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教研论文

《光合作用》一课的互动教学设计

1  教材分析

通过初中阶段的学习,学生己经掌握了光合作用所需的条件、产物和概念。高中是在初中原有知识基础上的拓展和加深,主要侧重于光合作用的过程和木质,并在此基础上归纳出光合作用的重要意义,以达到一种理性认识。但光合作用是一种非常复杂的生理过程,科学家用了200多年的时间经过无数次的实验才对光合作用的过程有了比较清楚的认识,因此,在组织教学时,教师可以有目的地选取科学家探究光合作用的经典实验,再现探索光合作用的过程,让学生参与到知识的发生过程中,使他们既掌握了相关的知识,又可以学会科学的实验方法,并培养了他们研究性学习的能力。

2         理论基础

互动模式认为,有意义的学习是在与他人的互动中产生的,学生原有的知识结构是影响他们新的学习的重要因素。教师的重要任务是给学生提供一个适宜的环境(即创设情景),由学生自己来发现和体验,并通过检验他们和将他们与他人相冲突的思想进行对比(也就是互动教学)的过程来构建起他们自己的知识体系,在构造新的认识中最终做出自己的判断。互动教学模式一般包括5个环节:“定向激趣”、“启发思维”、“调整思维”、“形成思维”和“应用思维”。

3  互动设计

3.1  定向激趣,引入课题 

首先用多媒体播放一段歌曲,并配以植物生长的画面:“大海航行靠舵手,万物生长靠太阳……”然后根据歌词提问:“万物生长靠太阳”,那太阳对于植物的生长到底有什么意义呢?引导学生答出植物的光合作用离不开太阳,从而引入课题。

复习提问:光合作用的场所在哪里?光合作用需要什么条件?产物是什么?并由此归纳出光合作用的概念,实现了知识的正迁移,以达到推陈出新的目的。

3.2  鼓励提问,启发思维

根据光合作用的概念,写出反应方程式(略)。

要求学生仔细观察这个反应方程式,用现有的知识进行分析对比,引导他们提出一些具有探索价值的问题:

1)在肉眼看不见的情况下,科学家怎样发现绿色植物吸收CO2,释放O2

2)光合作用合成的有机物是不是一定是葡萄糖?

3)光合作用所释放出来的O2,其氧原子是来自CO2还是H2O

4)反应物中有12H20,生成物中也有6H20,为什么不将两者对消呢?

5)叶绿体为什么可以利用光能?

6CO2的性质不活泼,为什么也能被还原成葡萄糖?

7)光合作用对于整个生物界甚至整个自然界有什么贡献?

3.3  共同探索,调整思维

讲授新课的过程,就是在教师的指导下由学生自己来探索和建构自己知识框架的过程。在整个过程中,学生可以将自己的思想和他人的思想进行对比,从中得到启迪,调整自己的思维,形成正确的认识。

I. 光合作用的发现

让学生阅读以下材料并分析得出结论:

17世纪初,布鲁塞尔医生Van Helmont做了一个有意义的实验:将一株2.3 kg重的柳树种在90.8 kg的干土中,用雨水浇灌5年,小柳树长成76.7 kg,而土壤重量只比原来减少57 g。他由此得出结论:植物是从水中取得生长所需的物质的。这个结论全部正确吗?

1772年,英国化学家普里斯特利(J.Priestley)报道,在密闭器中蜡烛燃烧污染了空气,使其中的小鼠窒息;但若在密闭器中,放入一枝薄荷,小鼠生命得到挽救。他的结论是植物能净化空气。但他所做的实验有时成功,有时失败,试想一下可能的原因是什么?

