核心素养视角下的高中生物探究性实验教学设计——以“探究环境因素对光合作用的影响”为例

刘闪闪

（宁波市鄞州中学 浙江宁波 315100）

实验是高中生物学的基础，能培养学生组装实验装置、提出科学问题、设计实验、科学探究的能力，不仅是教学目标的要求，更是激发学生建立生命观念、培养科学思维、进行科学探究和承担社会责任的重要途径，是提高学生的生物学学科核心素养的需求。

1 教材分析及设计思路

“探究环境因素对光合作用的影响”是浙科版高中生物《必修1·分子与细胞》第三章第五节的内容，在《浙江省普通高中学科教学指导意见》中属于“基本要求”水平的知识。因此，在教学时，教师要注重运用提出问题、做出假设、控制变量等科学探究方法，引导学生设计单因子对照实验方案。笔者首先以宁波市旅游景区天宫庄园为切入点，吸引学生学习的兴趣，引导学生分析影响光合作用的环境因素；然后，提供实验材料和设备，以小组为单位展开讨论，设计探究性实验方案，由小组代表组装实验装置，讲解实验方案，指出优点和不足；最后，进行课堂小结，并鼓励学生进行深度探究。

2 教学目标

（1）分析影响光合作用的环境因素，建立生命观念；

（2）明确自变量、因变量、控制无关变量，探究环境因素对光合作用的影响，进行科学探究；

（3）体验科学探究的基本过程，提出科学问题，确立合理的实验方法，培养科学思维；

（4）确立关爱自然、热爱生命、爱护身边的花草树木的责任意识，承担社会责任。

3 学情分析

本次探究活动是在学习了光合作用的光反应和碳反应具体过程之后进行的，学生对光合作用的原理、物质变化和能量变化已有一定的理解和掌握。活动中用到的黑藻、广口瓶、台灯等也是学生熟悉的。初中时学生曾接触过用天竺葵为实验材料检测光合作用的产物的实验，已具备一定的实验操作技能和实验探究能力，但控制变量、设计单因子对照实验进行科学探究的思维尚不成熟。

4 教学过程

4.1 天宫庄园游园情境，激发学生探究兴趣

教师展示宁波市天宫庄园图片，并提出问题:在开始探究活动之前，让我们一起放飞思绪来到美丽的天宫庄园。有没有同学已经去过这里?这里有400多种植物，共7个分区。不同分区的植物生长条件有很大差异。如何进行环境条件的调控才能让400多种植物共同生长在天宫庄园里呢？关键就在于智能化庄园的中控系统。如果把这个调控权限交给你，你能否利用所学的光合作用的原理进行环境条件的调控呢？

4.2 分析影响光合作用的环境因素

教师提出问题:根据前面我们已经学习过的光合作用的光反应和碳反应的过程，大家分析一下，影响光合作用的环境因素可能有哪些？

学生在教师的引导下讨论、分析，明确了影响光合作用的环境因素有光照、温度、二氧化碳、水分、矿质元素等。

4.3 探究环境因素对光合作用的影响

教师提供实验材料:黑藻，台灯，碳酸氢钠（在一定时间内可较稳定地提供二氧化碳），水，带弯管的广口玻璃瓶，红墨水，钥匙，玻璃棒。学生以小组为单位设计实验，探究某一环境因素对光合作用的影响，并在学案上绘出装置简图。教师请代表小组到讲台上组装实验装置。

教师引导学生思考:

（1）组装该实验装置的目的是什么？

（2）遇到了哪些问题，如何解决的？

（3）实验的自变量是什么？如何改变自变量？

（4）实验的因变量是什么？如何检测因变量？

（5）实验的无关变量是什么?如何控制无关变量？

学生讨论后明确实验目的:探究光照强度对光合作用的影响。学生将红墨水装入弯管中有困难。教师提示:将弯管倒立，把红墨水加入较短一端玻璃管，用手指堵住另一端插入广口瓶后再松手。自变量是光照强度，通过旋转按钮调控光照强度的档位来调控光照强度，还可以对不同组用不同数目的台灯数或改变台灯到装置的距离来控制光照强度。因变量是光合作用的强度。检测指标是单位时间内氧气的释放量，通过检测红色液滴的移动来体现。无关变量有温度、CO2浓度、水分等，应保证无关变量相同且适宜。

教师:单位时间内氧气的释放量与生成量有何区别？还可以检测其他的指标吗?

学生:氧气的生成量有一部分用于细胞呼吸作用，单位时间内氧气的释放量表示净光合速率。本实验还可以检测单位时间内淀粉的积累量。

教师:如果要检测单位时间内淀粉的积累量，必须要排除植株本身淀粉的干扰，如何排除植物本身淀粉的干扰呢？

学生:黑暗条件下进行饥饿处理。

教师:因此如果要检测淀粉的积累量，操作会比较麻烦，本实验中我们检测单位时间内氧气的释放量。

教师提供更多的实验材料:黑藻，100W聚光灯，碳酸氢钠（为光合作用提供二氧化碳），水，冰块，精密pH试纸（可以测定在密闭系统中植物经光合作用后溶液pH的改变，推算出CO2浓度的变化），温度计，不同颜色的玻璃纸，带弯管的广口玻璃瓶，红墨水，大烧杯。并提出问题:还可以探究哪些环境因素对光合作用的影响？实验中自变量是什么？如何控制自变量？因变量是什么？如何检测因变量？如何控制无关变量？

学生小组讨论，设定了温度、CO2浓度、光质对光合作用影响的单因子对照实验。教师展示学生设计成果，引导学生分析实验的自变量、因变量、检测指标、无关变量，总结实验中的问题及改进方法。

4.4 课堂小结

教师总结:影响光合作用的因素还有很多，如pH、色素含量、声波等，除了环境因素还有遗传因素、不同的植株、同一株不同的部位、同一部位不同的生长阶段其光合作用都不同。如何探究pH、色素含量、声波等对光合作用的影响？为什么植物只能吸收可见光？能否从基因的水平上进行调控？全球变暖为什么会使农业生产能力下降？同学们课后进一步思考与探究。光合作用的结果不仅给人们带来了很多美食，也给人们带来了非常多的视觉盛宴，我们应主动承担关爱自然、热爱生命、爱护身边的花草树木的社会责任。

4.5 巩固练习

以2017年11月浙江生物选考30题为例，巩固练习。

5 核心素养视角下探究性实验教学的几点思考

5.1 创设贴近生活的教学情境

本教学设计中，教师由天宫庄园游园情境引入，首先展示天宫庄园内代表性的植物并介绍它们具有明显差异的生活条件，然后揭示不同温度带的植物共同生长在天宫庄园的奥秘，引导学生分析影响光合作用的环境因素，激发学生进行探究活动的积极性。

5.2 科学态度的渗透

本教学设计通过对实验设计中相关细节问题的讨论分析，让学生明白实验设计中应把握实验的整体性并注意实验中的细节性，培养学生科学严谨、求真求实的科学态度。

5.3 科学探究能力的培养

本教学设计中在分析了影响光合作用的环境因素的基础上，教师向学生提供实验材料，让学生以小组为单位进行讨论，在明确实验目的、自变量、因变量、无关变量及检测指标的基础上，组装实验装置，培养科学探究能力。