跟著科學家的腳步探索光合作用

巫靜

[摘? ?要]學生對于光合作用的概念比較熟悉，但是對于光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程卻是陌生的?！肮夂献饔谩苯虒W中，既要讓學生構(gòu)建出光合作用的反應過程，更重要的是讓學生跟著科學家的腳步一步一步地去探索光合作用，學習科學家們的實驗精神和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

[關鍵詞]光合作用;教學案例;科學家

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）17-0092-02

“光合作用”這部分內(nèi)容是生物七年級上冊的重點和難點。學生對于光合作用并不陌生，大部分學生都能說出光合作用的概念，但是對于光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程卻是陌生的。生物教師應更重視教會學生像科學家一樣經(jīng)歷仔細觀察、提出問題、作出假設、設計實驗、得出結(jié)論等一系列科學探究的過程，由此讓學生感受到對照性原則和單一變量原則對實驗設計的重要性，及任何一個科學結(jié)論都是科學家們不懈努力地研究和不斷完善而得出的。

【案例一】展示兩千多年前亞里士多德提出的觀點“植物的根是一張嘴，植物生活和生長所需的一切物質(zhì)，都是通過根吸收土壤汁得到的?！碧釂枌W生是否認同他的觀點，學生都表示不認同，因為他未能通過實驗驗證自己的觀點，無法確定觀點的正確性。既然學生已經(jīng)意識到實驗的重要性，教師就因勢利導讓學生提出簡單的實驗設想。

在讓學生提出實驗設想后再自然引出海爾蒙特的實驗，學生能容易理解實驗的過程并能順利分析出實驗結(jié)論。

【案例二】教師提問：“同學們，你們知道為什么普利斯特萊的實驗一中的小鼠會死亡，蠟燭會熄滅嗎？”學生回答：“因為小鼠的存活和蠟燭的燃燒都需要氧氣，而密閉的鐘罩里氧氣是有限的，所以當氧氣用完了，小鼠就會窒息而亡，蠟燭也會熄滅。”教師說：“這位同學對實驗一的分析非常仔細。那我想再問一下為什么實驗二中的植物也死亡了呢？”立刻有學生舉手回答：“植物應該也是因為缺少氧氣而死亡的。”有學生提出不同的意見：“我覺得植物是因為缺少二氧化碳而死亡的，因為植物進行光合作用需要二氧化碳??！”教師進一步引導：“大家各說各有理，但是這些都是同學們的猜測，要想驗證自己的猜測是否正確，應該怎么做呀？”學生齊聲回答：“設計實驗，加以驗證?！苯處煟骸捌绽固厝R已經(jīng)幫我們把實驗設計好了，我們一起來分析實驗三，看看它對于我們剛才的猜測的驗證有什么幫助？”學生閱讀相關實驗內(nèi)容后很快有了結(jié)論：“我認為實驗二中植物死亡的原因是缺乏二氧化碳。因為如果植物死亡是因為缺少氧氣的話，那么將綠色植物和存活的小鼠或者燃燒的蠟燭放在一起，第三組的實驗現(xiàn)象應該是蠟燭更快地熄滅，小鼠和綠色植物更早地死亡，因為它們都在爭奪有限的氧氣。但是實驗三中綠色植物和小鼠的存活時間以及蠟燭燃燒的時間都延長了，說明綠色植物提供了小鼠存活和蠟燭燃燒所需要的氧氣;而小鼠呼吸和蠟燭燃燒釋放的二氧化碳恰好可以被綠色植物利用。它們可以各取所需?！苯處熆偨Y(jié)：“這位同學通過細致地觀察和分析，給了我們一個讓人信服的答案。大家同意他的見解嗎？”學生表示同意，并報以熱烈的掌聲?！巴瑢W們通過這三組實驗的分析，可以發(fā)現(xiàn)科學的發(fā)展過程離不開大膽設想、質(zhì)疑，更離不開在細致分析后設計有效的實驗，實驗設計過程中要嚴格遵照對照性原則和單一變量原則。希望科學家的實驗方法和精神可以給大家?guī)韱l(fā)，以后學會用這些方法去探究大自然和生活中的種種問題！”

