重視問題引導，發展學生科學思維

在高中生物學教學中巧妙設計問題，不僅能有效激發學生求知欲，還能促進學生主動探索，是培養學生創新精神、激發學生科學思維的有效措施。在教學中，教師不僅要結合學生學情，重視問題的巧妙設計，圍繞問題引導學生討論，還要營造開放性育人氛圍，鼓勵學生提出問題，真正以問題為引導，促進學生發展科學思維。現以“光合作用與能量轉化”這節課為例，探索生物學教學中如何巧妙設計問題，幫助學生從物質變化和能量轉化的角度理解光合作用原理，建立生物學的物質和能量觀。

一、重視情境導入，引出課程主題

生物學是與學生日常生活緊密關聯的學科，但是生物學課程所涉及的很多知識內容豐富，學生學習理解較有難度。為了激發學生的好奇心，教師就要在課堂上重視情境導入，講述與課程相關的一些生活小故事，或展示一些前沿科學領域的知識。在此基礎上，教師再引出一些問題讓學生思考，既能讓學生充分感受科學的神奇，還能喚起學生的求知欲，這樣才能達到良好的課堂預熱效果。在“光合作用與能量轉化”這節課，教師就可以通過短視頻為學生介紹上海世博會的一款葉子概念車（見圖1）。

師：同學們好！在開始今天的新課之前，老師想先給大家看一個有趣的短視頻。請大家認真觀看，并思考一下視頻中的這個物品與我們今天要學習的內容有什么關系。

學生觀看視頻，表現出濃厚的興趣。

師：視頻里展示的是什么？請同學們說一下這是一輛什么車。

生1：這是葉子概念車。

生2：這是一輛外形像葉子的新能源汽車。

師：這輛車的能量來源是什么？

生3：這是一款能夠充分利用太陽能、風能以及空氣中的二氧化碳產生電能驅動的新能源汽車。

生4：這輛車的車頂像一片大葉子，是一部光電轉化器，能把太陽能轉化為電能。這輛車的四個車輪帶有風車扇葉，能實現風電轉換。這輛車的車身還能夠進行二氧化碳吸附和轉換。

師：這輛車與我們今天要學習的“光合作用與能量轉化”有什么關系呢？

生5：這輛車的形狀像葉子，它的能量來源像植物的光合作用，可以將太陽能轉化為化學能，為汽車提供動力。

師：非常棒！接下來我們就來詳細探討一下植物光合作用的過程。誰能說一下綠葉中的色素有什么作用？

生：綠葉中的色素可以吸收光能。

師：很好。綠葉中的色素不僅能吸收光能，還能傳遞和轉化光能。它們就像是一個個小小的能量轉換器，將吸收的光能合成有機物，為自身的生長和發育提供能量和物質。

這樣的師生對話，可以有效地將葉子概念車這一案例與光合作用與能量轉化的教學內容相結合，有效激發學生的好奇心，引導學生主動探索植物在光合作用過程中如何實現能量轉化。

二、應用電子實驗，理解實驗原理

在高中生物學教學工作中，為了讓學生透徹理解一些核心概念，教師要應用電子實驗促進學生理解實驗原理，掌握實驗的步驟和方法。“綠葉中色素的提取和分離”是這節課的重點實驗，教師可以應用電子實驗幫助學生突破重難點，可以讓學生分段觀看電子視頻。在學生觀看的同時，教師要提出問題，引導學生有效思考。

