光合作用一節(jié)的探究式CAI教學(xué)探索

■王強(qiáng)

以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)并開發(fā)“光合作用”一節(jié)的探究式CAI課件，并在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)探究式CAI在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、突破教學(xué)難點(diǎn)的效度等方面進(jìn)行初步分析，以探討現(xiàn)代教育技術(shù)在生物教學(xué)中運(yùn)用的有效性。

CAI這一教育技術(shù)目前正在中學(xué)生物課堂教學(xué)中頻繁使用，但也出現(xiàn)許多問題。其主要原因是教育者過多地關(guān)注使用了多少CAI技術(shù)，而忽略了對(duì)“為什么要用CAI”“特定的教學(xué)內(nèi)容適合用什么樣的CAI”等問題的考慮。

基于對(duì)光合作用一節(jié)的課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)需求的分析，確立相應(yīng)的教學(xué)行為目標(biāo)，以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)并開發(fā)光合作用的探究式CAI課件，并進(jìn)行教學(xué)嘗試，對(duì)探究式CAI突破教學(xué)難點(diǎn)的效度作一個(gè)初步分析，以探討現(xiàn)代教育技術(shù)在生物教學(xué)中運(yùn)用的有效性。

1 探究式CAI概要

探究式CAI的在教學(xué)設(shè)計(jì)上, 明確了CAI課件主要輔助學(xué)生的“學(xué)”而非教師的“教”，通過計(jì)算機(jī)呈示多元化的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)并解決問題，即像科學(xué)家那樣去探索、解決問題。通過引導(dǎo)學(xué)生觀察自然、思考科學(xué)真理的產(chǎn)生過程，或指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手做科學(xué)，使他們逐步掌握科學(xué)的工作方法與手段，形成正確的態(tài)度與世界觀，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

2 教學(xué)探索的想法與做法

課件的制作平臺(tái)主要有Photoshop、Director、Premier、3Dmax等，集成平臺(tái)為Authorware，以積件形式分成三部分內(nèi)容，即：葉綠素的提取與分離實(shí)驗(yàn)教學(xué)、光合作用過程、光合作用的意義與生產(chǎn)實(shí)踐。三者之間網(wǎng)狀相連，制作技術(shù)思路為：在流程圖中制作相應(yīng)的熱點(diǎn)，再利用跳轉(zhuǎn)技術(shù)，對(duì)于每一個(gè)步驟進(jìn)行具體分析，設(shè)置相應(yīng)的圖片、文字、語(yǔ)言、音樂情境，對(duì)學(xué)生進(jìn)行誘導(dǎo)式提問。下面是教學(xué)思路及過程。

2.1 “葉綠素的提取與分離”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)探索

“光合作用的實(shí)驗(yàn)”雖是一個(gè)獨(dú)立的部分，但在具體教學(xué)時(shí)，則可結(jié)合相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，適時(shí)組織教學(xué)，如“葉綠素的提取與分離”可放在“光合作用場(chǎng)所”部分進(jìn)行教學(xué)，主要起到指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的作用，教學(xué)地點(diǎn)則可以安排在有多媒體條件的實(shí)驗(yàn)室。

1）選葉。先展示幾種不同植物、同一植物不同部位的葉片，然后設(shè)計(jì)問題：①不同葉片的顏色為什么有所不同？②葉綠體中色素究竟有哪些不同種類？各種色素的顏色分別是什么？含量如何？從而在問題的開始就形成一種探究氛圍。在對(duì)學(xué)生的討論分析后，再讓學(xué)生從中選取相應(yīng)的葉片。

2）提取葉綠素。利用多媒體技術(shù)，從不同視角分析葉綠素提取的原理；讓學(xué)生比較不同有機(jī)溶劑在提取色素時(shí)的效果；鼓勵(lì)學(xué)生使用不同有機(jī)溶劑組合來(lái)提取葉綠素。然后以視頻形式向?qū)W生展示一段預(yù)先攝制好的錄像《葉綠素的研磨與提取》。出于幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵步驟，增大探索的成功率，避免學(xué)生過多遭受失敗而產(chǎn)生困惑的目的，相應(yīng)出示下列問題：如何使葉片研磨得更充分、省力？研磨中色素是否會(huì)破壞？如果會(huì)，又該怎么辦？如何控制有機(jī)溶劑的量并防止它的揮發(fā)。

