學生全程參與的“光合作用”系列實驗教學創新研究

黃麗敏

[摘? ?要]在勢科學理論的指導下，引導學生全程參與“綠葉在光下制造有機物”“二氧化碳是光合作用必需的原料嗎”“光合作用產生氧氣”三個實驗的設計與實施，讓學生親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程，培養學生的創新精神和實踐能力。

[關鍵詞]全程參與;光合作用;實驗教學;創新

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）17-0009-02

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學。勢科學理論認為，科學在發展過程中總是不斷地在更廣泛的事物中找到新的內在的聯系，總是在更深的層次上用更少的和更基本的理論將差別更大的事物聯系起來，因而科學總是不斷地造就著越來越強大的信息勢。在勢科學理論的指導下，筆者引導學生全程參與“綠葉在光下制造有機物”“二氧化碳是光合作用必需的原料嗎”“光合作用產生氧氣”三個實驗的設計與實施，意圖通過實施“差別大，聯系緊”的創新教學，讓學生親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程，培養學生的創新精神和實踐能力。

一、實驗調查表引導學生自主設計實驗

學生在小學科學課中已學過光合作用的概念，但對光合作用了解得不夠深入。人教版生物教材中關于光合作用的三個實驗分布在不同的章節，跳躍性大，缺乏連貫性，特別是“二氧化碳是光合作用的必需原料嗎”是一個要求學生獨立設計并完成的實驗探究活動，教材中沒有提供可參考的實驗方案，具有很大的開放性，實施難度很大。而七年級學生思維比較活躍，形象思維發達，對新奇未知事物有強烈的求知欲，但抽象思維欠缺，獨立探究的能力不是很強。為了激發學生的好奇心與求知欲，培養學生的情感勢，筆者調整了教材的教學順序，先利用科學家關于光合作用的研究和光合作用的反應式，引導學生分析光合作用的原料、條件和產物，帶領學生回顧光合作用的相關知識，然后用逆推的方式引導學生設計探究性實驗，將三個實驗進行整合，用實驗的方法驗證光合作用，揭示光合作用的實質。

考慮到學生實驗設計能力水平參差不齊，筆者先發放了實驗調查表，引導學生自主設計實驗，然后告訴學生：“老師會幫助大家分析實驗設計方案的合理性與可行性，請大家放心表達自己的設計思路。”實驗調查表如表1所示。

二、實驗設計分析幫助學生創新開展實驗

根據實驗調查表，筆者首先帶領學生研究實驗材料。教材中“綠葉在光下制造有機物”這一實驗所選的實驗材料是植物天竺葵，它并不是本地植物，在學生的日常生活中并不常見，學生不熟悉，幾乎都不會選它。事實上，根據教學進度該實驗的開展時間是冬季，溫度不適宜天竺葵的生長，因此在附近的花店，甚至大型花鳥市場中都很難買到，而且天竺葵的葉子較厚且較大，有味道，在酒精脫色環節需要用較長的時間。基于此，筆者在往屆的教學中也沒有選擇天竺葵來做這個實驗。

通過選用學生提交的調查表里提到的植物進行預實驗，最終選取了薄荷、藿香薊、酢漿草、花葉假連翹等作為實驗植物。薄荷有很高的藥用和食用等方面的價值，且味道沁人心脾，深受人們的喜愛，它種植面廣，很多學生家里就有種植，因此他們對薄荷都非常熟悉;藿香薊生長在山谷、山坡林下或林緣、河邊或山坡草地、田邊或荒地上，由低海拔到海拔2800米的地區都有分布，校園和路邊就有;酢漿草由于葉片有三瓣，外形可愛，被學生稱為“三葉草”，校園花圃中處處可見它的蹤影;花葉假連翹產自墨西哥和巴西，中國南方廣為栽培，生長快，耐修剪，多種植于草坪或與其他樹種搭配，也可做綠籬，還可與其他彩色植物組成模紋花壇，因此在學生居住的小區花圃或校園旁邊的小公園中均可見到，其葉片有綠色和白色部分，可用于驗證葉綠體在光合作用中的作用。預實驗結果表明，選取的實驗植物葉片較薄，酒精脫色的時間就會大大減少，大大提高了學生的探究興趣和求知欲望。

