另辟蹊徑研究影響光合作用速率的環(huán)境因素

張旻

摘 要：教師要了解“探究性學(xué)習(xí)”“假說(shuō)——演繹”的作用和意義及《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)“能量之源——光與光合作用”的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的要求，了解完成課標(biāo)任務(wù)“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學(xué)策略及其原因，并以具體的教學(xué)過(guò)程詮釋這種教學(xué)策略及這種教學(xué)策略的意義。在教學(xué)過(guò)程中，教師要根據(jù)問(wèn)題情境的作用，設(shè)置層層深入的問(wèn)題串，以此來(lái)引導(dǎo)學(xué)生深刻思維，有效地完成課標(biāo)任務(wù)。

關(guān)鍵詞：探究性學(xué)習(xí)；假說(shuō)——演繹；思維探究；實(shí)驗(yàn)探究

“假說(shuō)——演繹”是現(xiàn)代科學(xué)研究方法中常用的一種研究方法。在生物學(xué)重大理論的發(fā)現(xiàn)中，如“孟德?tīng)柣蚍蛛x定律、自由組合定律”的發(fā)現(xiàn)，“DNA復(fù)制機(jī)制”的發(fā)現(xiàn)，“假說(shuō)——演繹”都起到了很重要的作用?？梢哉f(shuō)，“假說(shuō)——演繹”的科學(xué)方法是生物學(xué)科學(xué)探究的重要方法，是學(xué)生應(yīng)該具備的基本科學(xué)素養(yǎng)。

“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”是《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光合作用有關(guān)內(nèi)容的要求。除此之外，《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)光合作用還有這樣的要求——“說(shuō)明光合作用以及對(duì)它的認(rèn)識(shí)過(guò)程”?！罢f(shuō)明”和“研究”都是《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》中的知識(shí)性目標(biāo)動(dòng)詞?！罢f(shuō)明”屬于理解水平，“研究”屬于應(yīng)用水平?！渡镎n程標(biāo)準(zhǔn)》不僅要求學(xué)生理解光合作用的原理、光合作用的探究歷程，還要求學(xué)生能應(yīng)用“光合作用原理”解決實(shí)踐問(wèn)題。

人教版提供的這些課程資源，除了探究的具體案例可具體操作具體研究，可以搞清楚“光照強(qiáng)弱與光合作用速率的關(guān)系”外，其他只是為“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”指出了研究的方向和目標(biāo)。如何“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”，需要教師整合課內(nèi)課外資源，研究學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知基礎(chǔ)，對(duì)各種教學(xué)方法用心取舍，采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，才能有效地完成教學(xué)任務(wù)。

基于以上分析，我們知道，探究性學(xué)習(xí)是一種非常有效的學(xué)習(xí)方式，“假說(shuō)——演繹” 是邏輯上非常嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)踐中非常有效的科學(xué)研究方法。為了進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)“光合作用原理”的理解，有效完成“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的課標(biāo)任務(wù)，讓學(xué)生親歷思考和探究的過(guò)程，領(lǐng)悟科學(xué)的研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)和創(chuàng)新精神，采用以下教學(xué)策略和教學(xué)過(guò)程能有效地完成“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”。

一、“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學(xué)策略

教師組織引導(dǎo)→學(xué)生思維探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”→師生合作交流→提出“環(huán)境因素影響光合作用速率的方式”的假說(shuō)，并建立數(shù)學(xué)模型→預(yù)期探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果→教師組織→學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)→確認(rèn)“環(huán)境因素影響光合作用速率的方式”，確認(rèn)數(shù)學(xué)模型。

二、“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學(xué)過(guò)程

1. 教師組織引導(dǎo)，學(xué)生思維探究，以數(shù)學(xué)模型的形式提出有關(guān)假說(shuō)

（1）組織引導(dǎo)學(xué)生，思維探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”。

學(xué)生在探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了“光合作用原理”?！渡镎n程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生“說(shuō)明光合作用的過(guò)程”，即理解光合作用的過(guò)程。為了進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)“光合作用的過(guò)程”的理解，完成課標(biāo)“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學(xué)任務(wù)，教師可以組織引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察“光合作用的過(guò)程”，并由此讓學(xué)生提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說(shuō)。

教學(xué)實(shí)踐告訴我們，“高中學(xué)生的理性思維有一定的發(fā)展，但其理性思維缺乏深刻性連續(xù)性和嚴(yán)密的邏輯性”，所以教師對(duì)學(xué)生觀察“光合作用的過(guò)程”提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說(shuō)，必須要有效地組織引導(dǎo)，以促進(jìn)學(xué)生深入地思考，科學(xué)地提出假說(shuō)。

問(wèn)題是思維的起點(diǎn)。層層深入的問(wèn)題，不僅能激起學(xué)生的探究欲望，還能逐步引導(dǎo)學(xué)生深刻地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題，建構(gòu)知識(shí)，經(jīng)歷探究的歷程，體驗(yàn)步步成功的喜悅。所以，邏輯上層層深入的階梯跨度符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的問(wèn)題串，是引導(dǎo)學(xué)生觀察“光合作用的過(guò)程”、提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說(shuō)的關(guān)鍵。教師應(yīng)該在本部分的教學(xué)中，注意問(wèn)題串的設(shè)計(jì)，以有效地引導(dǎo)學(xué)生深刻思維。