3）分離葉綠素：利用CAI向?qū)W生分析層析法分離葉綠素的原理及其紙層析法的特點(diǎn)，并鼓勵(lì)學(xué)生不要受先入為主印象的影響，大膽進(jìn)行層析法的自主設(shè)計(jì)。為了指導(dǎo)學(xué)生正確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在最后向?qū)W生展示一組事先攝制好的紙層析操作實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生自己分析并討論操作方法，并利用多媒體技術(shù)，對(duì)“制作濾紙條、畫濾液細(xì)線”等關(guān)鍵的、同時(shí)通過演示實(shí)驗(yàn)又很難看清楚的步驟作特效分析。

在運(yùn)用該CAI指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，大大提高了學(xué)生創(chuàng)造的積極性。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生有一些創(chuàng)造性成果：1）有的學(xué)生以圓形定性濾紙代替濾紙條，在濾紙的圓心先滴加濾液，后滴加層析液，制作出4種不同顏色的同心環(huán)帶；2）有的學(xué)生以胡蘿卜、蘿卜葉代替菠菜葉，效果更好；3）有的學(xué)生提出以干粉筆做成層析柱，代替紙層析法，其效果也較為明顯。這真正讓筆者感到，探究式CAI遠(yuǎn)非一個(gè)“教”字可以了得。

2.2 光合作用過程的教學(xué)

光合作用是一個(gè)極為復(fù)雜的生理過程，它是一系列在細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的、多種酶催化下的各器官組織統(tǒng)一協(xié)調(diào)下的生物化學(xué)反應(yīng)的總和。由于它是一種微觀、動(dòng)態(tài)的生理現(xiàn)象，因而學(xué)習(xí)過程就缺乏相應(yīng)的直觀和生活情境，學(xué)生只能被動(dòng)接受教師組織的知識(shí)結(jié)構(gòu)，而不能主動(dòng)探索科學(xué)。

采用探究式CAI后，筆者改變以往的以陳述方式講科學(xué)模式，而采用探究方式學(xué)科學(xué)：以植物光合作用的產(chǎn)物為起點(diǎn)，逆向思維，思考光合作用中物質(zhì)轉(zhuǎn)變與能量轉(zhuǎn)化過程與來(lái)源，進(jìn)而思考反應(yīng)場(chǎng)所等問題。通過展示葉肉細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)、葉綠體亞顯微立體結(jié)構(gòu)、光反應(yīng)和暗反應(yīng)循環(huán)動(dòng)畫等情景，把學(xué)生帶入真實(shí)場(chǎng)景，使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高漲，并產(chǎn)生探究欲望。在對(duì)光合作用中的物質(zhì)轉(zhuǎn)變、能量轉(zhuǎn)化一步步逆推分析討論后，再采用多媒體技術(shù)對(duì)光合作用全過程進(jìn)行剖析講解：以光合作用中的物質(zhì)轉(zhuǎn)變與能量轉(zhuǎn)化為兩條主線，以同位素示蹤技術(shù)為研究手段，以光反應(yīng)、暗反應(yīng)為時(shí)間先后順序，葉綠體基粒片層簿膜及葉綠體基質(zhì)為空間先后順序，系統(tǒng)分析光合磷酸化、水的光解、CO2的固定與還原等生理過程。并從葉綠體中基粒片層薄膜垛疊現(xiàn)象，提出生物體普遍存在的一種通過折疊擴(kuò)大表面積的方法；從細(xì)胞是一個(gè)統(tǒng)一整體的概念出發(fā)，提出控制光合作用過程的信息流的概念；從能量轉(zhuǎn)化與守衡的角度出發(fā)，讓學(xué)生定量研究太陽(yáng)光子的能量轉(zhuǎn)化為C6H12O6中的能量時(shí)的守衡現(xiàn)象。