通過自主設計實驗方案，學生發現驗證光合作用的原料是二氧化碳和水、綠色植物光合作用需要光，產生的淀粉都需要進行暗處理、酒精脫色、碘液染色。為了合理利用資源和節省實驗時間，這三個實驗可以同時進行。綜合學生的實驗設計方案，把光合作用的驗證性實驗改進成用各組選擇的植物分組驗證光合作用的原料、條件和產物，并用金魚藻按照教材中的實驗方案驗證光合作用釋放氧氣。具體改進如下：

各小組把各自或從家里帶來或購買或從校園中挖取的植物放進鐵柜里一晝夜進行暗處理。某些小組用黑卡紙對部分葉片進行一半遮光、一半不遮光處理;某些小組分別在小密封袋中裝入2毫升NaOH溶液和清水，使NaOH溶液和清水在小密封袋的底部（由于NaOH具有腐蝕性，此操作由實驗室老師幫忙完成），讓密封口卡住其中一片葉子的葉柄，拉上密封口;某些小組把其中一片葉子的中主葉脈切斷，其他葉子不做處理;某些小組把金魚藻放在錐形瓶中加滿1%的NaHCO3溶液，用帶有玻璃（玻璃管一端插入水中，另一端露在外面）的橡皮塞塞住瓶口;利用花葉假連翹進行實驗的小組不需要對植物葉片進行處理。太陽光照2～3小時后各組把處理過的葉片放入小燒杯的酒精中水浴加熱脫色。為了縮短脫色時間，節省資源，避免發生危險，教師利用電磁爐代替酒精燈，用鍋代替大燒杯進行實驗。為了讓學生對酒精的作用理解得更充分，教師特意摘一片不做任何處理的薄荷葉放入裝有水的大燒杯中一起加熱，引導學生注意觀察加熱過程中葉片顏色的變化，待酒精中的葉片變成黃白色后，各組把葉片夾起清洗后放在培養皿上，滴加碘液染色，拍照上傳本小組的實驗結果。各小組在暗處理后對葉片的處理如圖1所示。

三、智慧平臺展示助力學生表達、交流實驗結果

在實驗調查表中，學生選擇了自己感興趣的內容進行實驗設計，所以并不是每個學生都設計了全部三個實驗。為此，實驗結果的表達與交流對本節課非常重要。筆者所在的廣州開發區中學作為首批廣州市智慧教育體系建設試點學校之一，很早就開啟了“全效共振+智能平板”的智慧校園模式，該模式引進“暢言智慧課堂平臺”完成課堂教學、教學管理、教學數據的收集和后期應用。本節課中，筆者就利用“暢言智慧課堂平臺”的功能開展教學，先是利用“實物展臺功能”現場直播各小組不同的實驗材料及方法;然后利用“智慧課堂互動平臺”讓各組把本組的實驗結果拍照上傳，同時快速展示各組的探究成果，讓各組的實驗結果變得更直觀，更有利于教師評價和小組互評。在此基礎上，筆者用問題引導學生分析暗處理、部分遮光、酒精隔水加熱的目的，分析實驗過程中哪兩片葉子的處理可以作為對照組，變量是什么，根據實驗結果可以得出什么結論。同時，筆者在每一個教學環節中都利用暢言智慧課堂平臺的“PK板”功能對各小組的實驗情況進行評價。圖2為部分實驗結果及課堂互動情景。通過展示、討論、分析和及時評價，光合作用的實質變得顯而易見。

在勢科學理論的指導下，筆者帶領學生將光合作用的三個相關實驗進行整合，意在能形成強大的教育信息勢，幫助學生有效構建生物學知識框架，形成科學思維方式，提升解決生活實際問題的能力，形成科學價值觀以及創新精神和實踐能力。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 李德昌.勢科學與現代教育[J].西安交通大學學報（社會科學版），2007 （2）：84-92+96.

[2]? 李德昌，張守鳳.創新機制與時代創新：勢科學與教育學理論研究之十一[J].教學研究， 2013（5）：5-9+123.

（責任編輯 黃春香）