“探索环境因素对光合速率的影响”教学设计_光合速率论文

“探究环境因素对光合速率影响”的教学设计，本文主要内容关键词为：速率论文,教学设计论文,因素论文,环境论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      一、设计理念

      本实验活动课借鉴了美国生物学“5E”教学模式：吸引（engagement）——全部学生课前预习“影响光合速率的环境因素”实验并初步设计实验方案，兴趣小组展示课堂实验并讨论分析，激发学生探究的热情；探究（exploration）——课前小组设计初步方案，课外兴趣小组多角度、多方法对影响光合作用的环境因素进行实验探究，充分发挥学生的主动性和创造性；解释（explanation）——课堂上学生展示并解释自己的方案、讨论完善实验方案，加深对实验变量的理解，强化实验设计的基本技能，兴趣小组代表讲解所做实验情况并和所有学生一起讨论、分析；迁移（elaboration）——准备并实施实验过程，更具体地对光合作用知识、实验设计进行迁移和延伸；评价（evaluation）——评价伴随整个开放的实验课程，生生互评及教师评价随时进行，尤其是学生自我评价更有助于学生认知自己在活动中的体验和收获。

      二、教学分析

      1.教材地位及学情分析

      本节内容选自浙科版必修1第3章第5节中的第2个活动。课程标准对该活动的知识目标要求属于应用水平，是一个非常重要的探究实验。本活动通过总结影响植物光合作用的环境因素有效巩固基础知识，又通过学生动手实验和分析实验，进而培养学生的实验设计、实验操作、分析和总结、语言表达等各种能力。

      在此活动之前，学生已经学习了光合作用的原理和过程，也参与过一些小的探究实验，对实验中如何控制变量和设计简单实验，已有初步体验。本活动对变量的控制较难，对学生要求较高，需充分发挥小组成员的智慧，多角度讨论，相互质疑改进实验方案并加以实施。

      2.教学重、难点及相应措施（见表1）

      

      三、教学目标

      1）知识目标：总结影响植物光合作用的主要环境因素。

      2）能力目标：①学会根据现有实验条件对自变量和因变量下操作性定义；②根据控制变量原则和对照原则，设计探究环境因素对植物光合作用影响的实验，锻炼学生的实验设计能力（学会实验设计的基本模式）；③对实验现象、数据进行收集、分析，得出结论的能力；④听取他人意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护及作出必要的反思和修改。

      3）情感态度与价值观目标：①在探究实验过程中，体会科学实验的严谨性、科学性；②通过共同探究的学习活动，学会与他人合作，在小组活动中培养团队合作能力。

      四、课时分配

      由于活动的任务和目标较多，设计了2课时，外加课外兴趣小组活动。

      1）第1课时：讨论此系列实验中变量的控制，兴趣小组做课堂演示实验，各小组介绍课前设计的实验方案并讨论改进。

      2）课外兴趣小组活动：多个兴趣小组按自己的实验方案进行实验。

      3）第2课时：各兴趣小组代表分别展示课外实验，再进行讨论与分析。

      五、教学准备

      教师查看实验室可提供的相关仪器并记录。为演示实验准备部分器材（如注射器、烧杯、碳酸氢钠、白炽灯等）。

      六、教学过程

      1.课前准备与预习

      学生预习“活动：探究环境因素对光合作用的影响”，4～5人小组讨论并自主完成一个实验设计，提示学生不必拘泥于一种材料、一种方法，但是要注重可行性。教师查看实验室可提供的相关器材并制备部分器材，预做部分实验。

      2.第1课时

      （1）创设情境，提出探究问题

      教师让学生总结影响光合速率的外界因素有哪些？如何提高作物光合速率以利于增产？通过创设情境，引出探究问题，激发学生探究的兴趣。

      （2）对实验变量下操作性定义

      以问题串引导学生逐步深入思考，整理实验思路：①实验的自变量、无关变量和因变量分别指什么？②设计对照实验要遵循哪些原则？③在你所开展的探究实验中，用什么方法操作自变量？怎样检测因变量？学生回答教师板书（详见表2、表3）。

