學(xué)生全程參與的“光合作用”系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新研究

黃麗敏

[摘? ?要]在勢(shì)科學(xué)理論的指導(dǎo)下，引導(dǎo)學(xué)生全程參與“綠葉在光下制造有機(jī)物”“二氧化碳是光合作用必需的原料嗎”“光合作用產(chǎn)生氧氣”三個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，讓學(xué)生親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

[關(guān)鍵詞]全程參與;光合作用;實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新

[中圖分類號(hào)]? ? G633.91? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）17-0009-02

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。勢(shì)科學(xué)理論認(rèn)為，科學(xué)在發(fā)展過(guò)程中總是不斷地在更廣泛的事物中找到新的內(nèi)在的聯(lián)系，總是在更深的層次上用更少的和更基本的理論將差別更大的事物聯(lián)系起來(lái)，因而科學(xué)總是不斷地造就著越來(lái)越強(qiáng)大的信息勢(shì)。在勢(shì)科學(xué)理論的指導(dǎo)下，筆者引導(dǎo)學(xué)生全程參與“綠葉在光下制造有機(jī)物”“二氧化碳是光合作用必需的原料嗎”“光合作用產(chǎn)生氧氣”三個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，意圖通過(guò)實(shí)施“差別大，聯(lián)系緊”的創(chuàng)新教學(xué)，讓學(xué)生親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

一、實(shí)驗(yàn)調(diào)查表引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生在小學(xué)科學(xué)課中已學(xué)過(guò)光合作用的概念，但對(duì)光合作用了解得不夠深入。人教版生物教材中關(guān)于光合作用的三個(gè)實(shí)驗(yàn)分布在不同的章節(jié)，跳躍性大，缺乏連貫性，特別是“二氧化碳是光合作用的必需原料嗎”是一個(gè)要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)并完成的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，教材中沒(méi)有提供可參考的實(shí)驗(yàn)方案，具有很大的開放性，實(shí)施難度很大。而七年級(jí)學(xué)生思維比較活躍，形象思維發(fā)達(dá)，對(duì)新奇未知事物有強(qiáng)烈的求知欲，但抽象思維欠缺，獨(dú)立探究的能力不是很強(qiáng)。為了激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的情感勢(shì)，筆者調(diào)整了教材的教學(xué)順序，先利用科學(xué)家關(guān)于光合作用的研究和光合作用的反應(yīng)式，引導(dǎo)學(xué)生分析光合作用的原料、條件和產(chǎn)物，帶領(lǐng)學(xué)生回顧光合作用的相關(guān)知識(shí)，然后用逆推的方式引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)，將三個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證光合作用，揭示光合作用的實(shí)質(zhì)。

考慮到學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力水平參差不齊，筆者先發(fā)放了實(shí)驗(yàn)調(diào)查表，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，然后告訴學(xué)生：“老師會(huì)幫助大家分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的合理性與可行性，請(qǐng)大家放心表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思路?！睂?shí)驗(yàn)調(diào)查表如表1所示。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析幫助學(xué)生創(chuàng)新開展實(shí)驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)查表，筆者首先帶領(lǐng)學(xué)生研究實(shí)驗(yàn)材料。教材中“綠葉在光下制造有機(jī)物”這一實(shí)驗(yàn)所選的實(shí)驗(yàn)材料是植物天竺葵，它并不是本地植物，在學(xué)生的日常生活中并不常見(jiàn)，學(xué)生不熟悉，幾乎都不會(huì)選它。事實(shí)上，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度該實(shí)驗(yàn)的開展時(shí)間是冬季，溫度不適宜天竺葵的生長(zhǎng)，因此在附近的花店，甚至大型花鳥市場(chǎng)中都很難買到，而且天竺葵的葉子較厚且較大，有味道，在酒精脫色環(huán)節(jié)需要用較長(zhǎng)的時(shí)間。基于此，筆者在往屆的教學(xué)中也沒(méi)有選擇天竺葵來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)選用學(xué)生提交的調(diào)查表里提到的植物進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，最終選取了薄荷、藿香薊、酢漿草、花葉假連翹等作為實(shí)驗(yàn)植物。薄荷有很高的藥用和食用等方面的價(jià)值，且味道沁人心脾，深受人們的喜愛(ài)，它種植面廣，很多學(xué)生家里就有種植，因此他們對(duì)薄荷都非常熟悉;藿香薊生長(zhǎng)在山谷、山坡林下或林緣、河邊或山坡草地、田邊或荒地上，由低海拔到海拔2800米的地區(qū)都有分布，校園和路邊就有;酢漿草由于葉片有三瓣，外形可愛(ài)，被學(xué)生稱為“三葉草”，校園花圃中處處可見(jiàn)它的蹤影;花葉假連翹產(chǎn)自墨西哥和巴西，中國(guó)南方廣為栽培，生長(zhǎng)快，耐修剪，多種植于草坪或與其他樹種搭配，也可做綠籬，還可與其他彩色植物組成模紋花壇，因此在學(xué)生居住的小區(qū)花圃或校園旁邊的小公園中均可見(jiàn)到，其葉片有綠色和白色部分，可用于驗(yàn)證葉綠體在光合作用中的作用。預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選取的實(shí)驗(yàn)植物葉片較薄，酒精脫色的時(shí)間就會(huì)大大減少，大大提高了學(xué)生的探究興趣和求知欲望。

