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關(guān)鍵詞 分析模式 光合作用 曲線題
中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B
章君果在“中美生物學(xué)教材中‘光合作用速率曲線分析’的比較與評(píng)析”一文中,提到美國教材對(duì)曲線圖注重分析過程的模式化構(gòu)建。美國教材中提出曲線分析按照一定的分析模式,從“坐標(biāo)――曲線――運(yùn)用”的順序展開,可以讓學(xué)生快速找到分析切入點(diǎn),讓學(xué)生掌握曲線圖分析的大致步驟及需要關(guān)注的關(guān)鍵信息,更注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力,避免學(xué)生拿到曲線圖無從下手。
1 “坐標(biāo)――曲線――運(yùn)用”模式(圖1)分析
對(duì)坐標(biāo)分析,要先要建立坐標(biāo)指數(shù)和生物學(xué)過程之間的聯(lián)系。坐標(biāo)中y軸通常是觀測(cè)指標(biāo),x軸通常是自變量,自變量的變化和生物學(xué)過程的變化之間的聯(lián)系,需要學(xué)生通過一定的推理進(jìn)行構(gòu)建。
曲線分析包括某一曲線的分析及不同曲線的對(duì)比。某一曲線分析主要從曲線隨著自變量的變化趨勢(shì)、規(guī)律及變化幅度,比較同一曲線不同點(diǎn)之間的關(guān)系。不同曲線的對(duì)比,可從趨勢(shì)、規(guī)律和變化幅度上進(jìn)行對(duì)比,也可以對(duì)一些特殊點(diǎn)進(jìn)行比較,如起點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)等。
運(yùn)用這一部分主要是運(yùn)用題干中的信息或已知的生物學(xué)知識(shí),對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋及推斷。
2 典例分析
圖2為某植物光合作用速率與環(huán)境因素之間的關(guān)系,請(qǐng)據(jù)圖回答:
① 由圖2中甲圖可知,光合作用速率和光照強(qiáng)度的關(guān)系是: 。
② 圖2中乙圖的C點(diǎn)表示光照強(qiáng)度為B時(shí),是植物生長的 ,出現(xiàn)CD段的原因是 。
③ 請(qǐng)?jiān)趫D2甲圖中繪制50℃時(shí)植物光合作用速率變化的曲線。
④ 根據(jù)圖2甲圖,在圖乙中繪制光照強(qiáng)度為A時(shí),不同溫度下光合作用速率變化曲線。
解析:(1) 坐標(biāo)分析。甲乙兩圖中因變量均是光合作用速率,自變量分別是光照強(qiáng)度和溫度。
(2) 曲線分析。甲圖出現(xiàn)了3條曲線,單獨(dú)看每一條曲線變化趨勢(shì)相同,即表示在各自溫度下,在一定范圍內(nèi),隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng),光合速率增強(qiáng),當(dāng)達(dá)到某一光照強(qiáng)度下(光飽和點(diǎn)),繼續(xù)增強(qiáng)光照強(qiáng)度,光合速率不變。三條曲線對(duì)比來看,如以10℃曲線為例,當(dāng)達(dá)到光飽和點(diǎn)后,光照強(qiáng)度不再是光合速率的影響因素,而當(dāng)提高溫度后,如20℃,光合速率可繼續(xù)增強(qiáng),直至達(dá)到該溫度下的光飽和點(diǎn)。依次類推可分析另外兩條曲線。
在此分析中有兩個(gè)特殊點(diǎn)A點(diǎn)和B點(diǎn),A點(diǎn)表示此時(shí)光合速率的影響因素主要是光照強(qiáng)度,溫度不是主要影響因素;B點(diǎn)表示此時(shí)光合速率的影響因素主要是溫度,而與光照強(qiáng)度無關(guān)。乙圖表示在一定范圍內(nèi)隨溫度增強(qiáng),光合速率增強(qiáng),達(dá)到C點(diǎn)光合速率達(dá)最大,C點(diǎn)之后隨溫度繼續(xù)增強(qiáng),光合速率下降。
(3) 運(yùn)用。本題難點(diǎn)在③、④問中。第③問中要在甲圖中繪制50℃時(shí)植物光合作用速率變化,此時(shí)僅分析圖甲學(xué)生是無法下手找出突破口,而要把圖2中的甲、乙兩圖結(jié)合起來分析。圖甲中的溫度變化對(duì)光合速率的影響,實(shí)際就在圖乙中體現(xiàn),由此進(jìn)行推論圖乙中溫度變化也可在圖甲中體現(xiàn)。由圖乙中要50℃溫度下的光合速率,介于20℃和30℃,可推知圖甲中50℃時(shí),植物光合作用速率介于20℃和30℃。第④問在圖乙中繪制光照強(qiáng)度為A時(shí),不同溫度下光合作用速率變化。由圖乙曲線體現(xiàn)了溫度對(duì)光合速率的影響,推測(cè)此時(shí)光照強(qiáng)度應(yīng)不是主要的影響因素。即可看成圖甲中的B點(diǎn)時(shí),再參考圖甲中光照強(qiáng)度為A時(shí),三個(gè)不同溫度下光合速率均相同,故推測(cè)此時(shí)光合速率的主要影響因素是光照強(qiáng)度,而與溫度無關(guān)。故推測(cè)該曲線是一條直線,而此時(shí)圖甲中A點(diǎn)時(shí)的光合速率低于10℃光飽和點(diǎn)時(shí)的光合速率,因此圖乙中作圖的起點(diǎn)在低于10℃任何位置都行。
答案:①在一定范圍內(nèi),隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而增強(qiáng),之后,光合作用強(qiáng)度不再增強(qiáng) ②最適溫度 酶活性降低,光合作用速率降低 ③如圖3 ④如圖4
3 反思
在解答曲線題時(shí),既要讀懂曲線,更應(yīng)注重曲線分析過程中學(xué)生對(duì)信息的提取、處理和轉(zhuǎn)化能力及依據(jù)信息去做出推論的能力。通過對(duì)“坐標(biāo)――曲線――運(yùn)用”分析模式的具體運(yùn)用,可見如果只是從簡單的識(shí)標(biāo)(橫、縱坐標(biāo)的含義、因果關(guān)系)、明點(diǎn)(特殊點(diǎn):起點(diǎn)、頂點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、終點(diǎn)、交叉點(diǎn)、平衡點(diǎn)的生物學(xué)意義)、述線(通順表述曲線升、平、降變化趨勢(shì))的角度分析問題,學(xué)生只停留在對(duì)表面現(xiàn)象的理解上,而缺乏一定的邏輯推理的分析過程。當(dāng)出現(xiàn)新的圖形或新的研究數(shù)據(jù),學(xué)生往往無從作答。因此對(duì)曲線的分析,教師不僅僅要注重對(duì)點(diǎn)、線、面的表面現(xiàn)象的分析,更應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)轉(zhuǎn)化和邏輯推論的能力。
