淺析如何解決生物教學(xué)中光合作用和呼吸作用的圖表問題

摘 要：光合作用和呼吸作用是生物學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵章節(jié)，也是高考中的重難點(diǎn)。這一部分知識涉及的內(nèi)容較多，旨在考查學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力。這一類題常以圖表的形式出現(xiàn)，因此要求學(xué)生對該章節(jié)知識有系統(tǒng)的認(rèn)識和了解，準(zhǔn)確把握變量之間的關(guān)系。通過光合作用和呼吸作用的圖表學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生準(zhǔn)確把握相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析能力，而且使學(xué)生在做題過程中實(shí)現(xiàn)圖形結(jié)合，從而提高生物學(xué)習(xí)成績和生物學(xué)習(xí)能力。文章主要論述了教學(xué)過程中圖表學(xué)習(xí)出現(xiàn)的問題以及針對性解決方法。

關(guān)鍵詞：中學(xué)生物;光合作用;呼吸作用;圖表分析

生物是一門文理交叉學(xué)科，它與人們的日常生活息息相關(guān)，主要研究人們接觸的生物圈，旨在培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念和理性思維等能力。傳統(tǒng)的生物教學(xué)將生物作為一門文科性質(zhì)的學(xué)科，注重課本背誦。然而近年來，新課標(biāo)要求通過生物學(xué)科學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和發(fā)散思維，因此圖表學(xué)習(xí)受到教師的重視，光合作用和呼吸作用的圖表問題也成為近年來考試的重點(diǎn)。因此，教師應(yīng)該在課堂上引導(dǎo)學(xué)生對該章節(jié)知識點(diǎn)進(jìn)行梳理總結(jié)，從而增強(qiáng)學(xué)生對這一部分知識的理解。

一、 教學(xué)光合作用和呼吸作用圖表問題所面臨的困難

（一）相關(guān)變量復(fù)雜繁多

生物體內(nèi)部循環(huán)是一個復(fù)雜的過程，雖然光合作用和呼吸作用涉及的物質(zhì)變量不多，但是不同于一般的化學(xué)反應(yīng)，光合作用和呼吸作用涉及的變量都具有特定的含義，而這些變量的影響因素也比較多，所以學(xué)生很容易將變量混淆，難以分析出正確的循環(huán)過程。在光合作用和呼吸作用過程中，光照和二氧化碳濃度是影響光合作用的關(guān)鍵因素，而氧氣濃度是影響呼吸作用的關(guān)鍵因素，如果學(xué)生對于光合作用和呼吸作用的過程沒有清楚地理解，很容易混淆這些關(guān)鍵因素的變化原因，難以掌握二者的區(qū)別和聯(lián)系。

（二）圖表問題晦澀難懂

圖表類問題是高中生物光合作用和呼吸作用部分的常見題型，也是高考中的重難點(diǎn)，因此學(xué)生必須掌握好此類問題的解題方法。但是，圖表問題較為晦澀難懂，通常只給出一個或多個圖表而無其他條件，并且在一個圖表中既有光合作用又有呼吸作用，學(xué)生必須通過自己的分析，從圖表中找出光合作用和呼吸作用之間的聯(lián)系，掌握題目中的隱含信息和解題關(guān)鍵信息，因此此類問題對學(xué)生的邏輯分析能力要求較高。另外，圖表問題中經(jīng)?？疾轫旤c(diǎn)和零點(diǎn)的含義，這些生物含義是解題的關(guān)鍵，也是新課標(biāo)要求學(xué)生必須掌握的知識，然而學(xué)生對于光合作用和呼吸作用部分的學(xué)習(xí)往往是背誦，很難形成對知識的深刻理解和認(rèn)識，學(xué)習(xí)效果不是很理想。

