“光合作用的发现”课例及评析，本文主要内容关键词为：光合作用论文,发现论文,课例论文，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。
栏目主持人：汪忠
文章编号 1005-2259(2010)7-0007-04
光合作用的发现是生命科学史中闪耀智慧光芒的重要篇章，科学家在历经两百多年的艰辛探索中所呈现的精妙的构思、严谨的研究方法等无不成为良好的教育素材。本节课是必修1第4章第2节第1课时的教学内容。教学设计思路主要如下：首先是教师指导学生阅读光合作用发现史中的重要事件，了解植物光合作用的原料、产物、场所、动力等基础知识；其次教师组织学生合作讨论经典实验相关问题，将科学结论产生的过程和方法与学生的学习过程结合起来，让学生沿着科学家的发现思路做一次思维的探究。在经历科学探究的一般过程，即提出问题→建立假设→实验探究→收集和处理事实→得出结论后，让学生学会提出假设、控制实验条件、设置对照等方法，并能在实践中应用所学方法解决具体问题，在合作交流中提升思维能力；最后通过师生互动，引导学生在对科学家探索过程的思考中，养成实事求是的科学态度和坚韧不拔的意志，树立“怀疑、创新、进取”的科学精神，逐步形成科学探究的科学素养。
1 认知冲突——在新的问题情境中学习新课
1.1 教学活动
教师：展示图1漫画，引起学生注意与思考。
学生：观察漫画，相互交流自己的想法。
教师导言：科学家不仅想让植物发光，而且还想把植物进行光合作用的基因转移到人的头发中，只要在头上洒点水，晒晒太阳，那么人类吃饭的问题便解决了。通过这个“奇思妙想”进入今天的新课学习。
1.2 设计意图
与以往引入光合作用新课不同的是：没有采用让学生先回忆初中所学的光合作用知识，而是创设一个新的情景，设置认知冲突引起学生注意，从而激发学生的想象力，引发学生各抒己见，标新立异。
学生在观察思考后达到了一种积极投入的学习状态，在注意力、情绪、兴趣、思维及知识上进行了良好的准备。同时也达到提升原有认知，开启对新知建构的目的。
2 自主阅读——对史实材料进行初步概括
2.1 教学活动
教师：给学生分发课前准备的光合作用发现史的图文材料，呈现学生要归纳的问题表格，要求学生阅读材料并给予自主学习的指导。
学生：阅读材料，提取材料相关信息进行归纳整理，将获得的信息填写在表1中，最后进行简短的报告交流。
师生互动：共同归纳光合作用的场所、条件、产物和原料等相关知识。
2.2 设计意图
科学史教学包含科学史实和科学方法两个方面。对于史实的内容，高中生已具备一定的历史观和相应的判断力，而且也有较强的自主学习能力，同时他们在初中已学习过光合作用的基础知识，所以这部分内容可让学生进行自主学习。通过自学，学生可以梳理清楚有关光合作用知识的来龙去脉，课堂上也能更好地发挥学生的主体作用。填表内容是按照科学探究的几个基本步骤进行设计的，表中没有对所有实验进行分析，是为了更好地突出材料的典型性，如用恩吉尔曼的实验取代了扬·英根豪斯的实验分析。学生按教师预设问题学习，可以了解科学探究的一般过程，同时初步掌握光合作用的相关概念性知识。
为了让学生对光合作用发现史有一个较为完整的了解，在阅读材料的选材上，也补充了如塞尼比尔(J.Senebier)、德·索叙尔(N.T.de Saussure)、范尼特(van Niet)、希尔(R.Hill)等对光合作用的研究起重要作用的实验，目的是让学生体验光合作用发现过程的漫漫长路，在“润物细无声”的阅读中体会科学家怀疑、求真、创新以及坚韧不拔的科学精神。但是这些内容并不是实验分析的重点，所以教师不需要在这里深入分析。这样，学生在阅读分析中带着问题进行学习，从而体验到探究光合作用发现历程的无穷乐趣。这既拓宽了学生的视野，又培养了学生加工、处理信息的能力。
3 合作互动——学习经典实验的研究方法
3.1 教学活动
教师活动：教师预设5组实验讨论题，重点从实验材料选择、排除干扰、控制单一变量、观测指标、对照实验设置等方面进行设计提问，配合相关实验的幻灯片、动画演示。教师安排学生分组进行合作探讨。
