貫徹邏輯思維的高中生物學教學過程

彭凱

[摘要] 生物學教學涉及理論掌握、實驗操作，每一環都與客觀事實、真理緊緊相扣，所以在教學中貫徹邏輯思維的培養，能很好地幫助培養學生的理解能力和科學探究能力。以“能量之源—光與光合作用”一節內容為例，緊扣科學探究的基本原則，讓學生連貫性地掌握光合作用的探究過程，在邏輯思維上形成流暢的探究線。

[關鍵詞] 邏輯思維;光合作用;高中生物學;光反應;暗反應

聯合國教科文組織發表的《教科文組織理科教師手冊》內容顯示，近50個國家500多位教育家強調的最重要的教育目標，總共有16項內容。對這16項教育目標的重要性進行先后排序，其中幫助學生邏輯思維能力發展的目標位居第二。可見，在教學中培養學生的邏輯思維能力是非常重要的。高中生物學是一門基礎性學科，《普通高中生物學課程標準（2017年版）》倡導探究性學習，旨在提升學生的核心素養，在教學過程中培養學生的科學思維和科學能力。在此，將邏輯思維貫穿課堂教學過程，更好地幫助學生掌握知識內容、培養學習能力。

一、關聯所學，要點明晰

前面已經學習過細胞呼吸，知道了細胞呼吸的本質是分解有機物，并將儲存在有機物中穩定的化學能釋放出來合成ATP，為細胞中的生命活動提供能量。啟發學生思考：有機物是如何產生的？根據能量守恒原則，有機物中的化學能從何而來？通過思考這兩個問題，逐步引導學生回憶起初中掌握的綠色植物光合作用的內容，回答出有機物是由光合作用產生的，并認知到儲存在有機物中的化學能是由光能轉化而來的。此外，要探究光合作用的能量轉換過程，需要回顧細胞器譯介教學中有關葉綠體的內容，進而引導學生的思維轉向類囊體薄膜上的色素，認識到光合作用與色素有著重要的關系。

[設計意圖]通過回顧本節內容前面的知識，讓學生一步步深入思考能量和物質的來源，追根溯源，逐漸進入本節探究的內容“能量之源—光與光合作用”。從光合作用的概念，引入葉綠體的功能，讓學生對葉綠體的結構產生濃厚的興趣，回憶鞏固前面學習的葉綠體相關的內容，將前面一筆帶過的色素重新提到關注點，進一步探究色素的相關內容，引出色素提取和分離的實驗。

二、實驗教學，引問而探

1.色素提取

原理：綠葉中的色素能溶解在無水乙醇、丙酮等有機溶劑中。

實驗步驟：

（1）取材：稱取5 g新鮮綠葉，剪碎，放入研缽中。

（2）研磨：將氧化硅、碳酸鈣放入無水乙醇溶液中進行充分研磨。

（3）過濾：漏斗基部放一塊單層尼龍布，將研磨液迅速倒入漏斗中進行過濾。

（4）收集：用小試管收集色素濾液，及時將試管口用棉塞塞緊。

2.色素分離

原理：不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨著層析液在濾紙上擴散快，反之則慢。這樣，綠葉中的色素就會隨著層析液在濾紙上的擴散而分離開。

實驗步驟：

（1）制備濾紙條。將干燥的定性濾紙剪成略小于試管長與直徑的濾紙條，并剪去濾紙條一端的兩個角;在距離剪角一端1 cm處用鉛筆畫一條細的橫線。

（2）畫濾液細線。用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫一條直的濾液細線;待濾液干后，再重復畫一兩次。

（3）色素分離。將適量的層析液倒入試管（或燒杯）中;將濾紙條（有濾液細線的一端朝下）輕輕插入層析液中;用棉塞塞緊試管口。

（4）觀察現象。濾紙條上出現四條寬度、顏色不同的色素帶。

[設計意圖]課本上的實驗在閱讀之后，會讓人覺得復雜無頭緒，并且并不理解其中的原理和具體情況。通過將探究色素的實驗分成提取和分離，按照一定的探究邏輯，讓學生一步步探究關于色素的內容，并將抽象復雜的知識通過實驗具體化，讓學生感受到前面出現頻率較高的色素這種物質可以通過實驗而取得，并且能夠理解消化，更提升學生的科學思維和探究能力。

3.色素相關內容鋪陳

通過色素的提取和分離，能從濾紙條上觀察到色素的具體情況：色素在層析液中溶解度的高低，致使在濾紙條上出現不同高低的色素帶;色素的含量不同，致使濾紙條上出現不同寬度的色素帶。

