“實(shí)驗(yàn)探究，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)設(shè)計(jì)

覃歆

一、教材內(nèi)容分析

（一）地位與價(jià)值分析

本節(jié)課是“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”的第二課時(shí)。在這一課時(shí)中，學(xué)生將進(jìn)一步學(xué)習(xí)光合作用的原理及應(yīng)用。學(xué)生在初中時(shí)已對(duì)光合作用的基本過(guò)程，本節(jié)的學(xué)習(xí)是對(duì)基本過(guò)程的進(jìn)一步深化，學(xué)生通過(guò)對(duì)本課的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步了解光合反應(yīng)中物質(zhì)和能量是如何變化的。另外，課本“思考·討論”中的實(shí)驗(yàn)，提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，教師可通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，自主構(gòu)建概念。

（二）原有問(wèn)題分析

課本在“本節(jié)聚集”等部分共設(shè)置了8個(gè)問(wèn)題。在教材問(wèn)題的基礎(chǔ)上，結(jié)合本節(jié)課增添的情境資料，對(duì)原有問(wèn)題進(jìn)行了改造和延申，幫助學(xué)生搭建問(wèn)題支架，啟發(fā)、引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行思維探究，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

（三）問(wèn)題設(shè)計(jì)分析

新問(wèn)題是針對(duì)課本原有問(wèn)題的不足而設(shè)計(jì)的，目的主要是為了用問(wèn)題串的形式引發(fā)學(xué)生對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的分析和思考，自主建構(gòu)光合作用過(guò)程中的物質(zhì)與能量變化。（表1）

新增問(wèn)題或是點(diǎn)明探究主題，提綱挈領(lǐng)；或是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)任務(wù)，推進(jìn)課堂進(jìn)行；或是激發(fā)學(xué)生思考，驅(qū)動(dòng)概念建構(gòu)。

二、教學(xué)目標(biāo)

（一）生命觀念：從物質(zhì)與能量視角，闡明光合作用的原理。

（二）科學(xué)探究：①通過(guò)對(duì)光合作用光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究的思考和討論，說(shuō)明光合作用的過(guò)程，認(rèn)同人類(lèi)對(duì)光合作用的認(rèn)知過(guò)程是逐步的、不斷發(fā)展的。②能結(jié)合已學(xué)知識(shí)對(duì)一些問(wèn)題提出合理的假設(shè)，并能分析推理出合理的假說(shuō)，用于解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（三）科學(xué)思維：歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，構(gòu)建光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程示意圖，并列表比較兩者在場(chǎng)所、物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化等方面的區(qū)別和聯(lián)系。

（四）社會(huì)責(zé)任：從光合作用的探究過(guò)程中領(lǐng)悟科學(xué)探究是曲折前進(jìn)的，理解科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)科學(xué)研究的促進(jìn)作用。

三、情境組織

本課運(yùn)用的情境資源主要分為兩類(lèi)，一是視頻資源，二是課本思考討論中相應(yīng)的探究實(shí)驗(yàn)的示意圖，作為情境資源引導(dǎo)學(xué)生分析。（表2）

本課運(yùn)用的情境資源多數(shù)來(lái)自科學(xué)史上關(guān)于光合作用的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行簡(jiǎn)化和整合后作為引導(dǎo)學(xué)生思維探究的背景材料，符合學(xué)生的認(rèn)知水平。

四、教學(xué)過(guò)程

根據(jù)圖1所示的設(shè)計(jì)流程，展開(kāi)本課教學(xué)。

（一）導(dǎo)入新課

播放“糧食豐收”視頻，并提出問(wèn)題：（1）水稻生長(zhǎng)、結(jié)穗過(guò)程中積累的有機(jī)物主要是由什么生命活動(dòng)合成的？（2）除了產(chǎn)生有機(jī)物，這項(xiàng)生命活動(dòng)還發(fā)生了哪些物質(zhì)變化？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)視頻資料喚起學(xué)生對(duì)初中學(xué)過(guò)的光合作用基本過(guò)程的記憶，并且激發(fā)學(xué)生對(duì)光合作用原理的探究興趣及熱情，引入探究主題——光合作用過(guò)程中的物質(zhì)和能量變化，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的民族自豪感。

（二） 光反應(yīng)中的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化

將科學(xué)家對(duì)光合作用原理的探究歷程上的幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合和簡(jiǎn)化處理，用簡(jiǎn)短的文字資料或是流程示意圖的形式，作為情境資料呈現(xiàn)給學(xué)生。

