培養(yǎng)科學(xué)思維方式，讓學(xué)生學(xué)會創(chuàng)新

趙國強(qiáng)

一、授課內(nèi)容

人教版高中生物必修1模塊中的第五章第四節(jié)第二課時(shí)中的第一個(gè)問題“光合作用的探究歷程”。

《高中新課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》提出：“提高每個(gè)高中學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)是新課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施中的核心任務(wù)。生物科學(xué)素養(yǎng)是公民科學(xué)素養(yǎng)構(gòu)成中的重要組成部分。生物科學(xué)素養(yǎng)是公民參加社會生活、經(jīng)濟(jì)活動、生產(chǎn)實(shí)踐和個(gè)人決策所需的生物科學(xué)知識?！蹦敲?，在具體的生物課教學(xué)過程中如何來提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)呢？在新課程設(shè)計(jì)上有很多提高科學(xué)素養(yǎng)的素材，其中教材上有很多重要結(jié)論、原理的科學(xué)探究過程，應(yīng)用好教材上的這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)生物科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。

二、教學(xué)過程

早在兩千多年前，古希臘哲學(xué)家亞里士多德根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推測得出結(jié)論：“植物的物質(zhì)積累來源于土壤。”人們受其影響，認(rèn)為植物生長發(fā)育所需的物質(zhì)完全來自土壤。是不是這樣的呢？假如你是科學(xué)家，你怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明植物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)并非來自土壤呢？

（1）學(xué)生們進(jìn)行討論、交流。

（2）師生共同討論。

師：大家是如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明植物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)并非來自土壤的呢？

某生：取生長旺盛的某種植物，在環(huán)境適宜的花盆里培養(yǎng)，生長足夠的時(shí)間后，測量植物的增重量，花盆的重量的減少量加上澆水量，然后兩者做差值，差值是植物吸收空氣的增重量。

師：大家覺得他的方案正確嗎？

生：有漏洞，因?yàn)橹参镂盏乃执蟛糠滞ㄟ^蒸騰作用散失了。

師：對對，很好。我們看看科學(xué)家們是怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明植物生長所需的物質(zhì)的（課件展示“光合作用的探究歷程”）。1648年，比利時(shí)科學(xué)家海爾蒙特在大木桶內(nèi)栽種植物（2.3千克），五年后，植物增重了74.4kg，在五年之間他僅向土壤澆水，而土壤才減少了0.57kg。同學(xué)們想想，海爾蒙特會得出什么結(jié)論？

生：建造植物體的原料是水分，不過他的結(jié)論不正確。

師：嗯，不過在一千多年前能有這樣的認(rèn)識就很難得了。海爾蒙特的實(shí)驗(yàn)說明水是植物必需的物質(zhì)。那么，植物真的只需要水就能長大嗎？早在1637年，我國明代科學(xué)家宋應(yīng)星已注意到空氣和植物的關(guān)系，提出“人所食物皆為氣所化”的觀點(diǎn)。1771年，最先用實(shí)驗(yàn)方法證明綠色植物從空氣中吸收養(yǎng)分的是英國著名的科學(xué)家普利斯特利。請同學(xué)們閱讀教材101頁第一自然段，普利斯特利是怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的，證明了什么？

生：普利斯特利的實(shí)驗(yàn)證明了植物可以更新因蠟燭燃燒或小白鼠呼吸而變得污濁的空氣。

師：嗯，很好，但人們嚴(yán)格按照普利斯特利的實(shí)驗(yàn)要求重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)，有的能成功，有的失敗，為什么呢？可以怎樣進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)？

生：普利斯特里做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候沒有注意到光的影響，故后人重復(fù)的時(shí)候有的成功，有的失敗了。1779年，荷蘭英格豪斯做了500多次植物更新空氣的實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：光在植物更新空氣的過程中起關(guān)鍵作用。

師：遺憾的是受當(dāng)時(shí)化學(xué)發(fā)展水平的限制，人們并不知道植物吸收和釋放的是什么氣體。1785，由于發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確植物在光下放出的是氧氣，吸收的是二氧化碳。既然植物在更新空氣成分時(shí)吸收光，那么光去哪兒了呢？同學(xué)們閱讀課本。

生：1845年，德國植物學(xué)家梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律指出：光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲存起來。

師：那么，植物在吸收水和二氧化碳、釋放氧氣的過程中，把光能儲存在什么物質(zhì)中呢？（同學(xué)們閱讀102頁相關(guān)內(nèi)容）

生：1864年， 薩克斯把天竺葵葉片黑暗處理一段時(shí)間，一半曝光一半遮光，然后碘蒸氣處理，結(jié)果曝光一半呈深藍(lán)色，遮光一半不變色。由此得出結(jié)論：綠葉在光合作用中產(chǎn)生了淀粉，光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲存在淀粉中。

師：嗯，也就是說薩克斯證明了植物吸收的光儲存在淀粉中。請同學(xué)們思考，（1）為什么要進(jìn)行黑暗處理？（2）一半曝光、一半遮光的目的是什么？

生：暗處理是為了讓葉片充分饑餓，一半曝光、一半遮光的目的是作對比，通過對比可以得出綠葉吸收的光轉(zhuǎn)化在什么物質(zhì)中。

師：對對！光合作用的探究歷程到此，反應(yīng)物是水和二氧化碳，產(chǎn)物是氧氣和淀粉，那么，產(chǎn)物中的氧氣是來源于水還是二氧化碳呢？請同學(xué)閱讀課本，看科學(xué)家們是怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的來證明氧氣來源的。

生：美國的魯賓和卡門用同位素標(biāo)記法設(shè)計(jì)了對比實(shí)驗(yàn)，分為兩組，第一組給植物提供未標(biāo)記的C02和標(biāo)記的H2180，第二組給植物提供標(biāo)記C18O2和未標(biāo)記的H20，然后檢測氧02。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在第一組實(shí)驗(yàn)中檢測到了802，第二組未檢測802，說明光合作用釋放的02來源于反應(yīng)物H20。

師：很好！這樣產(chǎn)物的氧氣的來源就搞清了，那么光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的呢？同學(xué)們閱讀課本，回答問題。

生：美國的卡爾文用14C標(biāo)記14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，探明了CO2中的C在合成有機(jī)物過程中的去向，稱為卡爾文循環(huán)。

師：對！卡爾文用的方法和魯賓和卡門的一樣，但是在檢測CO2中14C的去向要比檢測802大多了。另外，卡爾文循環(huán)是很復(fù)雜的生化反應(yīng)過程，在高中教材中沒有詳細(xì)介紹卡爾文循環(huán)過程，大學(xué)教材會詳細(xì)介紹卡爾文循環(huán)，同學(xué)們考上大學(xué)后若對此感興趣可繼續(xù)深造。

三、教學(xué)反思

在新課改教材編排中，有很多經(jīng)典的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中應(yīng)用好這些實(shí)驗(yàn)，能有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式，為未來培養(yǎng)創(chuàng)新性人才作鋪墊。另外，教師要充分調(diào)動學(xué)生的積極性，在教學(xué)過程體現(xiàn)學(xué)生為主體的地位，這樣才能使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成自己的思維方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.高中新課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2003.

（甘肅省通渭縣第二中學(xué)）