二、 生物教學(xué)中光合作用和呼吸作用的圖表問題解決策略

（一）借助多媒體，動態(tài)演示光合作用和呼吸作用過程

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體技術(shù)逐漸運(yùn)用到學(xué)生的學(xué)習(xí)生活中。生物學(xué)科中包含著許多生命循環(huán)過程，對于教師來說，將這些過程展示出來是一個復(fù)雜的過程。因此對于生物教學(xué)來說，多媒體是必不可少的輔助教學(xué)工具，教師借助多媒體形象、直觀、生動的特點(diǎn)，可以將復(fù)雜的生物循環(huán)活動演示出來，加深學(xué)生的理解，使學(xué)生能以動態(tài)的視角看待光合作用和呼吸作用中復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。教師可以利用PPT或者制作小視頻等方式，演示光合作用和呼吸作用的過程，以及相關(guān)物質(zhì)變化和能量變化，幫助學(xué)生理解光合作用和呼吸作用的全過程，為解決圖表問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

以光合作用的教學(xué)為例，教師可以制作PPT動畫，在課堂上向?qū)W生演示光合作用的動態(tài)過程，分別演示光反應(yīng)階段水的光解和ATP的形成過程，以及暗反應(yīng)階段CO2的固定和C3的還原過程。光合作用的過程如下圖1所示，通過多媒體展示，讓學(xué)生真正理解其中的化學(xué)反應(yīng)過程，學(xué)生才能準(zhǔn)確抓取圖表題中隱含的關(guān)鍵條件，從而吸引學(xué)生注意力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

（二）找準(zhǔn)圖表中的關(guān)鍵點(diǎn)，提取題目隱含信息

光合作用和呼吸作用部分圖表以曲線圖呈現(xiàn)，較為常見的有二氧化碳含量曲線圖或氧氣含量曲線圖，在解決這部分題目時(shí)，關(guān)鍵在于找準(zhǔn)圖中的關(guān)鍵點(diǎn)，比如，起始點(diǎn)、曲線與橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)、頂點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)等，從這些關(guān)鍵點(diǎn)中提取隱含的光合作用或者呼吸作用速率信息，并以此為突破口，分析整個動態(tài)過程。運(yùn)用找關(guān)鍵點(diǎn)的方法，可以讓學(xué)生在做題的時(shí)候?qū)τ趶?fù)雜的題目進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)分析，改變傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中學(xué)生全面分析的方法，提高了學(xué)生做題效率。

例如，圖2：

若題中關(guān)鍵點(diǎn)為A、B、C三點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)光照強(qiáng)度為0，此時(shí)只進(jìn)行呼吸作用，其對應(yīng)的CO2釋放量表示的是呼吸作用的強(qiáng)度。B點(diǎn)為光補(bǔ)償點(diǎn)，此時(shí)CO2的吸收量和釋放量為0，這表示呼吸作用釋放的CO2全部用于光合作用，說明呼吸作用速率等于光合作用速率。C點(diǎn)為光飽和點(diǎn)，自該點(diǎn)往后，光合作用不再增強(qiáng)，說明光照這一因素對光合作用的影響是有限的，當(dāng)光照強(qiáng)度到達(dá)一定界限后，再增加光照強(qiáng)度時(shí)，光合作用不會再增強(qiáng)。教師在圖表教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生看題目時(shí)先找出關(guān)鍵點(diǎn)，找到解題關(guān)鍵。通過圖表中的這些關(guān)鍵點(diǎn)，可以清楚地看到單個變量對光合作用和呼吸作用強(qiáng)度的影響關(guān)系，進(jìn)而分析出隱含的信息，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解題目，在此過程中讓學(xué)生進(jìn)一步對該部分知識有一個更深刻的理解，遇到相似問題時(shí)，有明確的解題思路，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣。

（三）通過曲線變化趨勢，分析生物循環(huán)過程

在解決光合作用和呼吸作用的圖表題目時(shí)，除了上文提到的抓取關(guān)鍵點(diǎn)信息外，學(xué)生還要學(xué)會通過曲線的變化趨勢，分析判斷生物所處的循環(huán)過程，曲線變化判斷是學(xué)生在學(xué)習(xí)光合作用和呼吸作用時(shí)的一大重難點(diǎn)，通過觀察曲線變化，可以清楚地了解光合作用和呼吸作用過程，對光合作用、呼吸作用的強(qiáng)弱有一個明確的認(rèn)知。通過表中曲線的升高或降低，來分析光合作用和呼吸作用強(qiáng)度的變化，從而在整體上對生物體中的化學(xué)變化有一個全面的把握。學(xué)生只有將關(guān)鍵點(diǎn)和曲線的變化趨勢結(jié)合起來進(jìn)行分析，才能真正清楚光合作用和呼吸作用的動態(tài)過程。