其次,教師要引導(dǎo)學(xué)生自主嘗試構(gòu)建模型,通過自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí),學(xué)會(huì)總結(jié)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系和規(guī)律,學(xué)會(huì)從表面推論本質(zhì),深挖潛在的知識(shí)點(diǎn),使學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣從“不會(huì)”到“學(xué)會(huì)”到“會(huì)學(xué)”完成學(xué)習(xí)思維模式轉(zhuǎn)變。
然而,模型的構(gòu)建不是一朝一夕就能解決,需要教師在平常教學(xué)工作中,關(guān)注教材中潛在的模型資源,并有目的地滲透和引導(dǎo)學(xué)生,從而使教學(xué)過程從一種簡單的傳輸、傳遞和接受過程轉(zhuǎn)變成學(xué)生是信息加工的主體,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)共同體角色的互換。
參考文獻(xiàn):
[1] 章君果,張海銀.中美生物學(xué)教材中“光合作用速率曲線分析”的比較與評(píng)析[J]中學(xué)生物學(xué),2015,31(6):60-62.
本節(jié)內(nèi)容是學(xué)生深刻理解植物葉片代謝的切入點(diǎn)。通過理解光合作用強(qiáng)度的概念,學(xué)生可以把植物光合作用和細(xì)胞呼吸的知識(shí)體系構(gòu)建起來。教材僅簡單提及光合作用強(qiáng)度的概念;而且在新課中,教學(xué)目標(biāo)的著力點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生通過“探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”的實(shí)驗(yàn)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。因此在第一輪復(fù)習(xí)中,教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建光合作用強(qiáng)度概念模型就顯得尤為重要。
2 教學(xué)目標(biāo)
(1)知識(shí)目標(biāo):理解光合作用強(qiáng)度的概念;分析影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素;理解和運(yùn)用光合作用與細(xì)胞呼吸過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)變及相互關(guān)系。
(2)能力目標(biāo):實(shí)踐自主學(xué)習(xí)的方式,提高學(xué)生思維能力、分析問題的能力;在有關(guān)的情境中,運(yùn)用語言表達(dá)的能力和歸納知識(shí)的能力。
3 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
(1)重點(diǎn):探究影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素;說出光合作用原理的應(yīng)用。
(2)難點(diǎn):探究影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素。
4 教學(xué)設(shè)計(jì)思路
光合作用強(qiáng)度是“環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”中重要的核心概念,幫助學(xué)生構(gòu)建光合作用強(qiáng)度的概念是以學(xué)生已掌握光合作用和細(xì)胞呼吸的概念等內(nèi)容為前提的。教師利用多媒體資源創(chuàng)設(shè)課堂情境,引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識(shí)、通過純思維方式的探究,自己構(gòu)建光合作用強(qiáng)度概念的模型。這不僅有助于學(xué)生理解和掌握光合作用強(qiáng)度的概念,也有助于學(xué)生提高光合作用原理的應(yīng)用能力。
5 課型
第一輪復(fù)習(xí)課。
6 教學(xué)環(huán)節(jié)
6.1談話導(dǎo)入,明確教學(xué)目標(biāo)
師:影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素一節(jié)的內(nèi)容在我省考試說明中是屬于二類要求的知識(shí)內(nèi)容,是歷年高考的一個(gè)熱點(diǎn),也是一個(gè)難點(diǎn)。這一節(jié)中有兩個(gè)很重要的內(nèi)容需要大家認(rèn)真理解和記憶:光合作用強(qiáng)度的概念和測(cè)定;各種環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響情況及其應(yīng)用。
6.2學(xué)習(xí)光合作用強(qiáng)度概念和測(cè)定
師:首先大家一起來回顧光合作用強(qiáng)度的概念。請(qǐng)大家打開教材P104,回顧概念。光合作用強(qiáng)度是指植物在單位時(shí)間通過光合作用制造糖類的量,可以通過測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)原料消耗或產(chǎn)物生成的數(shù)量來定量地表示――是一種量化的指標(biāo)。那么,通過光合作用的哪些原料或產(chǎn)物表示光合強(qiáng)度的大小呢?請(qǐng)大家通過回顧光合作用的過程來弄清楚這個(gè)問題。
課件展示光合作用過程的圖解。
生:可用光合作用消耗的H2O、產(chǎn)生的O2、固定的CO2、制造的(CH2O)來表示光合作用強(qiáng)度的大小。
師總結(jié):都可以嗎?在植物細(xì)胞中涉及O2、CO2、(CH2O)只有光合作用和細(xì)胞呼吸,而涉及水的反應(yīng)實(shí)在太多了,很難區(qū)分開。因此一般可用光合作用產(chǎn)生的O2量、固定的CO2量或者制造的(CH2O)量來表示光合作用強(qiáng)度的大小。那么,利用相應(yīng)的儀器直接測(cè)定光合作用產(chǎn)生的O2量、固定的CO2量或者制造的(CH2O)量嗎?
