重視問題引導(dǎo)，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維

在高中生物學(xué)教學(xué)中巧妙設(shè)計問題，不僅能有效激發(fā)學(xué)生求知欲，還能促進學(xué)生主動探索，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維的有效措施。在教學(xué)中，教師不僅要結(jié)合學(xué)生學(xué)情，重視問題的巧妙設(shè)計，圍繞問題引導(dǎo)學(xué)生討論，還要營造開放性育人氛圍，鼓勵學(xué)生提出問題，真正以問題為引導(dǎo)，促進學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維。現(xiàn)以“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”這節(jié)課為例，探索生物學(xué)教學(xué)中如何巧妙設(shè)計問題，幫助學(xué)生從物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化的角度理解光合作用原理，建立生物學(xué)的物質(zhì)和能量觀。

一、重視情境導(dǎo)入，引出課程主題

生物學(xué)是與學(xué)生日常生活緊密關(guān)聯(lián)的學(xué)科，但是生物學(xué)課程所涉及的很多知識內(nèi)容豐富，學(xué)生學(xué)習(xí)理解較有難度。為了激發(fā)學(xué)生的好奇心，教師就要在課堂上重視情境導(dǎo)入，講述與課程相關(guān)的一些生活小故事，或展示一些前沿科學(xué)領(lǐng)域的知識。在此基礎(chǔ)上，教師再引出一些問題讓學(xué)生思考，既能讓學(xué)生充分感受科學(xué)的神奇，還能喚起學(xué)生的求知欲，這樣才能達到良好的課堂預(yù)熱效果。在“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”這節(jié)課，教師就可以通過短視頻為學(xué)生介紹上海世博會的一款葉子概念車（見圖1）。

師：同學(xué)們好！在開始今天的新課之前，老師想先給大家看一個有趣的短視頻。請大家認真觀看，并思考一下視頻中的這個物品與我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有什么關(guān)系。

學(xué)生觀看視頻，表現(xiàn)出濃厚的興趣。

師：視頻里展示的是什么？請同學(xué)們說一下這是一輛什么車。

生1：這是葉子概念車。

生2：這是一輛外形像葉子的新能源汽車。

師：這輛車的能量來源是什么？

生3：這是一款能夠充分利用太陽能、風能以及空氣中的二氧化碳產(chǎn)生電能驅(qū)動的新能源汽車。

生4：這輛車的車頂像一片大葉子，是一部光電轉(zhuǎn)化器，能把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。這輛車的四個車輪帶有風車扇葉，能實現(xiàn)風電轉(zhuǎn)換。這輛車的車身還能夠進行二氧化碳吸附和轉(zhuǎn)換。

師：這輛車與我們今天要學(xué)習(xí)的“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”有什么關(guān)系呢？

生5：這輛車的形狀像葉子，它的能量來源像植物的光合作用，可以將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為汽車提供動力。

師：非常棒！接下來我們就來詳細探討一下植物光合作用的過程。誰能說一下綠葉中的色素有什么作用？

生：綠葉中的色素可以吸收光能。

師：很好。綠葉中的色素不僅能吸收光能，還能傳遞和轉(zhuǎn)化光能。它們就像是一個個小小的能量轉(zhuǎn)換器，將吸收的光能合成有機物，為自身的生長和發(fā)育提供能量和物質(zhì)。

這樣的師生對話，可以有效地將葉子概念車這一案例與光合作用與能量轉(zhuǎn)化的教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，有效激發(fā)學(xué)生的好奇心，引導(dǎo)學(xué)生主動探索植物在光合作用過程中如何實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化。

二、應(yīng)用電子實驗，理解實驗原理

在高中生物學(xué)教學(xué)工作中，為了讓學(xué)生透徹理解一些核心概念，教師要應(yīng)用電子實驗促進學(xué)生理解實驗原理，掌握實驗的步驟和方法?！熬G葉中色素的提取和分離”是這節(jié)課的重點實驗，教師可以應(yīng)用電子實驗幫助學(xué)生突破重難點，可以讓學(xué)生分段觀看電子視頻。在學(xué)生觀看的同時，教師要提出問題，引導(dǎo)學(xué)生有效思考。

（一）色素的提取

在這一部分中，教師可以提出四個問題讓學(xué)生思考：

問題一：為什么要選擇綠色、新鮮的葉片？若用衰老的黃葉，可能會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，為什么？

問題二：在研磨過程中，實驗人員先后加入了三種物質(zhì)，它們分別是什么？有什么作用？

問題三：研磨完成后將研磨液迅速倒入玻璃漏斗，過濾時不能用濾紙，為什么？

問題四：將濾液收集到試管后，為什么要用棉塞塞住？

（二）色素的分離

在這部分，教師也可以提出四個問題，讓學(xué)生思考：

問題一：濾紙條剪去兩角的目的是什么？

問題二：實驗中為什么要在距這一端底部1 cm處用鉛筆畫一條細的橫線？

問題三：為什么要畫綠葉細線？

問題四：綠葉細線為什么不能觸及層析液？

教師通過有效的問題引導(dǎo)，讓學(xué)生思考實驗操作中的一些注意事項，并用自己的語言來進行條理性的闡述和分析。

（三）分析實驗現(xiàn)象

在這部分，教師可以讓學(xué)生觀察實驗結(jié)果（見表1），然后，根據(jù)結(jié)果嘗試分析實驗的結(jié)論，說一說為什么胡蘿卜素在最上方，哪種色素的含量最多。再讓學(xué)生說一下是如何判斷的。

