培養科學思維方式，讓學生學會創新

趙國強

一、授課內容

人教版高中生物必修1模塊中的第五章第四節第二課時中的第一個問題“光合作用的探究歷程”。

《高中新課程標準（實驗稿）》提出：“提高每個高中學生的生物科學素養是新課程標準實施中的核心任務。生物科學素養是公民科學素養構成中的重要組成部分。生物科學素養是公民參加社會生活、經濟活動、生產實踐和個人決策所需的生物科學知識。”那么，在具體的生物課教學過程中如何來提高學生的科學素養呢？在新課程設計上有很多提高科學素養的素材，其中教材上有很多重要結論、原理的科學探究過程，應用好教材上的這些經典實驗是培養生物科學素養的重要途徑。

二、教學過程

早在兩千多年前，古希臘哲學家亞里士多德根據經驗推測得出結論：“植物的物質積累來源于土壤。”人們受其影響，認為植物生長發育所需的物質完全來自土壤。是不是這樣的呢？假如你是科學家，你怎樣設計實驗來證明植物生長所需要的營養物質并非來自土壤呢？

（1）學生們進行討論、交流。

（2）師生共同討論。

師：大家是如何設計實驗來證明植物生長所需要的營養物質并非來自土壤的呢？

某生：取生長旺盛的某種植物，在環境適宜的花盆里培養，生長足夠的時間后，測量植物的增重量，花盆的重量的減少量加上澆水量，然后兩者做差值，差值是植物吸收空氣的增重量。

師：大家覺得他的方案正確嗎？

生：有漏洞，因為植物吸收的水分大部分通過蒸騰作用散失了。

師：對對，很好。我們看看科學家們是怎樣設計實驗來證明植物生長所需的物質的（課件展示“光合作用的探究歷程”）。1648年，比利時科學家海爾蒙特在大木桶內栽種植物（2.3千克），五年后，植物增重了74.4kg，在五年之間他僅向土壤澆水，而土壤才減少了0.57kg。同學們想想，海爾蒙特會得出什么結論？

生：建造植物體的原料是水分，不過他的結論不正確。

師：嗯，不過在一千多年前能有這樣的認識就很難得了。海爾蒙特的實驗說明水是植物必需的物質。那么，植物真的只需要水就能長大嗎？早在1637年，我國明代科學家宋應星已注意到空氣和植物的關系，提出“人所食物皆為氣所化”的觀點。1771年，最先用實驗方法證明綠色植物從空氣中吸收養分的是英國著名的科學家普利斯特利。請同學們閱讀教材101頁第一自然段，普利斯特利是怎樣設計實驗的，證明了什么？

生：普利斯特利的實驗證明了植物可以更新因蠟燭燃燒或小白鼠呼吸而變得污濁的空氣。

師：嗯，很好，但人們嚴格按照普利斯特利的實驗要求重復他的實驗，有的能成功，有的失敗，為什么呢？可以怎樣進一步實驗？

生：普利斯特里做實驗的時候沒有注意到光的影響，故后人重復的時候有的成功，有的失敗了。1779年，荷蘭英格豪斯做了500多次植物更新空氣的實驗，得出結論：光在植物更新空氣的過程中起關鍵作用。

師：遺憾的是受當時化學發展水平的限制，人們并不知道植物吸收和釋放的是什么氣體。1785，由于發現了空氣的組成，人們才明確植物在光下放出的是氧氣，吸收的是二氧化碳。既然植物在更新空氣成分時吸收光，那么光去哪兒了呢？同學們閱讀課本。

生：1845年，德國植物學家梅耶根據能量轉化與守恒定律指出：光能轉換成化學能儲存起來。

師：那么，植物在吸收水和二氧化碳、釋放氧氣的過程中，把光能儲存在什么物質中呢？（同學們閱讀102頁相關內容）

生：1864年， 薩克斯把天竺葵葉片黑暗處理一段時間，一半曝光一半遮光，然后碘蒸氣處理，結果曝光一半呈深藍色，遮光一半不變色。由此得出結論：綠葉在光合作用中產生了淀粉，光能轉換成化學能儲存在淀粉中。

師：嗯，也就是說薩克斯證明了植物吸收的光儲存在淀粉中。請同學們思考，（1）為什么要進行黑暗處理？（2）一半曝光、一半遮光的目的是什么？

生：暗處理是為了讓葉片充分饑餓，一半曝光、一半遮光的目的是作對比，通過對比可以得出綠葉吸收的光轉化在什么物質中。

師：對對！光合作用的探究歷程到此，反應物是水和二氧化碳，產物是氧氣和淀粉，那么，產物中的氧氣是來源于水還是二氧化碳呢？請同學閱讀課本，看科學家們是怎樣設計實驗的來證明氧氣來源的。

生：美國的魯賓和卡門用同位素標記法設計了對比實驗，分為兩組，第一組給植物提供未標記的C02和標記的H2180，第二組給植物提供標記C18O2和未標記的H20，然后檢測氧02。結果發現在第一組實驗中檢測到了802，第二組未檢測802，說明光合作用釋放的02來源于反應物H20。

師：很好！這樣產物的氧氣的來源就搞清了，那么光合作用產生的有機物又是怎樣合成的呢？同學們閱讀課本，回答問題。

生：美國的卡爾文用14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C在合成有機物過程中的去向，稱為卡爾文循環。

師：對！卡爾文用的方法和魯賓和卡門的一樣，但是在檢測CO2中14C的去向要比檢測802大多了。另外，卡爾文循環是很復雜的生化反應過程，在高中教材中沒有詳細介紹卡爾文循環過程，大學教材會詳細介紹卡爾文循環，同學們考上大學后若對此感興趣可繼續深造。

三、教學反思

在新課改教材編排中，有很多經典的科學發現的實驗，在教學中應用好這些實驗，能有效地培養學生的科學思維方式，為未來培養創新性人才作鋪墊。另外，教師要充分調動學生的積極性，在教學過程體現學生為主體的地位，這樣才能使學生在學習過程中形成自己的思維方式。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.高中新課程標準[M].北京：人民教育出版社，2003.

（甘肅省通渭縣第二中學）