“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”實驗優(yōu)化與教學(xué)設(shè)計

張云亭

摘 要 在“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”一節(jié)的教學(xué)中，對實驗內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化、整合和開發(fā)，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和自主創(chuàng)造性，改進(jìn)實驗材料和關(guān)鍵性步驟，增加實驗的可操作性，保證了在一節(jié)課內(nèi)能有效實施探究實驗，為廣大師生提供新課標(biāo)下探究實驗課的新思路和新方法。

關(guān)鍵詞 環(huán)境因素 光合作用強度 實驗優(yōu)化 教學(xué)設(shè)計

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”是“光合作用”一節(jié)中可以開展的一個探究實驗。該實驗與生產(chǎn)實際聯(lián)系緊密，是高中生物學(xué)實驗教學(xué)的好素材，能培養(yǎng)和提高學(xué)生實驗設(shè)計的能力。然而在實際教學(xué)中，如果教師按課本內(nèi)容進(jìn)行操作，該實驗過程復(fù)雜、耗時長、很難在一節(jié)課內(nèi)完成。筆者通過改進(jìn)實驗材料和操作方法、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，克服了上述困難，將探究實驗融入課堂教學(xué)，快速獲得實驗結(jié)果，收到了良好的效果。

1 原實驗不足及改進(jìn)

實驗材料及實驗步驟的不足及改進(jìn)：教材建議選用菠菜葉作為實驗材料，但菠菜葉片較薄，用直徑為1 cm的打孔器制取的葉圓片多會卷邊或破損，很難保證葉圓片大小一致，且其葉片較小，若全年級開展相關(guān)實驗，需要大量實驗材料，延長了材料制備的時間，影響了實驗進(jìn)程。真空滲水法的原理是通過抽動活塞的方式降低注射器內(nèi)氣壓，使常壓下隱匿于葉圓片中的氣泡變大，最后逃逸出來，而留下的空隙就會被水所占據(jù)，從而達(dá)到排除葉肉細(xì)胞間隙中空氣的目的。教材建議采用此方法時，需用手堵住注射器前端的小孔并緩緩拉動活塞，重復(fù)幾次使葉圓片內(nèi)的氣體逸出。實際操作時發(fā)現(xiàn)，學(xué)生一手堵緊注射器前端并握緊注射器，另一手很難同時拉動注射器活塞，常常是堵不緊、拉不動，無法快速抽除葉圓片內(nèi)的氣體，影響課堂實驗的進(jìn)程。

經(jīng)過多次摸索和試驗，用黑藻代替菠菜葉，將黑藻倒置，用排水法觀察（圖1），無須再準(zhǔn)備打孔器與注射器。改進(jìn)后的實驗裝置可以一次探究多種外界因素對光合作用強度的影響，包括光照強度、二氧化碳濃度、光質(zhì)和溫度四個因素。

2 教學(xué)設(shè)計

2.1 教學(xué)目標(biāo)

（1） 知識目標(biāo)：探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響。

（2） 能力目標(biāo)：制定可行的實驗方案并進(jìn)行實驗操作；運用數(shù)學(xué)分析方法處理實驗數(shù)據(jù)。

（3） 情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)：體驗實驗探究的基本過程，形成尊重事實的科學(xué)態(tài)度。

2.2 教學(xué)重點和難點

（1） 重點：設(shè)計可行的實驗方案及對實驗數(shù)據(jù)的整理和分析。

（2） 難點：變量分析；根據(jù)控制變量原則和對照原則，設(shè)計探究影響植物光合作用強度的環(huán)境因素的實驗。

2.3 教學(xué)策略

本節(jié)課旨在讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，掌握科學(xué)探究的基本方法，最終能夠設(shè)計出“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”實驗。但對于高一學(xué)生來說，一節(jié)課中既要能獨立選材，又要學(xué)會控制變量和設(shè)計實驗是具有一定難度的。因此，興趣小組在課前先開展“不同光照強度對光合作用強度影響”的探究活動，在活動中發(fā)現(xiàn)問題，修訂探究方案，改進(jìn)實驗器材和實驗方法。正式上課時，教師再將小組活動成果進(jìn)行匯報，并引導(dǎo)學(xué)生分析的“探究不同濃度CO2對光合作用強度的影響”的實驗思路，放手讓學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計、實施操作，借助現(xiàn)代化手段快速完成數(shù)據(jù)與圖形的轉(zhuǎn)換，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，在探究活動中獲得知識，達(dá)到知識內(nèi)化和實驗?zāi)芰Φ酿B(yǎng)成。

2.4 教學(xué)過程

2.4.1 創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣

播放當(dāng)前全球糧食危機的視頻，教師提出問題：如何解決糧食危機問題，怎樣提高糧食產(chǎn)量？教師引導(dǎo)學(xué)生回顧已學(xué)知識，從光合作用發(fā)生條件和反應(yīng)原料上分析影響光合速率的因素及影響糧食產(chǎn)量的過程，讓學(xué)生從原有認(rèn)知基礎(chǔ)出發(fā)，構(gòu)建新知識。

2.4.2 明確探究要求，突破重點（進(jìn)一步探究二氧化碳濃度對光合作用強度的影響）

（1） 背景資料：

材料與工具：長勢和生理狀況基本相同的黑藻，10、20、30、40、50、60、70 mmol/L的NaHCO3溶液，長頸漏斗，試管，臺燈等。

（2） 問題探討：

① 自變量、因變量、無關(guān)變量分別是什么？如何排除無關(guān)變量對實驗現(xiàn)象的影響？

② 為黑藻提供不同濃度的NaHCO3，目的是什么？

③ 通過哪種氣體產(chǎn)生量來檢測黑藻的光合作用強度？

（2） 實驗方案的設(shè)計：

① 分別取 不同NaHCO3溶液，依次加入到1～7號燒杯中。

② 取 的黑藻，分別放入7只燒杯中，使黑藻與液面距離及在燒杯內(nèi)靜止姿態(tài)相同，將燒杯置于臺燈下5 cm處呈扇形擺放。

③ 待黑藻在臺燈下適應(yīng)1 min后，開始計數(shù)5分鐘內(nèi)產(chǎn)生的氧氣數(shù)量；將數(shù)據(jù)記錄在實驗結(jié)果記錄表中；匯報實驗數(shù)據(jù)。

（4） 實驗結(jié)果分析：根據(jù)表1中實驗數(shù)據(jù)，在圖1中繪制曲線。

（5） 實驗結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，隨著 增加，光合作用強度也在 ，超過一定濃度，光合作用強度 。

2.5 教學(xué)反思

實驗教學(xué)中，許多教師認(rèn)為“做實驗不如講實驗”。筆者對教材資源進(jìn)行合理改進(jìn)，有效解決了教學(xué)實際中的若干問題，使取材更加容易、操作更為簡單，實驗效果直觀，較好地達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)。在課堂上，學(xué)生親歷材料選擇、方法改進(jìn)、實驗設(shè)計、實驗操作和結(jié)果分析等一系列探究活動過程，任何一個學(xué)習(xí)目標(biāo)，均是通過學(xué)生自己觀察、探索和總結(jié)達(dá)成的，這樣的學(xué)習(xí)過程自覺主動、充滿樂趣，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳閱增.普通生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1997：56.

[2] 毛安福.探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響實驗設(shè)計例析[J].生物學(xué)教學(xué)，2010.35（10）：48-50.