1.希爾實(shí)驗(yàn)

通過(guò)問(wèn)題：（1）O2中的氧元素，是來(lái)自于H2O還是CO2？（2）希爾實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論？（3）希爾實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾f(shuō)明O2中的氧元素全部來(lái)自于H2O？來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行思考。

2.魯賓和卡門(mén)實(shí)驗(yàn)

提出問(wèn)題：（1）可以用什么科學(xué)方法研究元素的來(lái)源？（2）分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出什么結(jié)論？（3）希爾發(fā)現(xiàn)，添加到離體葉綠體中的氧化劑被還原了，這說(shuō)明什么？

3.阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)1

實(shí)驗(yàn)材料：離體葉綠體

實(shí)驗(yàn)處理：加入ADP、Pi，給與光照

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光照下，葉綠體可合成ATP，這一過(guò)程總與水的光解相伴隨。

對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化和文字梳理，用上述方式呈現(xiàn)給學(xué)生，并提問(wèn)：根據(jù)能量守恒定律，吸收的光能發(fā)生了怎樣的能量轉(zhuǎn)化？

設(shè)計(jì)意圖：教師提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)，通過(guò)問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，讓學(xué)生意識(shí)到氧氣的釋放只與水有關(guān)。再通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生推測(cè)，葉綠體內(nèi)存在某種氧化劑，在水光解的過(guò)程中被還原，從而引出新的問(wèn)題。學(xué)生在教師的提問(wèn)引導(dǎo)下對(duì)兩個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的方法、過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行分析和論證，逐漸得出結(jié)論。

（三） 暗反應(yīng)中的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化

4.阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)2

實(shí)驗(yàn)材料：離體葉綠體（見(jiàn)下表）

通過(guò)“糖類(lèi)合成時(shí)所需能量從何而來(lái)？”這一問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考光反應(yīng)和暗反應(yīng)之間的聯(lián)系。

5.卡爾文實(shí)驗(yàn)1

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：放射性首先出現(xiàn)在C3，而后同時(shí)出現(xiàn)在C5和C6中。

卡爾文實(shí)驗(yàn)2

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：光照下突然中斷CO2供應(yīng)，C3減少而C5量增加；突然停止光照，C3濃度升高而C5的濃度降低。

先呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)1的現(xiàn)象，讓學(xué)生以此為依據(jù)構(gòu)建CO2和C3、C5之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。然后再呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)2，提問(wèn)實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果是否支持大家剛才的假說(shuō)？為什么？從而引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正剛才的假說(shuō)。若學(xué)生無(wú)法作答，教師可提示學(xué)生，從來(lái)源和去路兩方面去分析C3和C5的變化趨勢(shì)。例如，可以這樣提問(wèn)：“當(dāng)來(lái)源減少，去路增加時(shí)，物質(zhì)的積累量就會(huì)減少。中斷CO2供應(yīng)C3減少、C5增加，說(shuō)明CO2與C5是反應(yīng)物，而C3是生成物。即CO2+C5→C3。再結(jié)合放射性出現(xiàn)的先后順序，大家來(lái)分析一下， CO2、C3、C5和C6之間的的轉(zhuǎn)化關(guān)系是怎樣的？”

最后，通過(guò)（1）光反應(yīng)和暗反應(yīng)在物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化方面存在什么聯(lián)系？（2）水稻進(jìn)行光合作用的過(guò)程中發(fā)生了怎樣的物質(zhì)和能量變化？由此，你是否能?chē)L試總結(jié)光合作用的概念？引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本課核心概念進(jìn)行總結(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)卡爾文實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提出假說(shuō)并推翻，再構(gòu)建新的模型來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生的科學(xué)思維及科學(xué)探究可達(dá)水平三。

五、教學(xué)反思

本課基于光合作用相關(guān)的探究實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)策略，學(xué)生在學(xué)習(xí)光合作用的原理過(guò)程中，不僅落實(shí)了物質(zhì)與能量的生命觀念，科學(xué)探究能力和科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任也得到了鍛煉和提升。學(xué)生們?cè)诮處熅脑O(shè)計(jì)的問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)科學(xué)論證，對(duì)光合作用的具體原理有了深刻認(rèn)識(shí)，并自行構(gòu)建了光合作用的概念，學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性得到了充分釋放，并且對(duì)概念本身和概念的形成過(guò)程都有了更加深刻地認(rèn)知，學(xué)習(xí)效果良好。

責(zé)任編輯? 徐國(guó)堅(jiān)