（一）色素的提取

在這一部分中，教師可以提出四個問題讓學生思考：

問題一：為什么要選擇綠色、新鮮的葉片？若用衰老的黃葉，可能會出現什么現象，為什么？

問題二：在研磨過程中，實驗人員先后加入了三種物質，它們分別是什么？有什么作用？

問題三：研磨完成后將研磨液迅速倒入玻璃漏斗，過濾時不能用濾紙，為什么？

問題四：將濾液收集到試管后，為什么要用棉塞塞住？

（二）色素的分離

在這部分，教師也可以提出四個問題，讓學生思考：

問題一：濾紙條剪去兩角的目的是什么？

問題二：實驗中為什么要在距這一端底部1 cm處用鉛筆畫一條細的橫線？

問題三：為什么要畫綠葉細線？

問題四：綠葉細線為什么不能觸及層析液？

教師通過有效的問題引導，讓學生思考實驗操作中的一些注意事項，并用自己的語言來進行條理性的闡述和分析。

（三）分析實驗現象

在這部分，教師可以讓學生觀察實驗結果（見表1），然后，根據結果嘗試分析實驗的結論，說一說為什么胡蘿卜素在最上方，哪種色素的含量最多。再讓學生說一下是如何判斷的。

在這一部分中，教師還可以出示一些擴展問題讓學生思考。如色素提取液呈淡綠色，可能有哪些原因？若色素帶顏色較淺，其原因又有哪些？還可以進一步讓學生思考：為什么春夏植物葉子翠綠？而深秋則葉片金黃呢？這類開放性問題可以促進學生透徹理解實驗原理，提升學生思維的縝密性。

教師通過電子實驗模擬演示實驗過程，可以讓學生清晰地了解實驗操作步驟，明白實驗的原理。教師再配合有效的問題引導，可以讓學生充分理解實驗的注意事項，為學生獨立操作打下堅實基礎。尤其是結合實驗結果所設計的一些思考題目，可以讓學生對溶解度擴散速度進行思考。這可以指導學生掌握實驗規律，為學生后續其他實驗結果的分析奠定良好基礎。

三、圍繞核心概念，引導學生深度探究

光合作用與能量轉化這部分涉及的內容較多，除了涉及光合作用的基本過程，還有能量轉化，同時還要讓學生進一步分析光合作用影響的因素。所以教師要重視以有效的問題引導，幫助學生找到探究切入點。另外，教師還要重關注學生批判性思維的培養，為學生今后應用科學原理解決實際問題奠定堅實的基礎。

（一）光合作用的基本原理

光合作用這一概念對學生來講并不陌生，他們在初中階段就已經學過光合作用的基本原理。所以在這部分知識教學過程中，教師可以先拋出問題，讓學生結合已經學過的內容，循序接受新知識。

教師可以讓學生思考如下問題：光合作用的原理是什么？光合作用的場所集中在哪里？并讓學生分析光合作用的產物是什么，以問題為引導，讓學生回顧前期所學內容，嘗試寫出光合作用反應式。

CO2+H2O（CH2O）+O2

從學生熟悉的基礎內容導入，可以降低學生對新知識的理解難度，激發學生的學習興趣。這時候，教師可以引出1865年德國植物學家薩克斯所做的實驗，讓學生認識葉綠體這一結構。

（二）葉綠體的結構和功能

這部分內容涉及的實驗較多，教師可以將學生分成不同的小組，以小組為單元，進一步讓學生閱讀課本資料，了解光合作用的發現過程。這一部分，教師可以設計以下問題：

問題一：為什么選用水綿和好氧細菌作為實驗材料？

問題二：為什么要選擇黑暗并且沒有空氣的環境？

問題三：恩格爾曼第一個實驗的結論是什么？

問題四：在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域，為什么？

問題五：恩格爾曼的實驗方法有什么巧妙之處？

圍繞教師提出的問題，學生進行有效的討論，通過這一實驗，學生可以明白葉綠體的功能，并完成以下填空題。

葉綠體的結構和功能：

（1）結構①雙層膜②基質③基粒：由類囊體堆疊而成

（2）功能：進行光合作用的場所。

（3）物質基礎：

在葉綠體內部的類囊體薄膜上，分布著許多吸收光能的色素分子。在類囊體薄膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所用的酶。

教師沿用這一思路讓學生思考1937年希爾所做的實驗，其主要步驟是什么？可以得出哪些結論？再讓學生思考，1941年魯賓和卡門的實驗證明了什么結論？接著，教師讓學生思考20世紀40年代卡爾文所做的實驗，想一想：這個實驗證明了什么結論？這一實驗讓學生重點體會同位素標記法的應用對科學的幫助。這部分內容要結合化學知識來理解，也是實現跨學科育人的一個典范。最后用阿爾農在1954年和1957年所做的實驗，證明了葉綠體合成ATP時與水的光解相伴隨。

通過這一系列經典實驗的學習，學生明白科學探究的道路漫長而曲折。由此讓學生學習科學家嚴謹認真的態度，并進一步有效梳理光合作用中物質和能量轉化的相關知識，形成對光合作用過程的全面認知。

