“光合作用的探究歷程”中滲透科學探究的教學

董杰 楊雪

核心素養(yǎng)是公民科學素養(yǎng)的重要組成部分，生物學核心素養(yǎng)的教育目的是促進學生從學習生物學知識向素養(yǎng)的養(yǎng)成轉(zhuǎn)變，促進學生終身發(fā)展。本文以光合作用的探究歷程為例，落實科學探究在教學中的應用。

一、教學設計思路

《光合作用的探究歷程》是人教版高中生物學必修一第5章第4節(jié)第2課時的教學內(nèi)容。本節(jié)課以時間先后順序為主線，利用科學史材料中所蘊含的人文精神和科學方法等，組織探究式教學，對學生掌握探究方法、提高探究技能具有重要意義。［1］教學目標要關(guān)注以下內(nèi)容：引導學生體驗經(jīng)典實驗的探究過程，認同科學概念是不斷改進、完善和發(fā)展的；通過前后實驗思路和設計的比較，引導學生勇于對前人的實驗設計和結(jié)論提出質(zhì)疑，并在前人的實驗基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，以達到理想的實驗效果；通過對幾個經(jīng)典實驗的學習，學生不僅要掌握實驗結(jié)論，還要學會提出問題，對相關(guān)問題和現(xiàn)象做出合理的解釋，同時要掌握實驗設計的方法、思路，學會獨立設計實驗，并對實驗進行預測；認同科學技術(shù)在生命科學發(fā)展中的促進作用。

二、圍繞科學探究素養(yǎng)，設計教學活動

1.創(chuàng)設問題情境，營造課堂氛圍 多媒體展示問題：一顆小樹苗幾年以后長成大樹，其建構(gòu)自己的原料從何而來？學生通過經(jīng)驗和想象自由表達，激發(fā)學生的學習興趣。教師繼續(xù)展示亞里士多德的觀點和海爾蒙特實驗，提問：他們的觀點和實驗是否嚴謹？學生很容易回答，不嚴謹，如海爾蒙特實驗沒有考慮到植物的光和作用等。

提出問題是探究的開始，教師首先要從情境的創(chuàng)設開始，引導學生積極發(fā)表自己的意見，創(chuàng)造具有激情的課堂氛圍。

2.圍繞科學發(fā)展史，推進科學探究過程 光和作用的探究歷程是不斷發(fā)展的，探究過程中教師要圍繞科學史，引導學生進行探究活動。如學習了普利斯特利實驗后讓學生指出該實驗的不足之處。英格豪斯實驗是在普利斯特利實驗基礎(chǔ)上進行的，但是要比后者嚴謹，讓學生指出巧妙之處。通過提出“光能轉(zhuǎn)化為化學能，儲存在什么物質(zhì)中呢”引出薩克斯實驗。在恩格爾曼實驗中從選材、實驗過程中黑暗條件下細光束照射、曝光及對照組的設置等方面體驗科學家設計實驗的思路和解決問題的方法。讓學生根據(jù)前幾個實驗歸納總結(jié)光和作用的概念與化學方程式，過度到“光合作用產(chǎn)生的O2和淀粉中的C來自哪里”的話題，設計合作探究過程。

在教學過程中重視化學、物理等科學技術(shù)的發(fā)展在光合作用探究歷程中的促進作用，讓學生感受科學與技術(shù)的發(fā)展在自然科學發(fā)展歷程中的重要意義。學生通過體驗科學家發(fā)現(xiàn)問題，作出假設，解決問題的方法，養(yǎng)成探究的態(tài)度、方法和思維。［2］

3.方法與評價相結(jié)合，巧設探究環(huán)節(jié) 在探究性教學中設計小組討論環(huán)節(jié)，通過有效性的問題設置，開展教學活動，有利于課堂教學的形成性評價［3］。如薩克斯實驗中展示如下：

合作探究一：小組同學互相提出問題，然后互相解答。

就薩克斯的實驗，在實驗設計中有沒有比較巧妙的地方，有沒有注意單一變量、對照原則等。

學生提出：對植物暗處理的目的？葉片一半遮光一半曝光的目的？曝光部分為什么遇碘變藍？實驗的自變量和因變量是什么？本實驗有無對照，是怎樣體現(xiàn)對照原則的？等問題。通過相互作答的形式展開討論體現(xiàn)了問題設置的趣味性和完整性，同時也兼顧了不同發(fā)展水平的學生在討論過程中擔任的不同角色。

恩格爾曼實驗中給學生提供細致、具體和有效的問題，讓學生展開如下討論：

合作探究二：結(jié)合課本100頁的資料分析，以小組為單位討論以下問題：

（1）為什么選用水綿和好氧細菌做為實驗材料？

（2）為什么選用黑暗且沒有空氣的環(huán)境？

（3）先用極細光束照射水綿，目的是什么？后又讓水綿完全暴露在光下，有什么作用？

（4）結(jié)論：產(chǎn)生氧氣的場所在哪？

通過兩種不同形式的合作探究任務，評價學生認識事物，解決問題的思維習慣和能力，培養(yǎng)學生對實驗過程的認識和創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學生科學探究的態(tài)度和方法。

4.立足教材內(nèi)容，重視實驗設計 新課改重視實驗的設計與實施，本節(jié)課可將部分經(jīng)典實驗改為實驗設計環(huán)節(jié)。以魯賓和卡門的實驗為例，給學生提供信息，通過觀察資料，從提出問題、作出假設、設計實驗、預測實驗結(jié)果等環(huán)節(jié)設計實驗，小組討論后進行展評。在實驗過程中也可進一步追問：該實驗的自變量、因變量和無關(guān)變量、本實驗對你有什么啟發(fā)？

選用操作性強的教材內(nèi)容，讓學生自主設計實驗，不僅可以豐富教師多元化的創(chuàng)新教學；通過主動設計實驗，進行組內(nèi)交流和討論等，也可培養(yǎng)學生的科學探究能力。

5.做好歸納，形成體系 在課堂教學最后以表格形式，通過比較各實驗的結(jié)論、進步之處和不足，對學生進行總結(jié)性評價，同時將科學家的思想、方法、科學精神等傳遞給學生，促進學生生物學核心素養(yǎng)的提升。［4］

本節(jié)課將教學目標進行了細化，各環(huán)節(jié)滲透科學探究素養(yǎng)，打破教材編寫的界限，以系統(tǒng)性和整體性的觀念進行教學。同時也兼顧其他生物學核心素養(yǎng)，課堂教學通過體驗科學家的思想和方法，樹立生命觀念；通過對各實驗的詳細分析，用問題、表格形式歸納和概括知識點，形成科學思維；讓學生自主設計實驗并對實驗的結(jié)果進行交流，掌握科學探究的思路和方法；本節(jié)課的學習也有助于學生運用生物學知識解決與植物生長有關(guān)的問題，樹立社會責任感。