通過(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證光合作用的原料是二氧化碳和水、綠色植物光合作用需要光，產(chǎn)生的淀粉都需要進(jìn)行暗處理、酒精脫色、碘液染色。為了合理利用資源和節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，這三個(gè)實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)進(jìn)行。綜合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，把光合作用的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成用各組選擇的植物分組驗(yàn)證光合作用的原料、條件和產(chǎn)物，并用金魚藻按照教材中的實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證光合作用釋放氧氣。具體改進(jìn)如下：

各小組把各自或從家里帶來(lái)或購(gòu)買或從校園中挖取的植物放進(jìn)鐵柜里一晝夜進(jìn)行暗處理。某些小組用黑卡紙對(duì)部分葉片進(jìn)行一半遮光、一半不遮光處理;某些小組分別在小密封袋中裝入2毫升NaOH溶液和清水，使NaOH溶液和清水在小密封袋的底部（由于NaOH具有腐蝕性，此操作由實(shí)驗(yàn)室老師幫忙完成），讓密封口卡住其中一片葉子的葉柄，拉上密封口;某些小組把其中一片葉子的中主葉脈切斷，其他葉子不做處理;某些小組把金魚藻放在錐形瓶中加滿1%的NaHCO3溶液，用帶有玻璃（玻璃管一端插入水中，另一端露在外面）的橡皮塞塞住瓶口;利用花葉假連翹進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的小組不需要對(duì)植物葉片進(jìn)行處理。太陽(yáng)光照2～3小時(shí)后各組把處理過(guò)的葉片放入小燒杯的酒精中水浴加熱脫色。為了縮短脫色時(shí)間，節(jié)省資源，避免發(fā)生危險(xiǎn)，教師利用電磁爐代替酒精燈，用鍋代替大燒杯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了讓學(xué)生對(duì)酒精的作用理解得更充分，教師特意摘一片不做任何處理的薄荷葉放入裝有水的大燒杯中一起加熱，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察加熱過(guò)程中葉片顏色的變化，待酒精中的葉片變成黃白色后，各組把葉片夾起清洗后放在培養(yǎng)皿上，滴加碘液染色，拍照上傳本小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。各小組在暗處理后對(duì)葉片的處理如圖1所示。

三、智慧平臺(tái)展示助力學(xué)生表達(dá)、交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)調(diào)查表中，學(xué)生選擇了自己感興趣的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，所以并不是每個(gè)學(xué)生都設(shè)計(jì)了全部三個(gè)實(shí)驗(yàn)。為此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)與交流對(duì)本節(jié)課非常重要。筆者所在的廣州開發(fā)區(qū)中學(xué)作為首批廣州市智慧教育體系建設(shè)試點(diǎn)學(xué)校之一，很早就開啟了“全效共振+智能平板”的智慧校園模式，該模式引進(jìn)“暢言智慧課堂平臺(tái)”完成課堂教學(xué)、教學(xué)管理、教學(xué)數(shù)據(jù)的收集和后期應(yīng)用。本節(jié)課中，筆者就利用“暢言智慧課堂平臺(tái)”的功能開展教學(xué)，先是利用“實(shí)物展臺(tái)功能”現(xiàn)場(chǎng)直播各小組不同的實(shí)驗(yàn)材料及方法;然后利用“智慧課堂互動(dòng)平臺(tái)”讓各組把本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果拍照上傳，同時(shí)快速展示各組的探究成果，讓各組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果變得更直觀，更有利于教師評(píng)價(jià)和小組互評(píng)。在此基礎(chǔ)上，筆者用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生分析暗處理、部分遮光、酒精隔水加熱的目的，分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中哪兩片葉子的處理可以作為對(duì)照組，變量是什么，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出什么結(jié)論。同時(shí)，筆者在每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中都利用暢言智慧課堂平臺(tái)的“PK板”功能對(duì)各小組的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖2為部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果及課堂互動(dòng)情景。通過(guò)展示、討論、分析和及時(shí)評(píng)價(jià)，光合作用的實(shí)質(zhì)變得顯而易見(jiàn)。

在勢(shì)科學(xué)理論的指導(dǎo)下，筆者帶領(lǐng)學(xué)生將光合作用的三個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，意在能形成強(qiáng)大的教育信息勢(shì)，幫助學(xué)生有效構(gòu)建生物學(xué)知識(shí)框架，形成科學(xué)思維方式，提升解決生活實(shí)際問(wèn)題的能力，形成科學(xué)價(jià)值觀以及創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 李德昌.勢(shì)科學(xué)與現(xiàn)代教育[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007 （2）：84-92+96.

[2]? 李德昌，張守鳳.創(chuàng)新機(jī)制與時(shí)代創(chuàng)新：勢(shì)科學(xué)與教育學(xué)理論研究之十一[J].教學(xué)研究， 2013（5）：5-9+123.

（責(zé)任編輯 黃春香）