      通过让学生尝试对变量下操作性定义，可帮助学生掌握实验设计的核心要素，学会实验设计的基本模式。

      

      

      （3）小组实验方案的介绍和改进

      教师鼓励学生大胆说出自己的想法，并注意可行性，及时介绍实验室已有的设备。学生小组介绍自己的方案：包括实验目的、如何操作自变量、捕捉因变量，控制无关变量，方案的待改进之处（介绍时用文字加简图），其他学生质疑和提出建议。教师对学生讨论后无法解决的问题及时提供帮助，对讨论结果及时进行点评。学生在活动过程中掌握实验方案的设计流程，生生互评完善方案，充分发挥学生的想象力，锻炼学生的自我评价能力。教师适时发挥引导作用，提高了活动课效率。

      （4）课堂演示实验

      教师在课前与探究光质的小组探讨，准备好实验器材。首先由探究光质对光合作用影响的小组介绍方案并做课堂演示实验（实验进行间隙，其他组介绍方案）：自变量操作用红、蓝、绿、白光的摄像滤光塑料膜包裹小烧杯；因变量用小烧杯中放10片直径为5mm的圆叶片，先让叶片沉入水底（真空渗水法），用书本遮盖烧杯上方，用同一个150W白炽灯从下侧照光，10min后观察各烧杯漂浮叶片的数量。课堂演示作为示范帮助其他学生直观理解实验变量的控制。

      （5）第1课时小结

      让学生在探究活动中注意遵守实验原则，注意因变量的捕获方法，并用表格或坐标图表示实验结果。活动过程中若有疑问，可及时与教师和实验员联系。

      3.课外多个兴趣小组实验

      教师和学生利用实验室的器材，并加工部分器材，在校园内和附近寻找实验材料（注意安全），选可行性较高的实验方案进行实验。兴趣小组设计的实验思路举例：①不同实验材料（植物）光合速率的比较：选用多种植物，在相同条件下，用排水法收集

判断光合速率；②光质对光合速率的影响：利用液晶显示器提供白、蓝、红、绿光，利用观察相同时间内上浮的叶片数量判断光合速率大小；③光照强度对光合速率的影响：利用调节光源与植物的距离控制光照强度，利用环境气体传感器测量不同时间的

浓度、

浓度，推算出光合速率；④温度对光合速率的影响：利用水浴锅、冰块控制温度，在密闭的广口玻璃瓶中加小半瓶水和水藻，利用环境气体传感器多次测量装置内空气中的

浓度、

浓度，推算出光合速率。考虑到设定温度下恒温水浴锅的温度有小范围波动，实验结果误差大，此小实验未实施；⑤利用气体体积变化测量光合速率：密闭装置内放白菜幼苗和

溶液，利用U形管内加水柱接到密闭装置上，测量装置内的气体体积变化，由此测表观光合速率（实验现象不显著）。

      由于教师指导和实验器材等条件限制，无法满足全部学生同时参与探究实验，所以采用了兴趣小组实验的形式。这样锻炼了学生收集与分析实验现象、数据并得出结论的能力，也培养了团队合作意识。

      4.第2课时

      （1）小组代表汇报课外实验，其他学生分析与评价

      各小组汇报实验，内容包括：①实验题目；②实验原理；③实验材料与用具；④实验步骤；⑤实验装置照片；⑥实验结果与结论；⑦存在的问题与分析。

      小组汇报后全班讨论分析，提出质疑并进行评价。目的在于锻炼学生的互评能力，直观体验系列实验的变量控制，听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护及作出必要的反思和修改。