生討論:不行,有光照時(shí),植物葉肉細(xì)胞既進(jìn)行光合作用又進(jìn)行細(xì)胞呼吸,光合作用產(chǎn)生的O2從葉綠體出來后,會(huì)被有氧呼吸消耗一部分。因此,要測(cè)定光合作用產(chǎn)生的O2量、利用的CO2量或者制造的(CH2O)量就必須把和呼吸有關(guān)的部分量考慮在內(nèi)。
課件展示:有氧呼吸反應(yīng)方程式。
師:那么,葉片中葉肉細(xì)胞內(nèi)光合作用和細(xì)胞呼吸的關(guān)系是怎樣的呢?接下來大家利用圖解(圖1)一起分析當(dāng)光合強(qiáng)度大于呼吸強(qiáng)度時(shí)兩者之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系。
課件展示代謝情況:按照O2、CO2、(CH2O)的順序。
光合作用產(chǎn)生的O2量①=實(shí)測(cè)O2釋放量②+有氧呼吸耗O2量③;
光合作用CO2利用量(1)=實(shí)測(cè)CO2吸收量(2)+有氧呼吸產(chǎn)CO2量(3);
光合作用糖類制造量I=實(shí)測(cè)糖類積累量Ⅱ+有氧呼吸糖類消耗量Ⅲ。
師:由上述公式可知,①、(1)或I都可代表光合強(qiáng)度,③、(3)或Ⅲ則可代表呼吸速率,而實(shí)測(cè)的②、(2)或Ⅱ則代表凈光合速率。那么可以用一個(gè)公式總結(jié)上述結(jié)論。
生:光合強(qiáng)度(真正光合速率)=凈光合速率+呼吸速率。
師:由圖1分析可知,我們只能直接測(cè)得②、(2)或Ⅱ代表某光照強(qiáng)度下的凈光合速率。想要知道光合強(qiáng)度大小,是不是只要再測(cè)定呼吸速率就可以最終知道光合強(qiáng)度的大小了,那么,此時(shí)葉片的呼吸速率怎么測(cè)?
教師邊分析,邊引導(dǎo)學(xué)生思考:此時(shí)有光照,植物葉片既有光合作用又有細(xì)胞呼吸,要測(cè)定呼吸速率會(huì)受到光合作用的影響。
生:只能通過測(cè)定黑暗時(shí),植物葉片耗氧量、產(chǎn)CO2量或者糖類消耗量來衡量有氧呼吸速率。
課件展示圖解(圖2)。
師:那在黑暗時(shí)和光照時(shí)條件不一樣,有氧呼吸速率會(huì)一樣嗎?
生:植物葉片進(jìn)行的有氧呼吸不會(huì)受光照強(qiáng)度的影響。
師:在理清這些思路之后,我們最后來總結(jié)一下該怎么對(duì)光合作用強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。
課件展示:測(cè)定光合強(qiáng)度(真正光合速率)時(shí),應(yīng)該要在黑暗下測(cè)定呼吸速率,然后在某種光照強(qiáng)度下測(cè)定凈光合速率,再把測(cè)得的值進(jìn)行處理可得真正光合速率,如圖3所示。
學(xué)生填寫表1:(括號(hào)內(nèi)的內(nèi)容由學(xué)生填寫,教師總結(jié))
師:接下來大家一起通過一道例題理解鞏固一下前面的內(nèi)容。
課件展示例題(橫線上的內(nèi)容由學(xué)生填寫,教師總結(jié))。
例:用某種大小相似的綠色植物葉片,分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn):已知葉片實(shí)驗(yàn)前的重量,在不同溫度下分別暗處理1h,測(cè)其重量變化;立刻再光照1h(光強(qiáng)度相同),再測(cè)其重量變化。得到如下結(jié)果(表2)。
(1)暗處理時(shí),隨溫度升高,葉片重量下降,其原因是在暗處,葉片只進(jìn)行呼吸作用,溫度升高,酶的活性增強(qiáng),分解有機(jī)物增多,葉片重量下降;
(2)在28℃條件下,每小時(shí)光合作用合成的有機(jī)物為7mg,氧氣產(chǎn)生量最多的是第四組葉片。
師:(1)暗處理后的重量變化可以用來衡量每小時(shí)呼吸消耗量,并且由于溫度對(duì)呼吸酶活性的影響,呼吸速率表現(xiàn)出不同的情況。
(2)光照后的重量變化可以用來衡量光照1h,葉片的凈增重量,即用來衡量凈光合速率。如第四組,光照1h葉片由-4變成+2,葉片凈增重6mg。
(3)(2)問的是合成的有機(jī)物,說明問的是真正
光合速率,那就得呼吸速率+凈光合速率,如第四組真正光合速率=呼吸速率4+凈光合速率6=10,是四個(gè)組中最多的,因此第四組的氧氣產(chǎn)生量也是最多。
6.3各種環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響情況
師:在植物生長的環(huán)境中,有諸多的因素能影響到光合作用,如光、溫度…,光有光照強(qiáng)度和光質(zhì)兩個(gè)方面都會(huì)影響到光合作用強(qiáng)度。以前,通過實(shí)驗(yàn)了解了光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度有影響,有什么影響呢?
生:在一定范圍內(nèi),光照強(qiáng)度增加,植物光合強(qiáng)度加強(qiáng),但超出一定限度(光飽和點(diǎn)),光照增加,光合強(qiáng)度也不再增大。
實(shí)驗(yàn)視頻:探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響。
師:請(qǐng)觀察圖4:找出表示前面復(fù)習(xí)的真正光合速率,凈光合速率和呼吸速率的位置;光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)分別表示什么意思?
課件展示:(1)光①光照強(qiáng)度
生:光補(bǔ)償點(diǎn)是光合強(qiáng)度和呼吸強(qiáng)度相等時(shí)的光照強(qiáng)度。
光飽和點(diǎn)是光合強(qiáng)度達(dá)到最大值的光照強(qiáng)度。
師:為什么達(dá)到飽和點(diǎn)后光合強(qiáng)度不會(huì)再增加?
生:受單位葉面積中的葉綠體數(shù)量、溫度或CO2濃度的限制。
師:根據(jù)這個(gè)原理,在大棚種植作物時(shí),可以給植物提供什么樣的光照條件?