由于光合作用過程是在一瞬間完成的，而運(yùn)用CAI組織教學(xué)時(shí)，即可視學(xué)生的理解與掌握程度，隨時(shí)停頓、放慢速度，或重復(fù)播放，提高學(xué)習(xí)效率，以優(yōu)化教學(xué)過程。在總結(jié)討論階段，可利用多媒體技術(shù)中的箭頭指向物體表面時(shí)閃爍的效果，幫助學(xué)生提高對(duì)光合作用受到光照、溫度、CO2和H2O影響的認(rèn)識(shí)，加深對(duì)于ATP、酶、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡等知識(shí)的理解與遷移運(yùn)用能力。

2.3 光合作用的意義與生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用部分的教學(xué)

基于STS（科學(xué)—社會(huì)—技術(shù)）的教學(xué)思想，也為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造與實(shí)踐能力，并給一部分熱愛生物學(xué)并且學(xué)有余力的學(xué)生提升自身的空間，所以這部分內(nèi)容在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)予以較高的重視。

光合作用的意義極為重要，但在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師一般是通過羅列一些空洞的數(shù)字，從而闡述光合作用是自然界最基本的物質(zhì)與能量代謝這一基本事實(shí)，缺乏具體的生活情境，造成知識(shí)空洞，因而不利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的生物學(xué)態(tài)度和正確的價(jià)值觀。

在采用CAI后，筆者試圖通過相關(guān)做法來(lái)突破教學(xué)難點(diǎn)。從一株水稻在光合作用方面所做的貢獻(xiàn)談起，利用實(shí)物圖片，配合文字質(zhì)疑，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到：1）光合作用確實(shí)存在于自然界，存在于人們生活空間的每一個(gè)角落；2）植物光合作用所制造的有機(jī)物和O2，對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡具有實(shí)在的價(jià)值；3）通過列表分析世界50年來(lái)糧食產(chǎn)量變化，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科技進(jìn)步、尤其是人們?cè)诠夂献饔醚芯糠矫嫠〉玫倪M(jìn)步對(duì)于提高糧食產(chǎn)量所起的作用；4）引導(dǎo)并讓學(xué)生自己評(píng)價(jià)光合作用的意義，評(píng)價(jià)生態(tài)惡化對(duì)于人類進(jìn)步的影響。

光合作用與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系，主要通過大田合理密植、大棚種植兩個(gè)生產(chǎn)實(shí)例，探索光合作用在生產(chǎn)中的應(yīng)用。以大棚種植為例，通過一組預(yù)先攝制好的錄像，展示一學(xué)生參觀現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)示范基地的大棚種植園的過程。以學(xué)生的角度觀察大棚內(nèi)的溫度控制、人工補(bǔ)充光照、氣肥補(bǔ)充、空間合理利用等措施與光合作用的關(guān)系，并引導(dǎo)學(xué)生從不同角度，考察影響大棚種植的經(jīng)濟(jì)效益的因素，力求體現(xiàn)學(xué)習(xí)與生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系的精神，并建議學(xué)生從本地區(qū)的自身特點(diǎn)出發(fā)，探索如何將光合作用與當(dāng)?shù)爻鞘芯G化、個(gè)人生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相聯(lián)系，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)與個(gè)人進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展相結(jié)合的STS精神。

3 要正確看待誘思探究式CAI在光合作用教學(xué)中的作用

1）在看到CAI優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，不要忘記CAI作為一種科學(xué)技術(shù)所必然存在的負(fù)面作用。特別CAI運(yùn)用于生物實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往起到削弱學(xué)生的操作能力、觀察能力的后果，所以應(yīng)把它定位于指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的地位，而不能根本代替學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

2）探究式CAI的確能激發(fā)學(xué)生探究的欲望，并指導(dǎo)學(xué)生以探索的方式學(xué)習(xí)科學(xué)，但CAI畢竟是一種物化的技術(shù)，它不能、也不應(yīng)成為教學(xué)的全部。教學(xué)過程的優(yōu)化離不開師生情感交流、教師機(jī)智和積極的評(píng)價(jià)機(jī)制。

3）科學(xué)的生物學(xué)教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的生物學(xué)素質(zhì)，一種好的教學(xué)模式應(yīng)有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)到：懷疑是審視的出發(fā)點(diǎn)；實(shí)證是判斷的尺度；邏輯是辯論的武器，是科學(xué)的美。■