這部分還有一個難點就是對光反應和暗反應作比較。教師可以出示表格（見表2），讓學生以小組為單位討論分析，嘗試完成表格，以此梳理光合作用整個反應過程。

教師可以結合光合作用的過程讓學生對光反應階段和暗反應階段的反應場所、反應條件、物質變化、能量轉化等信息有效對比，完成表格，從而讓學生明白光反應主要在葉綠體的內囊體薄膜上進行，光反應階段葉綠體中的色素吸收了光能。這部分光能有兩個用途：一是將水分解成了氧氣和氫離子，氧氣通過氣孔可以釋放出去，而氫離子就和NADP+結合形成了NADPH。NADPH作為還原劑，可以進一步參與暗反應階段。二是光反應階段，葉綠體吸收的光能還可以用于酶的催化，形成ATP。這樣就將光能轉變成化學能儲存于ATP中。所以，光合作用的光反應階段將光能轉變成了ATP和NADPH中的活躍化學能。暗反應階段是在葉綠體的基質內進行，這時候不再需要光照。暗反應階段涉及了碳循環，又稱為卡爾文循環。從外界吸收進來的二氧化碳與葉綠體內的C5結合，形成了兩個三碳化合物分子。在酶的催化下，碳酸接受ATP和NADPH釋放的能量。一部分碳酸經過一系列反應形成了糖類；另一部分又重新形成了C5，參與下一個碳循環。教師通過對光反應和暗反應的梳理，可進一步讓學生明確光合作用強度的表示方式，就是根據單位時間內制造或產生的有機物的量、固定二氧化碳的量和產生氧氣的量來判斷。

四、理實結合進行光合作用原理的應用

光合作用與能量轉化這部分內容較多，理解光合作用的原理是重點，也是難點，尤其是光反應和暗反應兩個過程交互進行循環往復，在生活中也有非常重要的應用，所以在理解了光合作用的光反應和暗反應過程后，教師還要引導學生進一步探究影響光合作用強度的一些環境因素。

教師可以結合圖2讓學生明白光合作用受光照強度的影響，當光照強度為O時，葉片只進行了呼吸作用；在AB段，隨著光照強度的逐步增加，植物的光合作用會逐漸增強，二氧化碳的釋放量也會隨之減少；到達B點時，光合作用的強度恰好等于呼吸作用的強度，這時候植物細胞呼吸所釋放的二氧化碳將全部用于光合作用；在BC段，隨著光照強度的不斷增加，植物光合作用釋放大量氧氣。在這個過程中，不僅將細胞呼吸的二氧化碳用于光合作用，還會從外界吸收二氧化碳，用于光合作用。而到達C點即光飽和點之后，光照強度繼續增加，但植物的光合作用強度不再增加。C點之后，植物光合作用的受限因素有溫度、二氧化碳濃度、光照時間、色素含量、葉齡、葉片數量等。這部分，教師還可以讓學生以實驗的方式探究光照強度，進一步明確光合作用的影響：在一定范圍內，隨著光照強度的不斷增強，光合作用的強度不斷增強。

教師讓學生聯系生活，從整體上認識光合作用的全過程，并引導學生思考在生活中如何應用這一原理來促進光合作用能量轉化，進而指導學生學會通過外部條件的控制來促進蔬菜增產，讓植物達到更好的生長狀態。

教師可以設計如下問題：

問題一：靠人工光源生產蔬菜有什么好處？

問題二：蔬菜大棚為什么要控制二氧化碳濃度、營養液成分和溫度等條件？

教師聯系實際讓學生進行有效的問題討論，可以讓學生在課堂上碰撞思維火花，促進學生對光合作用的有效運用，助力學生樹立生物學物質和能量觀。

總之，光合作用是高中生物學學習的重點，同時也是難點。這部分涉及的內容較多，教師不能一股腦將所有知識呈現給學生，而是要通過問題引導學生認識科學家實驗探索的過程，通過演示實驗，讓學生進入主動學習狀態。最后，教師再通過農業上光合作用原理的應用，讓學生認識到生物科學的價值，這對增強學生社會責任意識、提高學生學科思維能力、促進學生正確價值觀的形成有十分重要的作用。

（作者單位：滁州市第二中學）

編輯：曾彥慧