中美生物學(xué)教材中“光合作用速率曲線分析”的比較與評析

章君果 張海銀

摘 要 介紹了Miller & Levine編著《Biology》教材中“光合作用速率”曲線分析的實驗，并與國內(nèi)教材進行對比。從分析思路、知識聯(lián)系及能力培養(yǎng)方面進行了剖析，旨在為國內(nèi)曲線分析的教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)教材 光合作用 曲線分析 模式構(gòu)建

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

光合作用是高中生物教學(xué)中的重點和難點內(nèi)容，對光合作用影響因素的分析更是體現(xiàn)了學(xué)生分析和解決問題的能力。下面以美國中學(xué)生物核心教材《Biology》的實驗手冊B中關(guān)于“光合作用速率的曲線分析”為例，與人教版高中生物教材必修1中有關(guān)光合作用強度的數(shù)據(jù)分析進行比較，并作簡要的評析，為國內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生實驗數(shù)據(jù)分析能力的教學(xué)提供新的思路。

1 教材實例介紹

1.1 國外教材實例介紹

Miller & Levine編著《Biology》教材2010年版的實驗手冊BP251特別單獨設(shè)置了關(guān)于光合作用數(shù)據(jù)分析的相關(guān)實驗——“數(shù)據(jù)分析實驗11光合作用速率”。該實驗明確提出了實驗?zāi)康模和ㄟ^對曲線圖的分析來探究影響光合作用速率的因素。實驗同時也明確了能力要求，包括“曲線圖解釋”“數(shù)據(jù)分析”及“比較與對比”。

實驗數(shù)據(jù)是利用了光照強度對“陰生植物”和“陽生植物”光合作用速率影響的曲線圖（圖1）。分析過程設(shè)置了3個層次的問題：（1） 曲線圖解釋：① 光合作用速率的測量指標;② 觀察y軸，思考該因素和植物細胞光合作用的聯(lián)系;③ 沿著y軸上升，光合作用速率是上升還是下降？④ 沿著x軸向右，光照強度是增強還是下降？⑤ “陽生植物”和“陰生植物”隨著光照強度增強光合作用速率怎么變化？（2） 比較與對比：① 當光照強度低于200 μmol/m2/s或高于400 μmol/m2/s時，哪一類植物光合作用強度更高？（3） 推斷：① 沙漠里的平均光照強度大于400 μmol/m2/s，根據(jù)曲線圖判斷哪一類植物更適合生長在沙漠環(huán)境？② 還有哪些因素會影響植物生存？

1.2 國內(nèi)教材實例介紹

人教版普通高中課程標準實驗教科書《必修1·分子與細胞》生物教材中對光合作用的內(nèi)容作了詳細的闡述，也涉及了對光合作用強度的影響因素的探究。該探究實驗中沒有列舉曲線圖進行分析，在教材P106“光合作用課后練習(xí)”中出現(xiàn)了對曲線圖的解釋和分析，原題如下：下圖是夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖（圖2）并回答：（1） 為什么7～10時的光合作用強度不斷增強？（2） 為什么12時左右的光合作用強度明顯減弱？（3） 為什么14～17時的光合作用強度不斷下降？

2 教材實例比較與評析

2.1 美國教材實例特色

美國教材中曲線圖分析更注重在分析過程中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，從分析過程設(shè)置的5個問題就體現(xiàn)出了對學(xué)生思維的培養(yǎng)，問題設(shè)置由淺入深，并逐漸放開?！扒€圖解釋”這一部分主要是分成三步對曲線圖的基本信息作出了描述：① 該數(shù)據(jù)分析實驗首先建立起曲線圖坐標指數(shù)與生物學(xué)過程的聯(lián)系，在數(shù)據(jù)解釋中設(shè)置兩個問題：光合作用速率的測量指標及y軸和光合作用的聯(lián)系; 觀察曲線圖的坐標變化，明確坐標變化和光合作用的聯(lián)系;③ 描述坐標中曲線隨著坐標軸變化而變化的趨勢。這一部分明確了坐標的基本信息，為更好地進行曲線的比較和分析打下基礎(chǔ)?！氨容^與對比”是曲線圖分析中常會涉及到的一個分析角度。該實驗中設(shè)計的“比較與對比”這一部分的問題是：“當光照強度低于200 μmol/m2/s或高于400 μmol/m2/s時，哪一類植物光合作用強度更高？”該問題非常簡單，卻為學(xué)生提供了一個分析的方向。學(xué)生可以發(fā)散地提出更多問題，如比較曲線的趨勢，比較曲線的起點、終點、轉(zhuǎn)折點等特殊點。最后一部分對學(xué)生的能力提出了更高的要求，在國內(nèi)很多試題中也會出現(xiàn)類似的考題，讓學(xué)生根據(jù)一定的信息推斷一種最可能的結(jié)果?！巴茢唷边@一部分就能夠在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生對信息的提取、處理和轉(zhuǎn)化能力，及依據(jù)信息去做出判斷的能力。