1779年,荷兰医生Jan Ingenhousz才确定植物净化空气是依赖于光的。

1782年,日内瓦牧师J.Senebier证明,植物在照光时吸收CO2并放出O2

1804年,N.T.de Saussure发现,植物光合作用后增加的重量大于吸收C02和放出O2(问学生:增加的部分来自什么物质?)他认为是水参与了光合作用。

1864年,德国科学家萨克斯J.von Sachs观察到照光的叶绿体中有淀粉的积累,显然这是山于光合作用产生的葡萄糖合成的。(对照实验看课木讲述)

1880年,德国植物生理学家恩吉尔曼教授利用水绵做了如下实验:他将水绵放在暗处,然后用光束对水绵细胞的不同部位做点状投射,发现水中的好氧细菌明显聚集在投射到叶绿体上的光点处。这说明叶绿体是光合作用的场所,光合作用产生O2

到了2030年代,美国科学家鲁宾和卡门做了如图1所示的实验。这个实验证明:光合作用释放出来的氧气全部来自水。(图略)

至此,人们对光合作用的认识可用下式表示:(公示略)

Ⅱ.叶绿体中的色素

1)课前先让学生以分组的形式做“叶绿体中色素的提取和分离”实验:事先,把一个班分为四大组,分别去采集4种实验材料:菠菜、蒲公英、冰糖草和向日葵。实验时,教师先交代清楚实验的注意事项和操作要点(),并为学生提供4条色素带在滤纸条上正确分布的样品,然后每两人为一个小组进行分工合作,让学生仔细观察实验结果,及时进行记录和讨论,将自己的实验结果和样品进行对照,总结出成功和失败的原因,再让四大组间进行比较,找出最佳实验材料,让他们相互交流成功和失败的经验,从中让学生明白叶绿体中色素的种类和各自的颜色,培养了学生的动手能力和合作精神。

2)让学生阅读以下材料,自己得出结论:叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。

1881年,恩吉尔曼教授又做了以下实验:他将一种丝状绿藻(刚毛藻)置于显微镜下,用具有精细光谱的光束照射丝状绿藻,发现好氧细菌围绕着藻丝。照射几分钟后,这些细菌都聚集在被红光和蓝紫光所照射到的藻丝周围,如图2所示。这说明叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。(图略)

Ⅲ.光合作用的过程

先用多媒体展示叶绿体的亚显微结构,让学生回顾己学过的叶绿体结构的相关知识,弄清光合作用有关的酶和色素的分布部位,并进一步说明光反应和暗反应的部位,以达到温故知新的目的。

(1)光反应

水的光解让学生回顾科学家鲁宾和卡门所做的实验,学生写出反应式:(略)

由此可推,要释放6 molO2,需要光解12 mol的水,可见生成物中的水是后来重新生成的,因此可将反应式简化。

②合成ATP   首先提问:什么叫能量守恒定律?

从“能量既不能产生,也不能消失,只是从一种形式转变成另一种形式”入手,引导学生探索,要把光能转变成葡萄糖中稳定的化学能,首先要把光能转变成电能,再转变成ATP中活跃的化学能,留待暗反应用。

(2) 暗反应

看如图3所示的实验,分析:(图略)

从师生共同的分析中得出结论:光反应必须在有光的条件下才能进行,它为暗反应提供了[H]ATP;暗反应不需要光,但要以光反应为前提条件,并且需要C02和酶等。从而引出暗反应,达到承上启下的作用。

1.4           归纳总结,形成思维

从上而的探讨分析中,学生对光合作用的过程己有了一个基木的认识,此时再加以归纳总结,可以帮助学生理顺思维,形成正确的认识。可以采用教师问学生答的形式,一步一步地将课本中光合作用过程的图解板书出来,并由此归纳出光合作用的实质。

最后再次归纳总结光合作用的概念,把它提升到一个理性认识,在此基础上推导出光合作用的重要意义。

3.5  学以致用,应用思维

学习的最终目的是为了应用,适当地做一些练习,既可以检查学生对知识的掌握程度,又可以加深对课木知识的理解,也符合从实践中来到实践中去的认识规律。由于篇幅有限,练习题设计省略。

 

4  教学效果

通过这种互动教学模式,不但使学生积极地参与到知识的生发过程中来,掌握课木的相关知识,还拓宽了学生的视野,记忆牢固,也让学生理解探索科学知识的一般过程,既培养了学生独立思考的创新精神,同时又培养了学生相互帮助、协同配合的团队精神。总之,不管在知识目标的落实,还是在能力目标、情感目标的培养方而都取得比较好的教学效果。

 

 

(本文发表于《生物学通报》2005年第2期)