在這一部分中，教師還可以出示一些擴展問題讓學(xué)生思考。如色素提取液呈淡綠色，可能有哪些原因？若色素帶顏色較淺，其原因又有哪些？還可以進一步讓學(xué)生思考：為什么春夏植物葉子翠綠？而深秋則葉片金黃呢？這類開放性問題可以促進學(xué)生透徹理解實驗原理，提升學(xué)生思維的縝密性。

教師通過電子實驗?zāi)M演示實驗過程，可以讓學(xué)生清晰地了解實驗操作步驟，明白實驗的原理。教師再配合有效的問題引導(dǎo)，可以讓學(xué)生充分理解實驗的注意事項，為學(xué)生獨立操作打下堅實基礎(chǔ)。尤其是結(jié)合實驗結(jié)果所設(shè)計的一些思考題目，可以讓學(xué)生對溶解度擴散速度進行思考。這可以指導(dǎo)學(xué)生掌握實驗規(guī)律，為學(xué)生后續(xù)其他實驗結(jié)果的分析奠定良好基礎(chǔ)。

三、圍繞核心概念，引導(dǎo)學(xué)生深度探究

光合作用與能量轉(zhuǎn)化這部分涉及的內(nèi)容較多，除了涉及光合作用的基本過程，還有能量轉(zhuǎn)化，同時還要讓學(xué)生進一步分析光合作用影響的因素。所以教師要重視以有效的問題引導(dǎo)，幫助學(xué)生找到探究切入點。另外，教師還要重關(guān)注學(xué)生批判性思維的培養(yǎng)，為學(xué)生今后應(yīng)用科學(xué)原理解決實際問題奠定堅實的基礎(chǔ)。

（一）光合作用的基本原理

光合作用這一概念對學(xué)生來講并不陌生，他們在初中階段就已經(jīng)學(xué)過光合作用的基本原理。所以在這部分知識教學(xué)過程中，教師可以先拋出問題，讓學(xué)生結(jié)合已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容，循序接受新知識。

教師可以讓學(xué)生思考如下問題：光合作用的原理是什么？光合作用的場所集中在哪里？并讓學(xué)生分析光合作用的產(chǎn)物是什么，以問題為引導(dǎo)，讓學(xué)生回顧前期所學(xué)內(nèi)容，嘗試寫出光合作用反應(yīng)式。

CO2+H2O（CH2O）+O2

從學(xué)生熟悉的基礎(chǔ)內(nèi)容導(dǎo)入，可以降低學(xué)生對新知識的理解難度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這時候，教師可以引出1865年德國植物學(xué)家薩克斯所做的實驗，讓學(xué)生認識葉綠體這一結(jié)構(gòu)。

（二）葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能

這部分內(nèi)容涉及的實驗較多，教師可以將學(xué)生分成不同的小組，以小組為單元，進一步讓學(xué)生閱讀課本資料，了解光合作用的發(fā)現(xiàn)過程。這一部分，教師可以設(shè)計以下問題：

問題一：為什么選用水綿和好氧細菌作為實驗材料？

問題二：為什么要選擇黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？

問題三：恩格爾曼第一個實驗的結(jié)論是什么？

問題四：在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？

問題五：恩格爾曼的實驗方法有什么巧妙之處？

圍繞教師提出的問題，學(xué)生進行有效的討論，通過這一實驗，學(xué)生可以明白葉綠體的功能，并完成以下填空題。

葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能：

（1）結(jié)構(gòu)①雙層膜②基質(zhì)③基粒：由類囊體堆疊而成

（2）功能：進行光合作用的場所。

（3）物質(zhì)基礎(chǔ)：

在葉綠體內(nèi)部的類囊體薄膜上，分布著許多吸收光能的色素分子。在類囊體薄膜上和葉綠體基質(zhì)中，還有許多進行光合作用所用的酶。

教師沿用這一思路讓學(xué)生思考1937年希爾所做的實驗，其主要步驟是什么？可以得出哪些結(jié)論？再讓學(xué)生思考，1941年魯賓和卡門的實驗證明了什么結(jié)論？接著，教師讓學(xué)生思考20世紀40年代卡爾文所做的實驗，想一想：這個實驗證明了什么結(jié)論？這一實驗讓學(xué)生重點體會同位素標記法的應(yīng)用對科學(xué)的幫助。這部分內(nèi)容要結(jié)合化學(xué)知識來理解，也是實現(xiàn)跨學(xué)科育人的一個典范。最后用阿爾農(nóng)在1954年和1957年所做的實驗，證明了葉綠體合成ATP時與水的光解相伴隨。

通過這一系列經(jīng)典實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生明白科學(xué)探究的道路漫長而曲折。由此讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴謹認真的態(tài)度，并進一步有效梳理光合作用中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的相關(guān)知識，形成對光合作用過程的全面認知。