学生活动：学生按组思考、讨论以下问题，分析归纳这几个实验中科学家所遵循的实验设计原则，总结在表2中，最后交流形成研究结果并准备发言。学生代表报告讨论结果，其他同学进行评价。
师生互动：教师在学生讨论时与他们进行交流，发现问题并解答学生疑问。
问题组1：海尔蒙特实验
海尔蒙特实验中为什么要对柳树和土壤进行称重处理？这有什么意义？为什么起初90kg的泥土必须是干燥的？为什么要加桶盖？
问题组2：普利斯特莱实验
普利斯特莱实验是如何设计实验对照组的？是用什么方法使人们不容易看到的现象显现出来的？有人重复他的实验时为什么有时成功、有时失败呢？又是谁解决了这个问题？与普利斯特莱实验的设计相比，有哪些改进？
问题组3：萨克斯实验
为什么对天竺葵进行暗处理？为什么让叶片一半曝光另一半遮光？本实验中的对照组是哪组？(教师讲解实验组与对照组区别)绿叶中的色素会对碘液处理后表现的蓝色造成干扰，影响实验现象，为增强实验效果，对叶片应做怎样的处理？
问题组4：恩吉尔曼实验
请学生观察比较黑藻和水绵细胞的照片(图2、图3)，分析：如果恩吉尔曼用的是黑藻材料，他能得出实验结论吗？为什么选用黑暗并且没有空气的环境？为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？好氧性细菌在实验中起到了什么作用？
图2 黑藻
图3 水绵
问题组5：鲁宾和卡门实验
要研究光合作用产生的
来自
还是
，对哪一种元素进行同位素标记？同位素标记法的应用对后来卡尔文最终探明的转化过程有何影响？请谈谈科学技术进步与生物学发展的关系？
3.2 设计意图
光合作用研究中的科学方法是本节的教学重点也是难点，由于光合作用发现过程中参与的科学家众多，教师不可能在有限的时间内面面俱到，所以在分析科学探究实验时必须选择最典型的材料来进行分析。由教师通过经典实验和有关问题的引导，让学生经过讨论和信息反馈，逐个“发现”实验设计原则，如普利斯特莱的对照实验、海尔蒙特的排除干扰、萨克斯控制单一变量、恩吉尔曼恰当地选择实验材料等。同时学生通过分析鲁宾和卡门实验方法，认识到科学技术对科学发展的重要作用。这样，在从“个别”到“类型”的学习过程中，使学生的认识从直观到概括、从个别到一般，帮助他们在实验设计的这一类别上逐步形成系统化的认知结构。
通过上述实例分析，学生知道了科学家的研究方法都是带着问题和解决问题的基本思路走进实验室的。萨克斯、恩吉尔曼、鲁宾和卡门等科学家认真周密地观察，及时、仔细地记录，科学地分析、处理实验数据，这种严谨的科学态度和操作规程是值得学生学习和领会的。在进行抽象学习的基础上，通过小组互动探究设计，有利于调动师生、生生多方面的积极性，有利于提高学生的学习兴趣，增强学习效果。
4 迁移训练——设计实验提高解决问题能力
4.1 教学活动
教师活动：指导学生设计实验和进行变式练习。
设计实验：根据所给的实验材料进行实验，证明CO[，2]是光合作用的原料。
材料：两盆栽天竺葵、碘液、酒精、烧杯、酒精灯、培养皿、两个大玻璃钟罩、NaOH(NaOH可以吸收空气中的)、清水、凡士林(密封用)等。
变式练习：验证光合作用需要光和叶绿体。根据提供的实验材料和用具，补充完整以下实验步骤和实验结果，并分析回答有关问题。
(1)材料用具：银边天竺葵(叶边缘呈白色，无叶绿体)，黑纸片，打孔器，白纸板，吸管，适宜浓度的酒精，碘液，回形针。
(2)实验步骤：
①将天竺葵暗处理48h。
②把黑纸片用回形针夹在绿色部位上，然后把植株放在阳光下照射4h～6h。
③剪下此叶片，用打孔器分别在A_______部位、B_______部位和C_______部位各取一个叶圆片(如图4所示)。
④把取下的叶圆片放入装有酒精溶液的试管中，水浴加热、脱色、清水中漂洗。
⑤将3个叶圆片放在白纸板上，用吸管吸取碘液，分别滴在3个叶圆片上，观察结果。
(3)预期结果：A、_______；B、_______；C、_______。
