光合作用一節的探究式CAI教學探索

■王強

以建構主義學習理論為指導，設計并開發“光合作用”一節的探究式CAI課件，并在教學實踐的基礎上，對探究式CAI在培養學生科學素質、突破教學難點的效度等方面進行初步分析，以探討現代教育技術在生物教學中運用的有效性。

CAI這一教育技術目前正在中學生物課堂教學中頻繁使用，但也出現許多問題。其主要原因是教育者過多地關注使用了多少CAI技術，而忽略了對“為什么要用CAI”“特定的教學內容適合用什么樣的CAI”等問題的考慮。

基于對光合作用一節的課程特點和學習需求的分析，確立相應的教學行為目標，以建構主義學習理論為指導，設計并開發光合作用的探究式CAI課件，并進行教學嘗試，對探究式CAI突破教學難點的效度作一個初步分析，以探討現代教育技術在生物教學中運用的有效性。

1 探究式CAI概要

探究式CAI的在教學設計上, 明確了CAI課件主要輔助學生的“學”而非教師的“教”，通過計算機呈示多元化的問題情境，引導學生自己發現并解決問題，即像科學家那樣去探索、解決問題。通過引導學生觀察自然、思考科學真理的產生過程，或指導學生動手做科學，使他們逐步掌握科學的工作方法與手段，形成正確的態度與世界觀，從而培養學生的創新意識和實踐能力。

2 教學探索的想法與做法

課件的制作平臺主要有Photoshop、Director、Premier、3Dmax等，集成平臺為Authorware，以積件形式分成三部分內容，即：葉綠素的提取與分離實驗教學、光合作用過程、光合作用的意義與生產實踐。三者之間網狀相連，制作技術思路為：在流程圖中制作相應的熱點，再利用跳轉技術，對于每一個步驟進行具體分析，設置相應的圖片、文字、語言、音樂情境，對學生進行誘導式提問。下面是教學思路及過程。

2.1 “葉綠素的提取與分離”實驗設計的教學探索

“光合作用的實驗”雖是一個獨立的部分，但在具體教學時，則可結合相應的知識點，適時組織教學，如“葉綠素的提取與分離”可放在“光合作用場所”部分進行教學，主要起到指導學生實驗的作用，教學地點則可以安排在有多媒體條件的實驗室。

1）選葉。先展示幾種不同植物、同一植物不同部位的葉片，然后設計問題：①不同葉片的顏色為什么有所不同？②葉綠體中色素究竟有哪些不同種類？各種色素的顏色分別是什么？含量如何？從而在問題的開始就形成一種探究氛圍。在對學生的討論分析后，再讓學生從中選取相應的葉片。

2）提取葉綠素。利用多媒體技術，從不同視角分析葉綠素提取的原理；讓學生比較不同有機溶劑在提取色素時的效果；鼓勵學生使用不同有機溶劑組合來提取葉綠素。然后以視頻形式向學生展示一段預先攝制好的錄像《葉綠素的研磨與提取》。出于幫助學生理解實驗中的關鍵步驟，增大探索的成功率，避免學生過多遭受失敗而產生困惑的目的，相應出示下列問題：如何使葉片研磨得更充分、省力？研磨中色素是否會破壞？如果會，又該怎么辦？如何控制有機溶劑的量并防止它的揮發。

3）分離葉綠素：利用CAI向學生分析層析法分離葉綠素的原理及其紙層析法的特點，并鼓勵學生不要受先入為主印象的影響，大膽進行層析法的自主設計。為了指導學生正確地進行實驗操作，在最后向學生展示一組事先攝制好的紙層析操作實驗過程，讓學生自己分析并討論操作方法，并利用多媒體技術，對“制作濾紙條、畫濾液細線”等關鍵的、同時通過演示實驗又很難看清楚的步驟作特效分析。

在運用該CAI指導學生實驗時，大大提高了學生創造的積極性。在學生實驗過程中，發現學生有一些創造性成果：1）有的學生以圓形定性濾紙代替濾紙條，在濾紙的圓心先滴加濾液，后滴加層析液，制作出4種不同顏色的同心環帶；2）有的學生以胡蘿卜、蘿卜葉代替菠菜葉，效果更好；3）有的學生提出以干粉筆做成層析柱，代替紙層析法，其效果也較為明顯。這真正讓筆者感到，探究式CAI遠非一個“教”字可以了得。

2.2 光合作用過程的教學

光合作用是一個極為復雜的生理過程，它是一系列在細胞亞顯微結構中進行的、多種酶催化下的各器官組織統一協調下的生物化學反應的總和。由于它是一種微觀、動態的生理現象，因而學習過程就缺乏相應的直觀和生活情境，學生只能被動接受教師組織的知識結構，而不能主動探索科學。