美國教材中曲線圖分析也注重分析過程的模式化構(gòu)建（圖3）。通過曲線圖的分析讓學(xué)生掌握曲線圖分析的大致步驟及需要關(guān)注的關(guān)鍵信息，避免學(xué)生拿到曲線圖無從下手。每一步設(shè)置的相關(guān)問題可以起到前后分析過程的銜接，如該實驗中相關(guān)問題從坐標、曲線、曲線比較及推斷的主線進行設(shè)置。

2.2 國內(nèi)教材實例的差異

國內(nèi)教材光合作用曲線圖分析注重從曲線變化的原因角度來分析，更關(guān)注對一些現(xiàn)象的解釋。通過對曲線圖呈現(xiàn)的生物學(xué)現(xiàn)象，然后結(jié)合生物學(xué)過程來解釋現(xiàn)象發(fā)生的因素，在一定程度上可以加深學(xué)生對生物學(xué)過程的理解和應(yīng)用。國內(nèi)教材在曲線描述和分析上有所深化，同時拓寬了學(xué)生的知識面。由于曲線分析過程缺乏一定的邏輯推理的分析過程，學(xué)生往往會憑借已有的記憶對一定的生物學(xué)現(xiàn)象進行分析。國內(nèi)教材對曲線的分析沒有注重對分析過程和步驟的模式構(gòu)建，導(dǎo)致學(xué)生拿到曲線以后會無從下手。對有些常見的生物學(xué)現(xiàn)象，學(xué)生會憑借記憶很快進行分析和作答;如果是以新的研究數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，學(xué)生往往就無從作答，或者所分析的內(nèi)容與對應(yīng)問題缺乏邏輯推理。

3 曲線圖分析模式的借鑒

曲線分析按照一定的分析模式，從“坐標——曲線——運用”的順序展開教學(xué)，可以讓學(xué)生快速找到分析切入點，并對曲線圖有一個整體的把握。

3.1 坐標分析

對坐標分析，就要先建立坐標指數(shù)和生物學(xué)過程之間的聯(lián)系。坐標中y軸通常是觀測指標，如光合作用速率用二氧化碳的消耗量來表示;酶的催化效率用單位時間底物的消耗量來表示，所以首先需要把觀測指標和生物學(xué)過程進行聯(lián)系。X軸通常是自變量，自變量的變化和生物學(xué)過程的變化之間的聯(lián)系需要學(xué)生通過一定的推理進行構(gòu)建，如國內(nèi)教材中的光合作用曲線圖x軸是時間，時間本身不能影響光合作用速率，而是時間背后的光照強度對光合作用的影響。

3.2 曲線分析

曲線分析包括某一曲線的分析及不同曲線的對比。某一曲線分析主要從曲線隨著自變量的變化趨勢、規(guī)律及變化幅度，比較同一曲線不同點之間的關(guān)系。不同曲線的對比會從趨勢、規(guī)律和變化幅度上進行對比，也會對一些特殊點進行比較，如起點、轉(zhuǎn)折點等。

3.3 技能運用

這一部分主要是運用一定的生物學(xué)知識對現(xiàn)象進行解釋及推斷。利用的生物學(xué)知識可能是題干中的信息，如圖1中陽生植物光飽和點比陰生植物要高，沙漠環(huán)境光照比較強烈，所以陽生植物就更適應(yīng)沙漠環(huán)境;也可能是運用已經(jīng)掌握的生物學(xué)知識結(jié)合題干信息進行推斷，如圖2設(shè)置的問題就需要運用已知的生物學(xué)知識進行分析，更側(cè)重于對現(xiàn)象分析的記憶，缺乏從曲線去推斷結(jié)論和解釋原因。

國內(nèi)教材曲線分析注重對現(xiàn)象的解釋，對學(xué)生的知識要求較高，同時拓寬學(xué)生的知識面，屬于記憶層面的教學(xué)材料，缺乏對分析思路和邏輯推理能力的培養(yǎng)。在生物學(xué)曲線分析過程中，教師可以借鑒美國教材的“模式化”分析過程。這樣學(xué)生容易根據(jù)分析模式找到切入點進行曲線的準確分析，并學(xué)習(xí)運用已經(jīng)具備的知識進行邏輯推理來解釋現(xiàn)象和合理推斷，并不僅僅依靠知識面的拓展。

參考文獻：

[1] Miller & Levine. Biology Lab Manual B. Pearson Education Inc.， or its affiliates，2010：251-252.

[2] 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書生物[M].北京：人民教育出版社，2004.