(4)分析问题：
①要证明光合作用需要光，需比较_______和_______，其中变量是_______。
②要证明光合作用需要叶绿体，需比较_______和_______，其中变量是_______。
③如果再给你刀片等器材，用同样的另一叶片作材料，你如何证明水是光合作用的原料？_______。
答案 (2)黑纸片遮光的绿色 照光的绿色照光的白色 (3)不变蓝 变蓝 不变蓝
(4)①A B 光 ②B C 叶绿体 ③对植株进行暗处理后，在图4中A、B之间将大叶脉切断，再将叶片放在光下一段时间，最后对A、B部位叶圆片进行淀粉的检测实验
学生活动：合作讨论实验原理、进行假设、设计实验方案；分析、回答题中所要填写的内容。
师生互动：学生交流发言，教师指导释疑、评议总结。
4.2 设计意图
教师将学生分组，将所学的科学家的实验思想和方法，通过设计实验进行检验。这一环节主要是激发学生的想象力和创造力，让学生在获得科学探究方法的基础上，再独立设计实验，有利于学生从模仿逐步发展到独立创新。在变式练习中，主要是让学生进一步理解并应用对照、控制单一变量等实验原则。学生在迁移过程中不仅可以掌握光合作用的基础知识，而且也能学会应用实验设计的原则、方法，提升新情境下的问题解决能力。
本节课的内容横跨200多年的时空，教学过程中一次又一次地与科学家的思维发生碰撞，创新思想的火花被激发，同样经典的内容在本课堂中演绎着不同的精彩。
1 以经典实验的示范性，促进学生形成系统的认知
“教的目的是为了不教”，但是“不教”是以“教”为前提的。如何实现教而不教？光合作用的发现过程涉及众多科学家的经典实验，史实材料丰富，但教学内容选择上不能面面俱到、一一罗列。本课精选几个典型的实验进行分析，突出实验设计的核心思想与主要方法。经过对几个经典实验材料的深化学习，突出了重点，避免学习内容的广而不深，如对普利斯特莱、萨克斯、恩吉尔曼实验的精彩分析。通过共性的分析，如实验中条件控制、对照等，让学生理解科学家研究过程的基本思路和方法，并在新的情境下学会迁移应用，形成科学探究的系统化知识。
2 以科学史实知识为载体，发挥科学史的教育功能
科学史教学不是简单地讲故事，如果是这样，容易将科学史实与科学过程和方法脱离。本节课沿着“光合作用的发现是不断探索完善”的过程这一线索，引导学生阅读光合作用发现史，让他们体会到科学是不断发展的，虽然人们的认知会受到许多条件的限制，会留下缺憾，但这些实验结果仍然是有价值的。通过对几个经典实验的比较学习，学生沿着时间发展的轨迹，逐步形成了正确的科学史观。课堂上，让学生在多次接触科学家的实验，讨论归纳实验的基本原则和方法，进行变式题的拓展训练，在模仿中创新，有利于实验思想和能力的形成，实现“学以致用”。例如，学生在验证是光合作用原料的实验设计中，能正确设置对照组与实验组，知道凡士林、NaOH的使用是为了控制好这一变量，以确保实验结果的可靠性。
3 重视问题情境预设，有效组织课堂教学
思起于疑，创设问题情景，才能促进学生开展有效的思维活动。情景创设的设计，工夫在课外。课前备课中要着重对教材进行研究，领会教材隐含的教育目标，精心选择素材，大胆调整教学程序才能使课堂教学有序高效。这节课中教师首先用漫画引入新课，不仅符合高一学生的学习心理特征，还起到了情理之中、意料之外的效果。其次，本节课用表格的方法对光合作用的发现史进行整理，有利于学生进行归纳、比较科学实验的一般过程和方法。为了减少课堂浪费、提高课堂效率，教师重点设计了系列问题组，这些问题在难度上由浅入深、层次上逐步推进、逻辑上环环相扣，加上课堂的合作讨论等，使课堂节奏动静和谐、疏密有致、张弛有度。最后，开放的迁移训练题有利于学生挑战自我和个性发挥。如在验证是光合作用原料的实验设计中，有学生提出在自变量的控制上，只除去还不能充分说明问题，还需要观察加对植物光合作用的影响，于是提出再设一组装置，用干冰代替加入小杯中的NaOH进行实验的思路。课堂因这预设外的生成而显得生动、精彩。