仍以上題為例，如題目中AB段所示，CO2釋放量在逐漸減少，這說明隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，光合作用在逐漸增強(qiáng)，呼吸作用釋放出的一部分CO2被用于光合作用，因而CO2的釋放量逐漸減少。但由于此時(shí)光合作用速率仍小于呼吸作用速率，所以仍有一部分CO2被釋放出來。在BC段時(shí)，CO2吸收量逐漸增加，這說明在此期間，隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也在不斷增強(qiáng)，并且此時(shí)光合作用速率大于呼吸作用速率，故CO2吸收量不斷增加。C點(diǎn)為光補(bǔ)償點(diǎn)，C點(diǎn)后光合作用強(qiáng)度不再隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而增強(qiáng)。

另外，BC段表示的為凈光合作用，是這段時(shí)間內(nèi)植物體內(nèi)光合作用的量減去呼吸作用的量，與此階段對應(yīng)的常見題目表達(dá)有：CO2的吸收量、O2的釋放量、有機(jī)物的積累量等。AC段表示的為總光合作用，是這段時(shí)間內(nèi)植物體進(jìn)行光合作用的總量，與此階段對應(yīng)的常見題目表達(dá)有：CO2的固定量、有機(jī)物的生成量等。曲線圖表問題是近年來考試的重點(diǎn)，教師通過曲線問題的歸納總結(jié)，讓學(xué)生對曲線問題有一個更深刻的理解和認(rèn)識，只有讓學(xué)生學(xué)會分析曲線的變化趨勢，懂得每段曲線的實(shí)際含義，才能使學(xué)生真正理解光合作用和呼吸作用的動態(tài)過程，提高生物成績。

（四）運(yùn)用控制變量法，找到關(guān)鍵影響因素

生物進(jìn)行光合作用和呼吸作用時(shí)的影響因素眾多，光照、二氧化碳、氧氣、溫度、水等都是其重要的影響因素，無論是在現(xiàn)實(shí)生活中，還是在解決題目時(shí)，這些因素都是綜合起來對光合作用和呼吸作用強(qiáng)度產(chǎn)生影響的，這更加大了這一部分題目的難度，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加困難，對于學(xué)生的知識綜合運(yùn)用能力和邏輯分析能力都是極大的考驗(yàn)。因此，在解決多因子外界因素對光合作用和呼吸作用強(qiáng)度的影響問題時(shí)，必須注意控制變量法的運(yùn)用，設(shè)置多個對照組，通過控制變量，分析各外界因素對光合作用和呼吸作用的強(qiáng)度產(chǎn)生了何種影響。

例如，圖3：

在P點(diǎn)前，無論在哪個溫度下，光合作用速率均隨著光照強(qiáng)度的增加而同幅度增加，這說明在P點(diǎn)前，影響光合作用速率的主要為橫坐標(biāo)軸因素，即光照強(qiáng)度這一因素。在P點(diǎn)后，隨著光照強(qiáng)度的增加，在給予相同光照強(qiáng)度的條件下，不同溫度下的實(shí)驗(yàn)組光合作用速率增加的幅度出現(xiàn)不同，根據(jù)圖中信息可知，P點(diǎn)后影響光合作用速率的主要因素為溫度，而不再是橫坐標(biāo)軸的光照強(qiáng)度，并且可知在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨著溫度的升高而加快。同理可得，在Q點(diǎn)前，影響光合作用速率的主要因素為溫度，而在Q點(diǎn)后，在溫度相同的條件下，不同光照強(qiáng)度下的實(shí)驗(yàn)組光合作用速率不同。低光照強(qiáng)度組的光合速率低，高光照強(qiáng)度組的光合速率高，由此可知，在一定條件下，光合作用速率隨著光照強(qiáng)度的升高而加快。