采用探究式CAI后，筆者改變以往的以陳述方式講科學模式，而采用探究方式學科學：以植物光合作用的產物為起點，逆向思維，思考光合作用中物質轉變與能量轉化過程與來源，進而思考反應場所等問題。通過展示葉肉細胞顯微結構、葉綠體亞顯微立體結構、光反應和暗反應循環動畫等情景，把學生帶入真實場景，使學生學習興趣高漲，并產生探究欲望。在對光合作用中的物質轉變、能量轉化一步步逆推分析討論后，再采用多媒體技術對光合作用全過程進行剖析講解：以光合作用中的物質轉變與能量轉化為兩條主線，以同位素示蹤技術為研究手段，以光反應、暗反應為時間先后順序，葉綠體基粒片層簿膜及葉綠體基質為空間先后順序，系統分析光合磷酸化、水的光解、CO2的固定與還原等生理過程。并從葉綠體中基粒片層薄膜垛疊現象，提出生物體普遍存在的一種通過折疊擴大表面積的方法；從細胞是一個統一整體的概念出發，提出控制光合作用過程的信息流的概念；從能量轉化與守衡的角度出發，讓學生定量研究太陽光子的能量轉化為C6H12O6中的能量時的守衡現象。

由于光合作用過程是在一瞬間完成的，而運用CAI組織教學時，即可視學生的理解與掌握程度，隨時停頓、放慢速度，或重復播放，提高學習效率，以優化教學過程。在總結討論階段，可利用多媒體技術中的箭頭指向物體表面時閃爍的效果，幫助學生提高對光合作用受到光照、溫度、CO2和H2O影響的認識，加深對于ATP、酶、化學反應動態平衡等知識的理解與遷移運用能力。

2.3 光合作用的意義與生產實踐中應用部分的教學

基于STS（科學—社會—技術）的教學思想，也為了培養學生的創造與實踐能力，并給一部分熱愛生物學并且學有余力的學生提升自身的空間，所以這部分內容在教學設計時予以較高的重視。

光合作用的意義極為重要，但在傳統教學中，教師一般是通過羅列一些空洞的數字，從而闡述光合作用是自然界最基本的物質與能量代謝這一基本事實，缺乏具體的生活情境，造成知識空洞，因而不利于培養學生科學的生物學態度和正確的價值觀。

在采用CAI后，筆者試圖通過相關做法來突破教學難點。從一株水稻在光合作用方面所做的貢獻談起，利用實物圖片，配合文字質疑，讓學生認識到：1）光合作用確實存在于自然界，存在于人們生活空間的每一個角落；2）植物光合作用所制造的有機物和O2，對于維持生態系統的動態平衡具有實在的價值；3）通過列表分析世界50年來糧食產量變化，讓學生認識到科技進步、尤其是人們在光合作用研究方面所取得的進步對于提高糧食產量所起的作用；4）引導并讓學生自己評價光合作用的意義，評價生態惡化對于人類進步的影響。

光合作用與生產實踐的關系，主要通過大田合理密植、大棚種植兩個生產實例，探索光合作用在生產中的應用。以大棚種植為例，通過一組預先攝制好的錄像，展示一學生參觀現代化農業示范基地的大棚種植園的過程。以學生的角度觀察大棚內的溫度控制、人工補充光照、氣肥補充、空間合理利用等措施與光合作用的關系，并引導學生從不同角度，考察影響大棚種植的經濟效益的因素，力求體現學習與生產實踐相聯系的精神，并建議學生從本地區的自身特點出發，探索如何將光合作用與當地城市綠化、個人生活、農業生產相聯系，真正實現學習與個人進步、社會發展相結合的STS精神。

3 要正確看待誘思探究式CAI在光合作用教學中的作用

1）在看到CAI優點的同時，不要忘記CAI作為一種科學技術所必然存在的負面作用。特別CAI運用于生物實驗時，往往起到削弱學生的操作能力、觀察能力的后果，所以應把它定位于指導學生實驗的地位，而不能根本代替學生實驗。

2）探究式CAI的確能激發學生探究的欲望，并指導學生以探索的方式學習科學，但CAI畢竟是一種物化的技術，它不能、也不應成為教學的全部。教學過程的優化離不開師生情感交流、教師機智和積極的評價機制。

3）科學的生物學教學有助于培養學生科學的生物學素質，一種好的教學模式應有助于學生認識到：懷疑是審視的出發點；實證是判斷的尺度；邏輯是辯論的武器，是科學的美。■