另辟蹊徑研究影響光合作用速率的環(huán)境因素

張旻

摘 要：教師要了解“探究性學習”“假說——演繹”的作用和意義及《生物課程標準》對“能量之源——光與光合作用”的具體內(nèi)容標準的要求，了解完成課標任務“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學策略及其原因，并以具體的教學過程詮釋這種教學策略及這種教學策略的意義。在教學過程中，教師要根據(jù)問題情境的作用，設置層層深入的問題串，以此來引導學生深刻思維，有效地完成課標任務。

關(guān)鍵詞：探究性學習；假說——演繹；思維探究；實驗探究

“假說——演繹”是現(xiàn)代科學研究方法中常用的一種研究方法。在生物學重大理論的發(fā)現(xiàn)中，如“孟德爾基因分離定律、自由組合定律”的發(fā)現(xiàn)，“DNA復制機制”的發(fā)現(xiàn)，“假說——演繹”都起到了很重要的作用。可以說，“假說——演繹”的科學方法是生物學科學探究的重要方法，是學生應該具備的基本科學素養(yǎng)。

“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”是《生物課程標準》的具體內(nèi)容標準對光合作用有關(guān)內(nèi)容的要求。除此之外，《生物課程標準》對光合作用還有這樣的要求——“說明光合作用以及對它的認識過程”。“說明”和“研究”都是《生物課程標準》中的知識性目標動詞。“說明”屬于理解水平，“研究”屬于應用水平。《生物課程標準》不僅要求學生理解光合作用的原理、光合作用的探究歷程，還要求學生能應用“光合作用原理”解決實踐問題。

人教版提供的這些課程資源，除了探究的具體案例可具體操作具體研究，可以搞清楚“光照強弱與光合作用速率的關(guān)系”外，其他只是為“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”指出了研究的方向和目標。如何“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”，需要教師整合課內(nèi)課外資源，研究學生已有的知識經(jīng)驗和認知基礎，對各種教學方法用心取舍，采取適當?shù)慕虒W策略，才能有效地完成教學任務。

基于以上分析，我們知道，探究性學習是一種非常有效的學習方式，“假說——演繹” 是邏輯上非常嚴謹實踐中非常有效的科學研究方法。為了進一步加深學生對“光合作用原理”的理解，有效完成“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的課標任務，讓學生親歷思考和探究的過程，領(lǐng)悟科學的研究方法，培養(yǎng)學生的探究意識和創(chuàng)新精神，采用以下教學策略和教學過程能有效地完成“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”。

一、“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學策略

教師組織引導→學生思維探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”→師生合作交流→提出“環(huán)境因素影響光合作用速率的方式”的假說，并建立數(shù)學模型→預期探究實驗的結(jié)果→教師組織→學生探究實驗→確認“環(huán)境因素影響光合作用速率的方式”，確認數(shù)學模型。

二、“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學過程

1. 教師組織引導，學生思維探究，以數(shù)學模型的形式提出有關(guān)假說

（1）組織引導學生，思維探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”。

學生在探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”之前，已經(jīng)學習了“光合作用原理”。《生物課程標準》要求學生“說明光合作用的過程”，即理解光合作用的過程。為了進一步加深學生對“光合作用的過程”的理解，完成課標“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學任務，教師可以組織引導學生認真觀察“光合作用的過程”，并由此讓學生提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說。

教學實踐告訴我們，“高中學生的理性思維有一定的發(fā)展，但其理性思維缺乏深刻性連續(xù)性和嚴密的邏輯性”，所以教師對學生觀察“光合作用的過程”提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說，必須要有效地組織引導，以促進學生深入地思考，科學地提出假說。

問題是思維的起點。層層深入的問題，不僅能激起學生的探究欲望，還能逐步引導學生深刻地發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，建構(gòu)知識，經(jīng)歷探究的歷程，體驗步步成功的喜悅。所以，邏輯上層層深入的階梯跨度符合學生認知特點的問題串，是引導學生觀察“光合作用的過程”、提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說的關(guān)鍵。教師應該在本部分的教學中，注意問題串的設計，以有效地引導學生深刻思維。

引導學生思維探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的問題串，觀察“光合作用的過程”，回答以下問題：（注：以單位時間光合產(chǎn)物計量光合作用速率或強度）