【案例三】教師：“同學們閱讀完課本90頁中普利斯特萊的實驗一、二、三后，誰能告訴我這些實驗遵循了哪些實驗原則？”學生回答：“遵循了對照原則?！苯處煟骸澳芫唧w地說一說如何形成對照的嗎？”一名學生回答：“小鼠實驗和蠟燭實驗進行對照?！苯處煟骸霸O計對照實驗的目的是為了找到想要研究的因素對實驗的影響作用。那么在普利斯特萊的這個實驗中，他想要研究的因素是小鼠或是蠟燭嗎？”另一名學生回答：“普利斯特萊想要研究的影響因素是綠色植物對周圍空氣成分的影響，所以應該是‘單獨放在密閉玻璃鐘罩里的燃燒的蠟燭與‘一盆綠色植物和燃燒的蠟燭共同放在密閉玻璃鐘里這兩個實驗構(gòu)成一組對照實驗，‘單獨放在密閉玻璃鐘罩里的小鼠與‘一盆綠色植物和小鼠共同放在密閉玻璃鐘罩里這兩個實驗構(gòu)成另一組對照實驗?！苯處煟骸斑@位同學總結(jié)得非常準確完整?！苯處熃又鍪菊n件（如下圖），說：“我現(xiàn)在將普利斯特萊的實驗一和實驗三的實驗圖放在一起對比，構(gòu)成了剛才這位同學總結(jié)出來的兩組對照實驗。大家對照課件上的圖片，說一說這個實驗遵循的另一個重要的實驗原則是什么?！睂W生回答：“單一變量原則，這個實驗的單一變量是植物的有無。”教師總結(jié)：“很好。這兩組對照實驗中由于植物的存在，使得蠟燭燃燒或者小鼠存活的時間延長。”進而得出實驗結(jié)論：植物可以更新因蠟燭燃燒或小鼠呼吸而變得污濁的空氣。

【案例分析和反思】

“案例一”中，教師以亞里士多德的觀點引入這節(jié)課的學習，目的不僅僅是為了否定他的結(jié)論直接引入海爾蒙特的實驗，而是利用“這個結(jié)論不是建立在科學實驗研究的基礎上得出”的這個情境，試著讓學生提出簡單的實驗設想，體現(xiàn)學生的學習主體地位，調(diào)動學生的學習主動性和參與性。學生在教師的引導下提出了實驗設想，既獲得了成就感，也能更自然地進入實驗的具體實施過程，也就是海爾蒙特的實驗過程。通過定量分析，更加直觀地得出實驗的結(jié)論，讓學生感受到科學家設計實驗的智慧。

“案例二”涉及教師對課堂的預設問題。在備課時，想到學生在分析完普利斯特萊的第一組實驗后，很有可能也會認為第二組實驗中植物死亡的原因也是因為缺少氧氣。與其直接否定學生的結(jié)論，不如讓學生通過分析第三組實驗自然而然地得出正確的結(jié)論。這樣，既可以培養(yǎng)學生大膽質(zhì)疑和假設的精神，更重要的是讓他們學會通過實驗設計和分析去驗證或反駁自己的假設。

“案例三”，教材中普利斯特萊的實驗中只有實驗三的插圖，而并沒有實驗一和實驗二對應的插圖。為了讓學生對于這組實驗有完整的認知并強化實驗設計中對照原則和單一變量原則的重要性，利用課件出示了實驗一與實驗三對應的圖片，并分別將小鼠的實驗與蠟燭的實驗分開進行對照。這樣，可以幫助學生更清晰地看出這幾組實驗之間的關聯(lián)，以及體會到嚴格遵守對照性原則和單一變量原則對于保證實驗結(jié)論可靠性的重要性。

通過這節(jié)課的教學，筆者對科學發(fā)展史在學科教學中所起的作用進行了認真的思考和反思，得出以下結(jié)論：

第一，對于初一學生，由于他們第一次正式接觸生物這門學科，所以更多地認為生物學科只是對一些自然現(xiàn)象的了解和動植物種類的認知。殊不知，生物和小學的自然學科是有很大區(qū)別的。進入初中階段，學生需要學會更加主動地參與到學習和探究的過程中，意識到不能永遠停留在前人留下的成果上，而是應該繼續(xù)通過科學探究去獲取科學知識，認識世界并改造世界。科學的探究方法和科學家的探究精神正是通過科學發(fā)展史的學習而領悟和感受的。其實學生對于光合作用的概念已經(jīng)非常熟悉了，所以本節(jié)課的重要目標除了讓學生最后能夠構(gòu)建出光合作用的反應過程外，更要讓學生跟著科學家的腳步一步一步地去探索光合作用，學習科學家仔細觀察、大膽假設、合理巧妙地設計實驗、認真分析實驗結(jié)果的實驗精神和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，并且應用到自己的學習中。

第二，學習的主體永遠是學生，教師需要充分利用好教材中的資料，對教學內(nèi)容進行合理規(guī)劃和安排。而探究性課堂，學生的思維比較發(fā)散，所以需要教師對課堂進行預設，對于課堂中可能出現(xiàn)的問題，要有準備以及巧妙的處理方法，處理得當甚至可能成為整節(jié)課的亮點。雖然學生是探究的主體，但是需要沿著教師設定好的路線進行探究，否則會顯得課堂散亂沒有主線。教師既然是幕后導演，那就需要認真設定好課堂中的每一個環(huán)節(jié)，由淺入深、逐級遞進地引領學生進入科學探究的秘境。學生通過思考獲得的知識一定比簡單告知的內(nèi)容要印象深刻得多。

第三，在科學發(fā)展史的教學中學生可以學到很多巧妙的實驗設計方法以及了解更多先進的生物技術，在這個過程中會有圖片信息和數(shù)字信息，如果學生善于進行圖形和文字之間的轉(zhuǎn)換，以及數(shù)據(jù)分析，對于他們后期學習能力的提升是非常有幫助的。

（責任編輯 黃春香）