生:可根據(jù)植物對(duì)光的需求情況提供適宜的光照條件,讓植物處于光飽和點(diǎn)以提高產(chǎn)量。
師:下面看一道例題。
課件展示:已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25℃和30℃。圖5表示在30℃時(shí),該植物光合強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系。若將溫度調(diào)節(jié)到25℃,其他條件不變,從理論上講,圖中相應(yīng)點(diǎn)的移動(dòng)應(yīng)該是( )
A a點(diǎn)上移,b點(diǎn)左移,m值上升
B a點(diǎn)不動(dòng),b點(diǎn)左移,m值不動(dòng)
c a點(diǎn)上移,b點(diǎn)右移,m值下降
D a點(diǎn)下移,b點(diǎn)不移,m值上升
生:A。
教師總結(jié):
a點(diǎn)時(shí),只有呼吸作用,當(dāng)溫度由呼吸最適溫度30℃降到非呼吸最適溫度25℃,呼吸速率變小,應(yīng)上移。
b點(diǎn)的含義是光補(bǔ)償點(diǎn),即此時(shí)光合強(qiáng)度和呼吸強(qiáng)度相等,而溫度變化后,呼吸強(qiáng)度變小了,光合作用強(qiáng)度變大了,要繼續(xù)保持二者相等,光照強(qiáng)度要減弱。
c點(diǎn)是光飽和點(diǎn),葉片的最大光合速率為m,而溫度由非光合作用最適溫度變成處于光合作用的最適溫度,m值會(huì)增大。
師:因?yàn)樗姆N色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,所以不同波長的光對(duì)光合作用也有一定的影響。
課件逐步展示:②光質(zhì):
復(fù)合光(白光)>紅光(藍(lán)紫光)>綠光
應(yīng)用:建日光溫室時(shí),選用無色透明的玻璃或薄膜做頂棚,光合作用的效率較高。
課件展示:(2)CO2濃度:
在一定的范圍內(nèi),隨著CO2濃度的增加,光合作用強(qiáng)度隨之而增加。
應(yīng)用:可通過合理密植保證通風(fēng)、施加農(nóng)家肥料來確保有足夠的CO2供應(yīng)植物進(jìn)行光合作用。
(3)溫度。
師:溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)的酶的活性而影響光合速率。那么,請(qǐng)大家用一個(gè)曲線圖把溫度對(duì)光合速率的影響情況表示出來。
師:與光合作用有關(guān)的酶存在最適溫度。葉片在進(jìn)行光合作用的同時(shí)也在進(jìn)行呼吸作用,溫度同樣通過影響與呼吸作用有關(guān)的酶的活性來影響呼吸速率(圖6)。與呼吸作用有關(guān)的酶的最適溫度和光合作用不一樣。
課件展示:
怎么利用這個(gè)原理來提高作物的產(chǎn)量?
生:可通過白天適當(dāng)提高溫度、晚上適當(dāng)降低溫度提高一個(gè)晝夜的產(chǎn)量。
課件展示:(4)礦質(zhì)營養(yǎng):
N:光合酶及NADP+和ATP的重要組分;
P:NADP+和ATP的重要組分;維持葉綠體正常。
結(jié)構(gòu)和功能:
K:促進(jìn)光合產(chǎn)物向貯藏器官運(yùn)輸;
Mg:葉綠素的重要組分。
【關(guān)鍵詞】光合作用 呼吸作用 復(fù)習(xí) 再思考
2012年高考已落下帷幕,將與考試大綱比較一番,就像魔術(shù)師精彩魔術(shù)的揭秘過程,讓人恍然大悟。印象尤為深刻的是有關(guān)必修一教材中細(xì)胞代謝中的光合作用和呼吸作用這兩知識(shí)點(diǎn)的考查。光合作用和呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)在植物生理和生態(tài)學(xué)中占有重要地位,在近些年的各地高考試題中,其出現(xiàn)的頻率和所占的比例都讓師生們不容忽視和簡單應(yīng)付。
一、用概念教學(xué)促進(jìn)知識(shí)理解、用典型實(shí)例增強(qiáng)解決問題的能力
如何做好光合作用和呼吸作用的迎考復(fù)習(xí),時(shí)間跨度不同,歷經(jīng)的做法和實(shí)踐也有所不同,在新課程且自主命題考試的情景下,摸索嘗試新的方法引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)上自主探究,善于總結(jié)并培養(yǎng)能力,學(xué)生學(xué)有所成,教師教得輕松。
1.光合作用和呼吸作用的一般復(fù)習(xí)教學(xué)情況
筆者從他人和自己的教學(xué)經(jīng)歷中,總結(jié)出光合作用和呼吸作用復(fù)習(xí)教學(xué)的一般思路:
首先是從光合作用科學(xué)發(fā)展史的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)入手,引發(fā)學(xué)生了解科學(xué)家在光合作用機(jī)制探索過程中的精心思考、巧妙設(shè)計(jì),進(jìn)而使學(xué)生建立正確的科學(xué)思想與科學(xué)思維方法。
其次是讓學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上,進(jìn)行“探究酵母菌呼吸方式”實(shí)驗(yàn)。要求學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)選材、實(shí)驗(yàn)變量的控制、對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)、觀察、分析結(jié)果得出結(jié)論等實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)過程強(qiáng)調(diào)學(xué)生獨(dú)立思考,注意師生之間、生生之間的交流。
其三是學(xué)生自讀課本,鞏固光合作用和呼吸作用的反應(yīng)場(chǎng)所、過程及產(chǎn)物,布置相應(yīng)練習(xí)題,評(píng)析典型例題,提高學(xué)生的知識(shí)遷移能力、知識(shí)應(yīng)用能力。
其四為用對(duì)應(yīng)內(nèi)容的模擬試題進(jìn)行檢測(cè)、講評(píng),再考再評(píng)。
2.通過加強(qiáng)概念教學(xué)習(xí),增強(qiáng)應(yīng)對(duì)高考改革變化趨勢(shì)的能力
柯華葳在《問題解決的教與學(xué)》一書的導(dǎo)讀中寫道:“學(xué)習(xí)最終的目的,或說對(duì)學(xué)校學(xué)習(xí)的最好的考驗(yàn)就是讓學(xué)生解決問題,而且是解決生活問題。”
高考命題是在主干知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的交匯點(diǎn)上進(jìn)行試題設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)核心知識(shí)之間的綜合與聯(lián)系,注重生物學(xué)概念、原理的理解和應(yīng)用、對(duì)分析、綜合等思維能力的考查。本人在教學(xué)中,以框圖的形式將概念以及概念之間的意義關(guān)系清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生, 學(xué)生通過給出的核心概念,并建構(gòu)概念圖;概念圖的使用能使學(xué)生獲得基礎(chǔ)知識(shí),提高思維能力,提高學(xué)習(xí)效率,使學(xué)生能學(xué)習(xí)、會(huì)學(xué)習(xí)、愛學(xué)習(xí)。
筆者在復(fù)習(xí)中運(yùn)用概念圖構(gòu)造一個(gè)清晰的網(wǎng)絡(luò),引導(dǎo)學(xué)生對(duì)光合作用整個(gè)知識(shí)架構(gòu)進(jìn)行梳理,利于直覺思維促進(jìn)知識(shí)的遷移,提高解題能力。