①影響光合作用的外界因素有哪些？

②光照強度是怎樣影響光反應產(chǎn)物的？又是怎樣影響光合作用速率的？

③CO2濃度首先影響了光合作用的哪個反應？又是怎樣影響光合作用速率的？

④溫度是直接影響光合作用的速率的嗎？它是怎樣影響光合作用速率的？

以上問題串，不僅引導學生進一步觀察研究了光合作用的過程，加深了學生對“光合作用的過程”的理解，而且為引導組織學生提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說構(gòu)建相關(guān)的數(shù)學模型奠定了認知基礎。

2. 在思維探究的基礎上，引導組織學生構(gòu)建數(shù)學模型，提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說

以以下問題串，引導學生深刻思維，提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說，建構(gòu)相關(guān)的數(shù)學模型。

“建構(gòu)‘環(huán)境因素影響光合作用速率的方式的數(shù)學模型假說”問題串：

（1）隨著光照強度的增強，光合作用速率能無限增強嗎？為什么？你能“以光照強度為橫坐標，以光合作用速率為縱坐標”，畫出光照強度影響光合作用速率的坐標圖嗎？

（2）隨著外界CO2濃度的增加，光合作用速率能無限增強嗎？為什么？你能“以CO2濃度為橫坐標，以光合作用速率為縱坐標”，畫出CO2濃度影響光合作用速率的坐標圖嗎？

（3）溫度如何影響酶的活性？溫度如何影響光合作用速率？你能“以溫度為橫坐標，以光合作用速率為縱坐標”，畫出溫度影響光合作用速率的坐標圖嗎？

通過對以上問題的討論回答，以及師生之間對答案的交流評價，學生能正確地畫出“光照強度影響光合作用速率的坐標圖”“CO2濃度影響光合作用速率的坐標圖”“溫度影響光合作用速率的坐標圖”，亦即“‘提出影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說，建構(gòu)了相關(guān)數(shù)學模型”。

二、組織引導學生在假說基礎上，預期“探究光照強弱對光合作用強度的影響”實驗的結(jié)果

1. 組織引導學生學習“探究光照強弱對光合作用強度的影響”實驗

引導學生深刻學習的重要相關(guān)問題串：

（1）本實驗的目的是什么？（2）自變量是什么？本實驗是怎樣控制自變量的改變的？（3）因變量是什么？以什么為觀察指標，捕捉因變量的變化？

2. 以問題串引導組織學生預期實驗結(jié)果

相關(guān)問題串：

依據(jù)“光照強度影響光合作用速率的數(shù)學模型”假說，回答下列問題：

（1）隨著光源逐漸靠近植物，光照強度會怎樣變化？

（2）光源越近，光合作用速率應該怎樣變化？

（3）隨著光源逐漸靠近植物，單位時間浮起的葉片數(shù)量應該如何變化？

在以上問題串的引導下，學生只能預期出一個唯一的實驗結(jié)果，即“隨著光源逐漸靠近植物，單位時間浮起的葉片數(shù)量應該越來越多”。

3. 組織學生實施“探究光照強弱對光合作用強度的影響”實驗，確認“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說的正確性、科學性

4. 組織學生課外設計實施“探究CO2濃度對光合作用強度的影響”“探究溫度對光合作用強度的影響”實驗，確認“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說的正確性、科學性

三、教學反思

《生物課程標準》對“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的要求是知識目標中的“應用”水平。要達到“應用”水平的教學，必須引發(fā)學生的深刻思維，引導學生自主地建構(gòu)知識。本部分教學，以層層深入的問題串，組織引導學生思維探究、實驗探究；教學邏輯程序上“假說——演繹”。這樣的教學策略，不僅可以使學生通過深刻思維，獲得可以解決實踐問題的知識，進一步加深對光合作用原理的理解，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力和建構(gòu)數(shù)學模型的能力。學生因此親歷“假說——演繹”的過程，也能受到科學研究方法的教育。

由于引導學生探究的問題串在邏輯上有層層遞進的關(guān)系，在問題階梯的跨度設計上符合學生的認知水平，經(jīng)過教師的精心組織引導，教學中，學生不斷體驗到成功的喜悅。這種連續(xù)不斷的成功喜悅，不僅激發(fā)了學生進一步探究的欲望，更培養(yǎng)了學生進一步學習生物其他科學知識的興趣。

（河南省洛陽市第三中學）