引導(dǎo)學(xué)生思維探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的問(wèn)題串，觀察“光合作用的過(guò)程”，回答以下問(wèn)題：（注：以單位時(shí)間光合產(chǎn)物計(jì)量光合作用速率或強(qiáng)度）

①影響光合作用的外界因素有哪些？

②光照強(qiáng)度是怎樣影響光反應(yīng)產(chǎn)物的？又是怎樣影響光合作用速率的？

③CO2濃度首先影響了光合作用的哪個(gè)反應(yīng)？又是怎樣影響光合作用速率的？

④溫度是直接影響光合作用的速率的嗎？它是怎樣影響光合作用速率的？

以上問(wèn)題串，不僅引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步觀察研究了光合作用的過(guò)程，加深了學(xué)生對(duì)“光合作用的過(guò)程”的理解，而且為引導(dǎo)組織學(xué)生提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說(shuō)構(gòu)建相關(guān)的數(shù)學(xué)模型奠定了認(rèn)知基礎(chǔ)。

2. 在思維探究的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)組織學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說(shuō)

以以下問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生深刻思維，提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說(shuō)，建構(gòu)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。

“建構(gòu)‘環(huán)境因素影響光合作用速率的方式的數(shù)學(xué)模型假說(shuō)”問(wèn)題串：

（1）隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，光合作用速率能無(wú)限增強(qiáng)嗎？為什么？你能“以光照強(qiáng)度為橫坐標(biāo)，以光合作用速率為縱坐標(biāo)”，畫(huà)出光照強(qiáng)度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖嗎？

（2）隨著外界CO2濃度的增加，光合作用速率能無(wú)限增強(qiáng)嗎？為什么？你能“以CO2濃度為橫坐標(biāo)，以光合作用速率為縱坐標(biāo)”，畫(huà)出CO2濃度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖嗎？

（3）溫度如何影響酶的活性？溫度如何影響光合作用速率？你能“以溫度為橫坐標(biāo)，以光合作用速率為縱坐標(biāo)”，畫(huà)出溫度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖嗎？

通過(guò)對(duì)以上問(wèn)題的討論回答，以及師生之間對(duì)答案的交流評(píng)價(jià)，學(xué)生能正確地畫(huà)出“光照強(qiáng)度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖”“CO2濃度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖”“溫度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖”，亦即“‘提出影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說(shuō)，建構(gòu)了相關(guān)數(shù)學(xué)模型”。

二、組織引導(dǎo)學(xué)生在假說(shuō)基礎(chǔ)上，預(yù)期“探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

1. 組織引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)

引導(dǎo)學(xué)生深刻學(xué)習(xí)的重要相關(guān)問(wèn)題串：

（1）本實(shí)驗(yàn)的目的是什么？（2）自變量是什么？本實(shí)驗(yàn)是怎樣控制自變量的改變的？（3）因變量是什么？以什么為觀察指標(biāo)，捕捉因變量的變化？

2. 以問(wèn)題串引導(dǎo)組織學(xué)生預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果

相關(guān)問(wèn)題串：

依據(jù)“光照強(qiáng)度影響光合作用速率的數(shù)學(xué)模型”假說(shuō)，回答下列問(wèn)題：

（1）隨著光源逐漸靠近植物，光照強(qiáng)度會(huì)怎樣變化？

（2）光源越近，光合作用速率應(yīng)該怎樣變化？

（3）隨著光源逐漸靠近植物，單位時(shí)間浮起的葉片數(shù)量應(yīng)該如何變化？

在以上問(wèn)題串的引導(dǎo)下，學(xué)生只能預(yù)期出一個(gè)唯一的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即“隨著光源逐漸靠近植物，單位時(shí)間浮起的葉片數(shù)量應(yīng)該越來(lái)越多”。

3. 組織學(xué)生實(shí)施“探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說(shuō)的正確性、科學(xué)性

4. 組織學(xué)生課外設(shè)計(jì)實(shí)施“探究CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”“探究溫度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說(shuō)的正確性、科學(xué)性

三、教學(xué)反思

《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的要求是知識(shí)目標(biāo)中的“應(yīng)用”水平。要達(dá)到“應(yīng)用”水平的教學(xué)，必須引發(fā)學(xué)生的深刻思維，引導(dǎo)學(xué)生自主地建構(gòu)知識(shí)。本部分教學(xué)，以層層深入的問(wèn)題串，組織引導(dǎo)學(xué)生思維探究、實(shí)驗(yàn)探究；教學(xué)邏輯程序上“假說(shuō)——演繹”。這樣的教學(xué)策略，不僅可以使學(xué)生通過(guò)深刻思維，獲得可以解決實(shí)踐問(wèn)題的知識(shí)，進(jìn)一步加深對(duì)光合作用原理的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的能力。學(xué)生因此親歷“假說(shuō)——演繹”的過(guò)程，也能受到科學(xué)研究方法的教育。

由于引導(dǎo)學(xué)生探究的問(wèn)題串在邏輯上有層層遞進(jìn)的關(guān)系，在問(wèn)題階梯的跨度設(shè)計(jì)上符合學(xué)生的認(rèn)知水平，經(jīng)過(guò)教師的精心組織引導(dǎo)，教學(xué)中，學(xué)生不斷體驗(yàn)到成功的喜悅。這種連續(xù)不斷的成功喜悅，不僅激發(fā)了學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望，更培養(yǎng)了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)生物其他科學(xué)知識(shí)的興趣。

（河南省洛陽(yáng)市第三中學(xué)）