在S點(diǎn)前，影響光合作用速率的主要因素為光照強(qiáng)度，而在S點(diǎn)后，在給予相同光照強(qiáng)度的條件下，CO2濃度的不同會影響光合作用的速率，低CO2濃度下光合作用速率低，高CO2濃度下光合作用速率高，由此可知，在一定條件下，光合作用速率隨著CO2濃度的升高而加快。高中生對控制變量法已經(jīng)有了一定的了解，他們通過運(yùn)用控制變量法來進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，分析各個實(shí)驗(yàn)組的光合作用速率，以此來判斷多因子外界因素對光合作用速率分別產(chǎn)生何種影響。如此可培養(yǎng)學(xué)生分析對比圖表、獨(dú)立解決問題的能力，對學(xué)生以后的生物和其他學(xué)科的學(xué)習(xí)有很大的益處。

（五）充分考慮各個因素，綜合分析其影響作用

生物的光合作用和呼吸作用關(guān)系密切、過程復(fù)雜，涉及的物質(zhì)變化眾多又相互關(guān)聯(lián)，其強(qiáng)度又受多種因素影響，除了常見的光照、二氧化碳濃度、溫度等因素外，還受生物體生活習(xí)性和特征、水和礦物質(zhì)等因素的影響。各個因素與光合作用和呼吸作用的發(fā)生以及強(qiáng)弱都有很大的關(guān)系。因此學(xué)生在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時(shí)，應(yīng)該準(zhǔn)確把握光合作用和呼吸作用的關(guān)系以及其影響因素，做題時(shí)應(yīng)充分考慮各種影響因素。因此，在解決這一部分圖表問題時(shí)，如果遇到曲線異常升高或者降低的情況，要能夠從多因素角度綜合分析其原因，開闊思維，充分思考各種可能性。

以光合作用為例，教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察綠葉植物的生理特征，比如，在中午十二點(diǎn)至下午兩點(diǎn)光照強(qiáng)烈時(shí)，為了避免植物蒸騰作用水分蒸發(fā)過多，綠葉植物的氣孔會自動關(guān)閉，這就會影響二氧化碳的吸收量和氧氣的釋放量，表現(xiàn)在圖表上，即為曲線有小幅下降;陰生植物和陽生植物的遺傳物質(zhì)不同，其細(xì)胞內(nèi)酶和色素的含量不同，這就導(dǎo)致二者具有不同的生活習(xí)性，同樣的光照強(qiáng)度對二者光合作用速率的影響也不同;此外鉀、氮等礦物質(zhì)的缺乏，會影響光合作用產(chǎn)物的運(yùn)輸與積累，對于光合作用的速率也會產(chǎn)生限制作用，其表現(xiàn)在圖表中也會造成曲線的異常下降。通過對植物認(rèn)真地觀察，學(xué)生不但了解了光合作用和呼吸作用的運(yùn)行規(guī)律，而且還可以對影響光合作用和呼吸作用的各類影響因素有一個進(jìn)一步的分析，了解了植物的運(yùn)行過程，讓學(xué)生感受到生物學(xué)科與日常生活的密切相關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和發(fā)散思維，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生解決綜合性問題的能力。

三、 結(jié)語

文章主要分析了生物教學(xué)中光合作用和呼吸作用圖表問題面臨的困難，針對圖表問題復(fù)雜多變、晦澀難懂的特點(diǎn)，從教學(xué)手段創(chuàng)新、在關(guān)鍵點(diǎn)處提取信息、曲線趨勢分析、控制變量法、多因素綜合考慮五個方面提出了針對性的策略，希望能夠使學(xué)生對于生物中光合作用和呼吸作用這一部分的圖表題有深刻的認(rèn)識，掌握常用的解題方法，真正理解光合作用和呼吸作用的動態(tài)過程以及其中發(fā)生的化學(xué)變化和物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，讓學(xué)生真正掌握好這一重難點(diǎn)的內(nèi)容。

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作者簡介：

馬婷，甘肅省蘭州市，蘭州市第九中學(xué)。