題例1.圖甲是某同學(xué)“探究在溫度為30℃時(shí)影響植物光合速率的因素”的實(shí)驗(yàn)裝置圖。圖乙表示該植物某葉肉細(xì)胞在光照強(qiáng)度分別為a、b、c、d時(shí),單位時(shí)間內(nèi)葉肉細(xì)胞CO2釋放量和葉綠體O2產(chǎn)生總量的變化。試回答:
求:圖乙中光照強(qiáng)度為b時(shí),該葉肉細(xì)胞光合作用速率 (填<、=、>)呼吸作用速率,光照強(qiáng)度為c時(shí),單位時(shí)間內(nèi)該葉肉細(xì)胞從周圍吸收 單位的二氧化碳。
【解題分析】本題探究的是影響植物光合速率的因素,有一些相關(guān)概念應(yīng)理解一下包括:植物光合作用速率=凈光合速率+植物呼吸速率;光合作用速率(或光合作用強(qiáng)度)可用有機(jī)物、二氧化碳、氧氣的量表示;直角坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)意義要明確,橫軸表示自變量,縱軸表示因變量;坐標(biāo)系中的圖例所包含的意思要明確,即葉綠體O2產(chǎn)生總量表示實(shí)際光合作用,葉肉細(xì)胞CO2釋放量表示呼吸作用;幾個(gè)特殊點(diǎn)a、b、c點(diǎn)代表的生理過程,a點(diǎn)表示在此光照強(qiáng)度下無光合作用僅進(jìn)行呼吸作用;b點(diǎn)表示在此光照強(qiáng)度下葉肉細(xì)胞仍有CO2釋放,光合作用<呼吸作用;c點(diǎn)表示在此光照強(qiáng)度下葉綠體O2產(chǎn)生總量(仔細(xì)觀察此O2量應(yīng)等于葉肉細(xì)胞CO2釋放量)。分析中涉及了諸多概念,應(yīng)逐一厘清為好,只有概念通了,相應(yīng)的問題就迎韌而解。
二、教師與學(xué)生共同分析設(shè)計(jì)操作實(shí)驗(yàn),在處理運(yùn)用中提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>
近些年高考一直重視實(shí)驗(yàn)探究能力的考查,教材中的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和研究性課題中都包含著一定的實(shí)驗(yàn)思想和方法。因此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)和操作等環(huán)節(jié)顯得尤為基礎(chǔ)和根本。具體表現(xiàn)為:
1.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)不同類型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的處理并選擇實(shí)驗(yàn)材料藥品。
見題例3. ①甲裝置的D 中放入實(shí)驗(yàn)藥品。
2.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)控制實(shí)驗(yàn)單一變量、選擇適宜條件、設(shè)置對(duì)照組、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)定、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果、觀察與記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
3.引導(dǎo)學(xué)生重視《考試說明》要求的16個(gè)實(shí)驗(yàn)提供的范式,盡可能通過實(shí)際操作,總結(jié)出實(shí)驗(yàn)的一般規(guī)律、實(shí)驗(yàn)程式、實(shí)驗(yàn)方法及對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,學(xué)會(huì)將所學(xué)實(shí)驗(yàn)技能遷移到新的情境探究實(shí)驗(yàn)中去。
4.引導(dǎo)學(xué)生歸類總結(jié)獲取分析問題解決問題的常規(guī)經(jīng)驗(yàn),使用規(guī)范的專業(yè)術(shù)語、簡潔作答避免不應(yīng)有的失誤。
三、通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型、文圖轉(zhuǎn)換,突破光合作用和呼吸作用的計(jì)算題
在光合作用的物質(zhì)生產(chǎn)過程中,涉及到葡萄糖、二氧化碳、氧氣的質(zhì)量、體積和物質(zhì)的量的計(jì)算。
1.用數(shù)學(xué)建模形式突破計(jì)算問題
——初中科學(xué)“研究光合作用的發(fā)現(xiàn)過程”教學(xué)設(shè)計(jì)思想*
教學(xué)意圖
初中科學(xué)課程的目標(biāo)是提高每個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),實(shí)驗(yàn)則是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑和方法,提出合理的假設(shè)、科學(xué)地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案又是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈魂所在。讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),有利于他們提高以思維和創(chuàng)新能力為主的綜合能力,接受科學(xué)方法的訓(xùn)練。經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)秀范例,科學(xué)史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)閃耀著科學(xué)家的智慧,體現(xiàn)了科學(xué)研究方法,可以讓學(xué)生受到科學(xué)思維方法的熏陶和引導(dǎo),從模仿創(chuàng)新開始,逐步發(fā)展到獨(dú)立的原創(chuàng)創(chuàng)新,能有效地提高學(xué)生提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。
有關(guān)“植物的光合作用”的知識(shí)點(diǎn)在初中科學(xué)中占相當(dāng)重要的地位,然而,在教學(xué)中,光合作用發(fā)現(xiàn)史中精妙絕倫的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)卻往往被認(rèn)為只是展示知識(shí)的一種形式,它的其他功能卻被忽視了。其實(shí),光合作用的發(fā)現(xiàn)史不僅展示了知識(shí)的發(fā)生過程,能幫助學(xué)生深刻理解知識(shí)、理解科學(xué)的本質(zhì),還有著更多的教育教學(xué)意義:利用科學(xué)史的“故事性”,能有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;重溫先人勇于探索的過程,能有助于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和堅(jiān)忍不拔的科學(xué)精神;更為有效的是,學(xué)生可以從光合作用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)到科學(xué)家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的智慧,這也是本節(jié)課的重中之重。
學(xué)情分析
一、學(xué)生起點(diǎn)能力
在小學(xué)階段已知道植物能進(jìn)行光合作用,對(duì)光合作用的原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所、動(dòng)力等也有所了解;已經(jīng)歷過科學(xué)探究的一般過程;隱性或顯性地接觸過建立假設(shè)等研究方法;隱性或顯性地進(jìn)行過合作交流。