這部分還有一個難點就是對光反應(yīng)和暗反應(yīng)作比較。教師可以出示表格（見表2），讓學(xué)生以小組為單位討論分析，嘗試完成表格，以此梳理光合作用整個反應(yīng)過程。

教師可以結(jié)合光合作用的過程讓學(xué)生對光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的反應(yīng)場所、反應(yīng)條件、物質(zhì)變化、能量轉(zhuǎn)化等信息有效對比，完成表格，從而讓學(xué)生明白光反應(yīng)主要在葉綠體的內(nèi)囊體薄膜上進行，光反應(yīng)階段葉綠體中的色素吸收了光能。這部分光能有兩個用途：一是將水分解成了氧氣和氫離子，氧氣通過氣孔可以釋放出去，而氫離子就和NADP+結(jié)合形成了NADPH。NADPH作為還原劑，可以進一步參與暗反應(yīng)階段。二是光反應(yīng)階段，葉綠體吸收的光能還可以用于酶的催化，形成ATP。這樣就將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲存于ATP中。所以，光合作用的光反應(yīng)階段將光能轉(zhuǎn)變成了ATP和NADPH中的活躍化學(xué)能。暗反應(yīng)階段是在葉綠體的基質(zhì)內(nèi)進行，這時候不再需要光照。暗反應(yīng)階段涉及了碳循環(huán)，又稱為卡爾文循環(huán)。從外界吸收進來的二氧化碳與葉綠體內(nèi)的C5結(jié)合，形成了兩個三碳化合物分子。在酶的催化下，碳酸接受ATP和NADPH釋放的能量。一部分碳酸經(jīng)過一系列反應(yīng)形成了糖類；另一部分又重新形成了C5，參與下一個碳循環(huán)。教師通過對光反應(yīng)和暗反應(yīng)的梳理，可進一步讓學(xué)生明確光合作用強度的表示方式，就是根據(jù)單位時間內(nèi)制造或產(chǎn)生的有機物的量、固定二氧化碳的量和產(chǎn)生氧氣的量來判斷。

四、理實結(jié)合進行光合作用原理的應(yīng)用

光合作用與能量轉(zhuǎn)化這部分內(nèi)容較多，理解光合作用的原理是重點，也是難點，尤其是光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個過程交互進行循環(huán)往復(fù)，在生活中也有非常重要的應(yīng)用，所以在理解了光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程后，教師還要引導(dǎo)學(xué)生進一步探究影響光合作用強度的一些環(huán)境因素。

教師可以結(jié)合圖2讓學(xué)生明白光合作用受光照強度的影響，當光照強度為O時，葉片只進行了呼吸作用；在AB段，隨著光照強度的逐步增加，植物的光合作用會逐漸增強，二氧化碳的釋放量也會隨之減少；到達B點時，光合作用的強度恰好等于呼吸作用的強度，這時候植物細胞呼吸所釋放的二氧化碳將全部用于光合作用；在BC段，隨著光照強度的不斷增加，植物光合作用釋放大量氧氣。在這個過程中，不僅將細胞呼吸的二氧化碳用于光合作用，還會從外界吸收二氧化碳，用于光合作用。而到達C點即光飽和點之后，光照強度繼續(xù)增加，但植物的光合作用強度不再增加。C點之后，植物光合作用的受限因素有溫度、二氧化碳濃度、光照時間、色素含量、葉齡、葉片數(shù)量等。這部分，教師還可以讓學(xué)生以實驗的方式探究光照強度，進一步明確光合作用的影響：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強度的不斷增強，光合作用的強度不斷增強。

教師讓學(xué)生聯(lián)系生活，從整體上認識光合作用的全過程，并引導(dǎo)學(xué)生思考在生活中如何應(yīng)用這一原理來促進光合作用能量轉(zhuǎn)化，進而指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會通過外部條件的控制來促進蔬菜增產(chǎn)，讓植物達到更好的生長狀態(tài)。

教師可以設(shè)計如下問題：

問題一：靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？

問題二：蔬菜大棚為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件？

教師聯(lián)系實際讓學(xué)生進行有效的問題討論，可以讓學(xué)生在課堂上碰撞思維火花，促進學(xué)生對光合作用的有效運用，助力學(xué)生樹立生物學(xué)物質(zhì)和能量觀。

總之，光合作用是高中生物學(xué)學(xué)習(xí)的重點，同時也是難點。這部分涉及的內(nèi)容較多，教師不能一股腦將所有知識呈現(xiàn)給學(xué)生，而是要通過問題引導(dǎo)學(xué)生認識科學(xué)家實驗探索的過程，通過演示實驗，讓學(xué)生進入主動學(xué)習(xí)狀態(tài)。最后，教師再通過農(nóng)業(yè)上光合作用原理的應(yīng)用，讓學(xué)生認識到生物科學(xué)的價值，這對增強學(xué)生社會責任意識、提高學(xué)生學(xué)科思維能力、促進學(xué)生正確價值觀的形成有十分重要的作用。

（作者單位：滁州市第二中學(xué)）

編輯：曾彥慧