根據不同色素的顏色、含量，引發學生思考。正由于葉綠素a和葉綠色b的含量最多，且它們是藍綠色和黃綠色，所以葉子呈現出來的是綠色的。通過此知識往后延伸，當天秋天來臨的時候，葉綠色不斷分解，葉綠素含量降低，葉子呈現的便是類胡蘿卜素的顏色，即葉子泛黃。在天氣寒冷的時候，人類需要補充能量，植物同樣需要補充有機物，于是在植物體內聚集了可溶性的糖，而可溶性的糖又轉化成了花青素，所以葉子變紅。

色素并非只有它的物理作用，向外界展現出它的顏色有更重要的作用，即在光合作用里面起到的重要作用：吸收—傳遞—轉化光能。色素能夠吸收和轉化光能，這兩點很容易理解，但對于學生來說，色素有傳遞光能這一功能，還是比較費解的。通過幾種色素的內容，向學生介紹傳遞的概念。

[設計意圖]通過解決日常生活中學生的疑惑，讓他們更加堅信色素的內部變化引起了客觀的現象，并且抓住了學生的好奇心和求知欲，引入色素的相關內容，讓學生理解色素的功能，為前面光合作用如何轉化光能并生成有機物提供了一個階段性的答案。

三、史學探秘，延展思維

通過一個個科學探究史，不斷填滿光合作用反應的材料、條件、產物，讓學生理解探究歷程，并更加深刻地理解每一種物質的參與緣由。

教師說明Van Helmont的實驗過程，即將一株2.3 kg

的小柳樹種植在98.8 kg的干土中，用雨水澆灌五年，長成重76.7 kg的植株，而土壤減輕0.1 kg，由此得出結論植物是從水中取得生長所需的物質的。此時，教師可以在板書中填補光合作用化學反應式中的反應物H2O。緊接著通過1771年的普利斯特利實驗，引導學生得出結論：植物可更新空氣。順著科學史的進程展示1779年英格豪斯實驗，進而說明只有在陽光下，綠葉才能更新空氣，并填補光合作用化學反應式，反應條件需要在光照下。然后，教師引入1785年化學家發現空氣的組成，人們明確了綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳。再根據能量轉化與守恒定律提示學生，植物進行光合作用時，把光能轉化成化學能儲存起來。最后，用1864年薩克斯實驗說明結論：綠色葉片光合作用產生了淀粉。如此一來，填充完善光合作用反應式。

[設計意圖]通過回顧科學史，運用填補法讓學生慢慢掌握本節課的重點內容——光合作用的過程。這樣對于光合作用的具體反應過程和步驟學生就能清楚理解，更好地掌握本節的重難點內容。

四、反應解析，深度理解

通過科學史的探究，學生已經掌握了光合作用的化學反應式。此時，引導學生回顧細胞呼吸的過程，不僅掌握細胞呼吸的化學反應式，更通過具體反應階段掌握反應式中元素的來源與去路。這樣，在光合作用之中，學生會好奇我們所探究出來的反應式中各元素的來源和去路，并且也想探究光合作用是否分步驟進行。

引入材料：魯濱和卡門利用同位素標記法，發現了光合作用釋放的O2來自水。通過魯濱和卡門的實驗，我們找到了O2的來源，并通過該過程掌握光合作用產生O2的光反應階段，了解相關的知識內容。通過這個突破口，結合光合作用反應式，我們能推算出每一種元素的來源和去路。通過氧元素的同位素標記法掌握氧元素的轉換過程，引導學生對其他元素轉換過程產生濃厚的興趣，并進一步探究。最后，引入20世紀40年代卡爾文實驗，說明卡爾文循環的過程，用14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，而后追蹤檢測其放射性，使學生掌握光合作用的暗反應階段。

[設計意圖]以光合作用方程式入手，探究元素的來源與去路，并一步一步揭開光合作用的兩個階段。光合作用的過程一直都是高中必修一的重點難點內容，如果能讓學生從邏輯出發，深刻掌握整個反應過程，便能更好地理解相關內容。

光合作用是人教版教材必修一的重點內容，前面是細胞呼吸的相關內容，學生了解了生物體內能量的轉化。通過前因后果一點一點擊破，讓學生立刻轉換到生物體內能量的來源，并通過已有知識不斷回憶與光合作用有關的內容，從而引入葉綠體的內容、色素的提取和分離實驗，探究色素的功能，然后又引入探究光合作用的具體內容。通過知識點的環環相扣，不斷解釋前面的內容，并更新內容，讓學生在學習重難點內容的過程中有清晰的思路，有明確的思維，這樣才能更好地掌握學習內容。

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