二、學(xué)習(xí)目標(biāo)分析
本節(jié)課以光合作用發(fā)現(xiàn)史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為載體,旨在引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的分析,建立光合作用的模型,掌握設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的規(guī)則,進(jìn)而能創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究,領(lǐng)悟科學(xué)精神,提高科學(xué)素養(yǎng)。其中,根據(jù)J.R.Anderson的AcT理論,有關(guān)光合作用的知識(shí)屬于陳述性知識(shí),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的規(guī)則屬于程序性知識(shí)。
對(duì)光合作用、科學(xué)探究的一般過程、建立假設(shè)等
研究方法及合作交流有初步了解——起點(diǎn)
習(xí)得光合作用的原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所、動(dòng)力等,
從而建立模型——使能目標(biāo)一
分別習(xí)得控制實(shí)驗(yàn)條件、設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)、
選擇實(shí)驗(yàn)材料等規(guī)則——使能目標(biāo)二
綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)則,在新情景下
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案——終點(diǎn)目標(biāo)
教學(xué)目標(biāo)
一、知識(shí)和技能
通過研究經(jīng)典實(shí)驗(yàn)大致認(rèn)識(shí)人類探索光合作用的歷程;了解經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的方法及結(jié)論;能說出光合作用的原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所、動(dòng)力等。
二、過程和方法
體驗(yàn)前人設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的技能和思維方式;經(jīng)歷科學(xué)探究的一般過程:提出問題建立假設(shè)實(shí)驗(yàn)探究收集和處理事實(shí)得出結(jié)論;初步學(xué)會(huì)合作交流、建立模型、提出假設(shè)、控制實(shí)驗(yàn)條件、設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)等方法。
三、態(tài)度、情感和價(jià)值觀
領(lǐng)悟“科學(xué)知識(shí)真實(shí)可信,但它不是絕對(duì)真理”;激發(fā)科學(xué)興趣,感受實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、堅(jiān)忍不拔的意志品質(zhì);樹立“懷疑、創(chuàng)新、進(jìn)取”的科學(xué)精神。
教學(xué)準(zhǔn)備
一、實(shí)驗(yàn)器材
燒杯、金魚藻等水草、玻璃棒、水、不同瓦數(shù)的電燈泡等。
二、多媒體課件及相關(guān)設(shè)備
用于設(shè)置真實(shí)的問題情景、展示經(jīng)典實(shí)驗(yàn)過程的多媒體課件;多媒體計(jì)算機(jī)、視頻展示臺(tái)等設(shè)備。
教學(xué)過程
一、回顧原有知識(shí),尋找新知識(shí)固定點(diǎn)
師:“民以食為天”,動(dòng)物需要以食物來維持生命,一棵小樹長成參天大樹,其質(zhì)量增加幾百至幾千倍,它的食物是什么呢?
利用多媒體出示一段錄像《陽光下的魔術(shù)——植物的光合作用》。
【探究式教學(xué)應(yīng)建立在學(xué)生已有的探究能力和認(rèn)知基礎(chǔ)上。這里的提問和錄像,意在激活、提升學(xué)生的原有知識(shí),幫助學(xué)生在自己原有的認(rèn)知圖式上建構(gòu)新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。】
二、設(shè)置問題情境,告知學(xué)習(xí)目標(biāo)
師:科學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。那么,科學(xué)家是怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探索發(fā)現(xiàn)光合作用的呢?今天我們要學(xué)習(xí)、模仿科學(xué)家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法,爭(zhēng)取自己也能創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),探究光合作用的奧秘。
【良好的開端是成功的一半,設(shè)置疑難問題引入課題,激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,使學(xué)生的精神保持亢奮狀態(tài),為課堂學(xué)習(xí)提供良好的心理氛圍;通過告知學(xué)習(xí)目標(biāo),讓學(xué)生意識(shí)到學(xué)習(xí)活動(dòng)的意義指向,使學(xué)習(xí)的目標(biāo)成為一種有力的探究動(dòng)機(jī)。】
三、呈現(xiàn)學(xué)習(xí)材料,小組合作探究
利用多媒體圖文結(jié)合逐個(gè)展示有關(guān)經(jīng)典實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生圍繞引導(dǎo)性問題進(jìn)行合作探究(部分探究內(nèi)容見表1),并將探究結(jié)果填入表2。
【初中學(xué)生有強(qiáng)烈的好奇心和求知欲,但他們往往只滿足于新奇的現(xiàn)象,所以要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容有計(jì)劃地設(shè)計(jì)和展示序列化、分層次的學(xué)習(xí)目標(biāo)——引導(dǎo)性問題,為學(xué)生探究學(xué)習(xí)提供“支架”,引導(dǎo)他們定向探究,持久地進(jìn)行思維活動(dòng)。
學(xué)生在序列化問題的引導(dǎo)下探究分析經(jīng)典實(shí)驗(yàn),從而“發(fā)現(xiàn)”光合作用的原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所、動(dòng)力等知識(shí),這是主動(dòng)積極、產(chǎn)生式的建構(gòu)過程,有利于使知識(shí)轉(zhuǎn)化為個(gè)體內(nèi)在的認(rèn)知結(jié)構(gòu),促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和提取;通過系列經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的展示和分析,讓學(xué)生感悟到科學(xué)是發(fā)展變化的探究過程,不是絕對(duì)的真理。
