用的光反應和碳反應具體過程之后進行的，學生對光合作用的原理、物質變化和能量變化已有一定的理解和掌握。活動中用到的黑藻、廣口瓶、臺燈等也是學生熟悉的。初中時學生曾接觸過用天竺葵為實驗材料檢測光合作用的產物的實驗，已具備一定的實驗操作技能和實驗探究能力，但控制變量、設計單因子對照實驗進行科學探究的思維尚不成熟。

4 教學過程

4.1 天宮莊園游園情境，激發學生探究興趣

教師展示寧波市天宮莊園圖片，并提出問題:在開始探究活動之前，讓我們一起放飛思緒來到美麗的天宮莊園。有沒有同學已經去過這里?這里有400多種植物，共7個分區。不同分區的植物生長條件有很大差異。如何進行環境條件的調控才能讓400多種植物共同生長在天宮莊園里呢？關鍵就在于智能化莊園的中控系統。如果把這個調控權限交給你，你能否利用所學的光合作用的原理進行環境條件的調控呢？

4.2 分析影響光合作用的環境因素

教師提出問題:根據前面我們已經學習過的光合作用的光反應和碳反應的過程，大家分析一下，影響光合作用的環境因素可能有哪些？

學生在教師的引導下討論、分析，明確了影響光合作用的環境因素有光照、溫度、二氧化碳、水分、礦質元素等。

4.3 探究環境因素對光合作用的影響

教師提供實驗材料:黑藻，臺燈，碳酸氫鈉（在一定時間內可較穩定地提供二氧化碳），水，帶彎管的廣口玻璃瓶，紅墨水，鑰匙，玻璃棒。學生以小組為單位設計實驗，探究某一環境因素對光合作用的影響，并在學案上繪出裝置簡圖。教師請代表小組到講臺上組裝實驗裝置。

教師引導學生思考:

（1）組裝該實驗裝置的目的是什么？

（2）遇到了哪些問題，如何解決的？

（3）實驗的自變量是什么？如何改變自變量？

（4）實驗的因變量是什么？如何檢測因變量？

（5）實驗的無關變量是什么?如何控制無關變量？

學生討論后明確實驗目的:探究光照強度對光合作用的影響。學生將紅墨水裝入彎管中有困難。教師提示:將彎管倒立，把紅墨水加入較短一端玻璃管，用手指堵住另一端插入廣口瓶后再松手。自變量是光照強度，通過旋轉按鈕調控光照強度的檔位來調控光照強度，還可以對不同組用不同數目的臺燈數或改變臺燈到裝置的距離來控制光照強度。因變量是光合作用的強度。檢測指標是單位時間內氧氣的釋放量，通過檢測紅色液滴的移動來體現。無關變量有溫度、CO2濃度、水分等，應保證無關變量相同且適宜。

教師:單位時間內氧氣的釋放量與生成量有何區別？還可以檢測其他的指標嗎?

學生:氧氣的生成量有一部分用于細胞呼吸作用，單位時間內氧氣的釋放量表示凈光合速率。本實驗還可以檢測單位時間內淀粉的積累量。

教師:如果要檢測單位時間內淀粉的積累量，必須要排除植株本身淀粉的干擾，如何排除植物本身淀粉的干擾呢？

學生:黑暗條件下進行饑餓處理。

教師:因此如果要檢測淀粉的積累量，操作會比較麻煩，本實驗中我們檢測單位時間內氧氣的釋放量。

教師提供更多的實驗材料:黑藻，100W聚光燈，碳酸氫鈉（為光合作用提供二氧化碳），水，冰塊，精密pH試紙（可以測定在密閉系統中植物經光合作用后溶液pH的改變，推算出CO2濃度的變化），溫度計，不同顏色的玻璃紙，帶彎管的廣口玻璃瓶，紅墨水，大燒杯。并提出問題:還可以探究哪些環境因素對光合作用的影響？實驗中自變量是什么？如何控制自變量？因變量是什么？如何檢測因變量？如何控制無關變量？

學生小組討論，設定了溫度、CO2濃度、光質對光合作用影響的單因子對照實驗。教師展示學生設計成果，引導學生分析實驗的自變量、因變量、檢測指標、無關變量，總結實驗中的問題及改進方法。

4.4 課堂小結

教師總結:影響光合作用的因素還有很多，如pH、色素含量、聲波等，除了環境因素還有遺傳因素、不同的植株、同一株不同的部位、同一部位不同的生長階段其光合作用都不同。如何探究pH、色素含量、聲波等對光合作用的影響？為什么植物只能吸收可見光？能否從基因的水平上進行調控？全球變暖為什么會使農業生產能力下降？同學們課后進一步思考與探究。光合作用的結果不僅給人們帶來了很多美食，也給人們帶來了非常多的視覺盛宴，我們應主動承擔關愛自然、熱愛生命、愛護身邊的花草樹木的社會責任。

4.5 鞏固練習

以2017年11月浙江生物選考30題為例，鞏固練習。

5 核心素養視角下探究性實驗教學的幾點思考

5.1 創設貼近生活的教學情境

本教學設計中，教師由天宮莊園游園情境引入，首先展示天宮莊園內代表性的植物并介紹它們具有明顯差異的生活條件，然后揭示不同溫度帶的植物共同生長在天宮莊園的奧秘，引導學生分析影響光合作用的環境因素，激發學生進行探究活動的積極性。

5.2 科學態度的滲透

本教學設計通過對實驗設計中相關細節問題的討論分析，讓學生明白實驗設計中應把握實驗的整體性并注意實驗中的細節性，培養學生科學嚴謹、求真求實的科學態度。

5.3 科學探究能力的培養

本教學設計中在分析了影響光合作用的環境因素的基礎上，教師向學生提供實驗材料，讓學生以小組為單位進行討論，在明確實驗目的、自變量、因變量、無關變量及檢測指標的基礎上，組裝實驗裝置，培養科學探究能力。