      （2）小组实验举例：探究光强度对白菜幼苗表观光合速率的影响

      1）原实验。

      实验目的：探究光照强度对白菜幼苗表观光合速率的影响。

      实验方案：①取叶片大小相近、叶片颜色深度相近的几株白菜幼苗，均分为3组，分别放在体积相等、密封性良好的玻璃罩中，并标记3个圆形玻璃罩为A、B、C（玻璃罩周长48cm，高23cm）；②将环境气体传感器的传感头接入玻璃罩中，出口处塞上浸水的棉花，将“220V，50W”的钨丝灯放在距A、B、C分别为10cm、20cm、30cm处，环境中除提供的光源外无其他光照；③启动仪器，每隔120s记录1次装置内的

浓度、

浓度和温度；④整理3组实验所测得的数据，取平均值，得出光照强度对光合速率的影响。

      实验结论：一定范围内，光源与植株距离越近，植物的表观光合速率越大。但本实验因光源能产热，光源离植株越近，植株周围的温度升高越快，实验可信度不高。

      2）实验中遇到的问题。

      ①实验采用的是白炽灯，其在产生光能的同时，也产生一定的内能，显著影响玻璃罩内的温度。光源离植物越近，植物温度升高越快，而温度是本实验的控制变量，所以此实验结果可信度不高；②玻璃罩气密性不佳，会与外界空气进行少量气体交换而产生实验误差；③植株因为形态的缘故导致部分叶片未能充分接受光照，而影响实验的准确性。

      3）改进实验方案。

      针对问题①，采取循环水浴的方法让温度相对恒定，由于水比热容大，可以很好地控制温度。针对问题②，采用密闭透明的广口玻璃瓶（500mL）让空气无法对流，减少实验误差。针对问题③，每个广口瓶中放入形态、大小相似的白菜幼苗叶3片，加适量水并将叶片紧贴瓶壁，对光校准。

      4）改进的实验。

      实验装置（见图1）中间瓶略靠后，3个瓶呈弧形摆放，光源从正前方照射，从而保证3个瓶与光源距离相等。利用光源与瓶的距离调节光照强度。实验过程通过自来水管以一定速度灌至透明水槽，以保证玻璃瓶内温度的相对恒定。

      

      实验改进后，随光源与植株的距离改变，植株周围的温度维持在9.81℃～9.85℃之间，实验数据如图2。实验结论“一定范围内，光源与植株距离越近即光照强度越大，植物的表观光合速率越大”具有较高可信度。

      

      5）其他学生提问、质疑。

      学生1：为什么不用受温度影响小的LED灯进行实验？

      兴趣小组学生回复：经上网查证，一般照明用的LED灯，光谱集中于可见光偏蓝，对植物进行光合作用的效率比较差，而专门给植物进行光合作用的LED灯种，因经费原因没有购买。

      学生2：单独的叶片不能长时间进行光合作用，为什么改进的装置中放入植物叶片而不是整个植株？

      兴趣小组学生回复：广口瓶的空间（500mL）有限，整个植株放进去占空间过多，单独的叶片确实不能长时间进行光合作用，所以在密闭玻璃瓶中添加了适量水，保证单独叶片在进行实验的1h内光合作用能力仍然比较强。

      6）教师点评。

      该组学生做实验时经历了多次探索，在不断改进实验的过程中收获了很多知识与经验，锻炼了思维能力、实验设计能力、动手能力等。若该实验中以

为测量指标是否比

为测量指标更好，学生很快想到

较

更易溶于水，在实验中变化较为缓和。

      （3）活动总结

      让学生总结通过此实验活动课获得了哪些知识？还可以想到哪些课题？鼓励学生进一步探究新问题，带着问题离开课堂。肯定学生的活动表现，增加其成就感。

      七、教学反思

      成功之处：①本活动课具有较强的开放性，学习方式多样化，突破了探究式教学的难点；②以学为中心，学生通过自主、合作、理性的探究性学习，发展科学探究能力，体现了新课程“倡导探究性学习”的理念；③培养学生善于听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护及作必要的反思和修改。

      待改进之处：①如何进一步提高实验方案的可行性，提高实验的成功率；②如何在活动中实现更有效的师生评价、生生互评。

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