為了讓學(xué)生習(xí)得關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的程序性知識(shí),采用了如下的教學(xué):首先,學(xué)生在教師提供的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)和有關(guān)問題引導(dǎo)下,經(jīng)過討論和反饋,逐個(gè)“發(fā)現(xiàn)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)則——設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)、排除干擾、控制單一變量、恰當(dāng)?shù)剡x擇實(shí)驗(yàn)材料、顯性化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(如,運(yùn)用老鼠和蠟燭創(chuàng)造條件,使在自然環(huán)境中無法觀察到的空氣成分變化間接地表現(xiàn)出來)等。這是奧蘇伯爾同化論中的上位學(xué)習(xí)的一種形式——從例子到規(guī)則的學(xué)習(xí),簡稱例—規(guī)法。這是為了使學(xué)生的認(rèn)識(shí)從直觀到概括、從個(gè)別到一般。然后,引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)則遷移到新的實(shí)驗(yàn)情景中去,經(jīng)過在變化情境中的練習(xí),促進(jìn)學(xué)生對(duì)規(guī)則的理解和掌握,逐步使各條規(guī)則由陳述性知識(shí)轉(zhuǎn)化為程序性形式,使相應(yīng)的規(guī)則向辦事的技能轉(zhuǎn)化?!?/p>
四、歸納習(xí)得知識(shí),建立知識(shí)模型
師:幾代科學(xué)家歷經(jīng)200多年,才基本弄清植物光合作用的過程。(利用多媒體展示一植物整體圖)請(qǐng)你們歸納以上每個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論,在圖中用文字或符號(hào)表示出光合作用的原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所、動(dòng)力等。
學(xué)生回答結(jié)果如圖1。
【學(xué)生獲得知識(shí)的標(biāo)志是大腦中儲(chǔ)存和建立了很多準(zhǔn)確而又彼此聯(lián)系的信息網(wǎng)絡(luò)。本教學(xué)環(huán)節(jié)把光合作用的場(chǎng)所、條件、產(chǎn)物、原料等分散的知識(shí)整合成一個(gè)整體并表示出它們的關(guān)系,還應(yīng)用表象策略,把言語信息集合到學(xué)生熟悉的植物圖片模型上,讓學(xué)生通過雙重編碼形成模型,將新接受的信息與大腦中原有的信息緊密聯(lián)系,建構(gòu)成新的認(rèn)知體系,促進(jìn)知識(shí)的理解、記憶和提取?!?/p>
五、綜合應(yīng)用規(guī)則,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案
師:在20世紀(jì),至少有6次有關(guān)光合作用的研究成果榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。探索并沒有結(jié)束,希望你也能參加到科學(xué)研究中來!現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)則,探究一個(gè)真實(shí)問題:
小明媽媽從水族館買回來幾棵水草,讓小明放在水族箱內(nèi),說這樣水中會(huì)有較多的氧氣讓魚兒呼吸。愛動(dòng)腦筋的小明想讓這幾棵水草釋放出更多的氧氣。你能想辦法讓水草釋放出更多的氧氣嗎?你可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明你的想法嗎?請(qǐng)你用圖片或文字來表達(dá)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
用多媒體圖文結(jié)合展示這個(gè)應(yīng)用性問題后,將實(shí)驗(yàn)裝置(如圖2)放在視頻展示臺(tái)上展示,引導(dǎo)學(xué)生觀察植物“冒氣泡”。然后,學(xué)生分小組討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,各組用視頻展示臺(tái)展示自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,和全班同學(xué)辯論、交流。
【學(xué)生掌握智慧技能的行為指標(biāo)是看他們能否在實(shí)際情境中應(yīng)用規(guī)則做事,而不是能否陳述規(guī)則。所以,需要引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)則獨(dú)立地應(yīng)用于解決新問題,促使智慧技能達(dá)到自動(dòng)化。這個(gè)探究活動(dòng)要求學(xué)生進(jìn)行綜合、歸納、創(chuàng)造性的思維活動(dòng),這屬于信息加工階段,它有利于啟動(dòng)學(xué)生的大腦內(nèi)化力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力。例如:有的學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),提出將適量的雪碧倒入水中,以增加水中的二氧化碳,促進(jìn)水草光合作用;還有的學(xué)生提出光的波長也會(huì)影響光合作用的效果……學(xué)生的思維被激活,創(chuàng)造的火花可見一斑。在選題方面,充分考慮了教學(xué)任務(wù)的情境性和真實(shí)性?!霸鯓硬拍茉鰪?qiáng)水草的光合作用”是生活中的實(shí)際問題,因而成為開展探究式教學(xué)的有效切入點(diǎn)?!?/p>
六、課后繼續(xù)探究
師:葉脈是運(yùn)輸水的結(jié)構(gòu),你能根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明水是光合作用的原料嗎?你也可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探索其他問題。
【加涅認(rèn)為學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果能使其才能發(fā)生相對(duì)持久的變化,而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案又是高級(jí)的智慧技能,需要組合若干規(guī)則解決復(fù)雜問題,學(xué)生不是一朝一夕就能掌握的,需要多次進(jìn)行變換情景練習(xí)才能逐步達(dá)到自動(dòng)執(zhí)行的程度?!?/p>
教學(xué)反思
一、探究課要以具體的知識(shí)為載體,以真正理解并學(xué)以致用為中心目標(biāo)
本課是一節(jié)探究式教學(xué)課。在這節(jié)課中,學(xué)生以光合作用發(fā)現(xiàn)史為探究的載體,以真實(shí)的問題情境作為探究的背景,以真正理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)策略并學(xué)以致用為中心目標(biāo)。
科學(xué)探究必須以具體的知識(shí)為載體,它不能獨(dú)立于具體知識(shí)之外。本活動(dòng)以光合作用發(fā)現(xiàn)史為知識(shí)載體,引導(dǎo)學(xué)生沿著光合作用發(fā)現(xiàn)的歷史線索,從古希臘亞里士多德1629年海爾蒙特1771年(光合作用年)普利斯特利1779年英格豪斯1864年薩克斯1880年恩吉爾曼……通過分析系列經(jīng)典實(shí)驗(yàn)得出植物光合作用的原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所、動(dòng)力,并用表格一一總結(jié),然后通過歸納,抽象出光合作用模型,從而為學(xué)生提出假設(shè)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提供相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。
設(shè)計(jì)真實(shí)的問題情景。探究“怎樣才能增強(qiáng)水草的光合作用”這個(gè)真實(shí)的問題,將科學(xué)概念與生活現(xiàn)實(shí)相聯(lián)系,體現(xiàn)“從生活走向科學(xué),從科學(xué)走向生活”,使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有親切感。心理學(xué)研究表明,當(dāng)外部刺激引起主體的情感活動(dòng)時(shí),就更容易成為注意的中心,有利于培養(yǎng)學(xué)生探索的興趣,從而強(qiáng)化理解和記憶。
“真正理解并學(xué)以致用”是整節(jié)課的中心目標(biāo)。首先,教師介紹體現(xiàn)了理性之美的經(jīng)典實(shí)驗(yàn),為學(xué)生提供典型的榜樣和范例,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)推理,培養(yǎng)思維的縝密性,并引導(dǎo)學(xué)生從經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中挖掘、學(xué)習(xí)科學(xué)巨匠獨(dú)到的科學(xué)思想和科學(xué)方法;為了有利于學(xué)生真正理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,采用“螺旋式教學(xué)法”——海爾蒙特實(shí)驗(yàn)的排除干擾因素、普利斯特利實(shí)驗(yàn)的排除干擾因素和設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)、英格豪斯實(shí)驗(yàn)的控制單一變量和設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)、恩吉爾曼實(shí)驗(yàn)的巧妙選材以及創(chuàng)造條件顯性化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等,使學(xué)生在課堂中多次接觸具有啟發(fā)性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。然后,通過開放的發(fā)散思維建立假設(shè),綜合所學(xué)的知識(shí)和技能當(dāng)堂模仿設(shè)計(jì)并實(shí)踐探究實(shí)驗(yàn),有助于學(xué)生“學(xué)以致用”。
二、現(xiàn)代教學(xué)手段有效地輔助探究活動(dòng)
1 探究背景
(1)生物傳感器:
生物傳感器是近幾十年內(nèi)發(fā)展起來的一中新的傳感器技術(shù),各種生物傳感器都具有以下共同特點(diǎn):包含一種或多種生物活性材料及能把生物活性表達(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的物理或化學(xué)傳感器,兩者結(jié)合在一起,用現(xiàn)代化微電子的自動(dòng)化儀表進(jìn)行生物信息再加工,構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。
(2)測(cè)量原理:
在各實(shí)驗(yàn)裝置中,通過改變某一自變量研究光合作用強(qiáng)度大小,光照度傳感器溶氧傳感器電極置于實(shí)驗(yàn)瓶內(nèi),將測(cè)得瓶中溶解氧濃度的變化值傳送至數(shù)據(jù)采集器接口進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和分析。
(3)知識(shí)背景:
光合作用的實(shí)質(zhì)是植物利用光能,把水和二氧化碳合成有機(jī)物同時(shí)釋放氧氣的過程,其中影響植物光合作用強(qiáng)度的環(huán)境條件有:二氧化碳濃度、光質(zhì)、光強(qiáng)度、溫度、酸堿度等。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置不同自變量,利用水生蜈蚣草在進(jìn)行光合作用過程中產(chǎn)生的氧引起水中溶解氧含量的改變,從而反映出相應(yīng)環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響。
2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料
帶USB接口的計(jì)算機(jī),數(shù)據(jù)采集器,光照度傳感器、溶氧傳感器,朗威DISLab軟件,大小、苗嶺、長勢(shì)相同的水生蜈蚣草多株,光源,可密封玻璃瓶,水浴鍋,自來水,冷開水,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.125%的NaHCO3溶液,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的HCl溶液,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的NaOH溶液等。
3 實(shí)驗(yàn)步驟
3.1學(xué)生準(zhǔn)備
將全部學(xué)生均分為10組,其中每兩組實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相同。全組成員分工合作,各司其職。
3.2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
(1)材料預(yù)處理。將選好的等量水生蜈蚣草分別置于3只實(shí)驗(yàn)瓶內(nèi),放在暗箱內(nèi)一夜。
(2)連接計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器及溶解氧傳感器、光強(qiáng)度采集器,打開計(jì)算機(jī),進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)。點(diǎn)擊“通用軟件”,系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別所接入的傳感器,并顯示溶解氧數(shù)值及光照度數(shù)值。
(3)分別將溶解氧傳感器電極置于三瓶內(nèi),待示數(shù)穩(wěn)定后測(cè)得瓶中溶解氧濃度初始數(shù)據(jù)。
(4)記錄數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1~表5
(5)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析:
①自來水和冷開水中溶解氧數(shù)值均下降,說明植物呼吸作用強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度,且無二氧化碳時(shí)植物光合作用幾乎不能進(jìn)行。
②藍(lán)光照射時(shí)光合作用強(qiáng)度大于紅光照射,紅光照射時(shí)光合作用強(qiáng)度大于綠光照射時(shí)。
③在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi),植物光合作用隨光照強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)。
④溫度較低,植物光合作用強(qiáng)度較溫度適宜時(shí)弱,但當(dāng)溫度過高時(shí)植物光合作用強(qiáng)度急劇下降。
⑤實(shí)驗(yàn)瓶中加酸或堿時(shí)植物光合作用強(qiáng)度下降,且加酸后植物光合作用為負(fù)增長。
4 交流與擴(kuò)展