学生全程参与的“光合作用”系列实验教学创新研究

黄丽敏

[摘   要]在势科学理论的指导下，引导学生全程参与“绿叶在光下制造有机物”“二氧化碳是光合作用必需的原料吗”“光合作用产生氧气”三个实验的设计与实施，让学生亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程，培养学生的创新精神和实践能力。

[关键词]全程参与;光合作用;实验教学;创新

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）17-0009-02

生物学是一门以实验为基础的自然科学。势科学理论认为，科学在发展过程中总是不断地在更广泛的事物中找到新的内在的联系，总是在更深的层次上用更少的和更基本的理论将差别更大的事物联系起来，因而科学总是不断地造就着越来越强大的信息势。在势科学理论的指导下，笔者引导学生全程参与“绿叶在光下制造有机物”“二氧化碳是光合作用必需的原料吗”“光合作用产生氧气”三个实验的设计与实施，意图通过实施“差别大，联系紧”的创新教学，让学生亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程，培养学生的创新精神和实践能力。

一、实验调查表引导学生自主设计实验

学生在小学科学课中已学过光合作用的概念，但对光合作用了解得不够深入。人教版生物教材中关于光合作用的三个实验分布在不同的章节，跳跃性大，缺乏连贯性，特别是“二氧化碳是光合作用的必需原料吗”是一个要求学生独立设计并完成的实验探究活动，教材中没有提供可参考的实验方案，具有很大的开放性，实施难度很大。而七年级学生思维比较活跃，形象思维发达，对新奇未知事物有强烈的求知欲，但抽象思维欠缺，独立探究的能力不是很强。为了激发学生的好奇心与求知欲，培养学生的情感势，笔者调整了教材的教学顺序，先利用科学家关于光合作用的研究和光合作用的反应式，引导学生分析光合作用的原料、条件和产物，带领学生回顾光合作用的相关知识，然后用逆推的方式引导学生设计探究性实验，将三个实验进行整合，用实验的方法验证光合作用，揭示光合作用的实质。

考虑到学生实验设计能力水平参差不齐，笔者先发放了实验调查表，引导学生自主设计实验，然后告诉学生：“老师会帮助大家分析实验设计方案的合理性与可行性，请大家放心表达自己的设计思路。”实验调查表如表1所示。

二、实验设计分析帮助学生创新开展实验

根据实验调查表，笔者首先带领学生研究实验材料。教材中“绿叶在光下制造有机物”这一实验所选的实验材料是植物天竺葵，它并不是本地植物，在学生的日常生活中并不常见，学生不熟悉，几乎都不会选它。事实上，根据教学进度该实验的开展时间是冬季，温度不适宜天竺葵的生长，因此在附近的花店，甚至大型花鸟市场中都很难买到，而且天竺葵的叶子较厚且较大，有味道，在酒精脱色环节需要用较长的时间。基于此，笔者在往届的教学中也没有选择天竺葵来做这个实验。

通过选用学生提交的调查表里提到的植物进行预实验，最终选取了薄荷、藿香蓟、酢浆草、花叶假连翘等作为实验植物。薄荷有很高的藥用和食用等方面的价值，且味道沁人心脾，深受人们的喜爱，它种植面广，很多学生家里就有种植，因此他们对薄荷都非常熟悉;藿香蓟生长在山谷、山坡林下或林缘、河边或山坡草地、田边或荒地上，由低海拔到海拔2800米的地区都有分布，校园和路边就有;酢浆草由于叶片有三瓣，外形可爱，被学生称为“三叶草”，校园花圃中处处可见它的踪影;花叶假连翘产自墨西哥和巴西，中国南方广为栽培，生长快，耐修剪，多种植于草坪或与其他树种搭配，也可做绿篱，还可与其他彩色植物组成模纹花坛，因此在学生居住的小区花圃或校园旁边的小公园中均可见到，其叶片有绿色和白色部分，可用于验证叶绿体在光合作用中的作用。预实验结果表明，选取的实验植物叶片较薄，酒精脱色的时间就会大大减少，大大提高了学生的探究兴趣和求知欲望。

通过自主设计实验方案，学生发现验证光合作用的原料是二氧化碳和水、绿色植物光合作用需要光，产生的淀粉都需要进行暗处理、酒精脱色、碘液染色。为了合理利用资源和节省实验时间，这三个实验可以同时进行。综合学生的实验设计方案，把光合作用的验证性实验改进成用各组选择的植物分组验证光合作用的原料、条件和产物，并用金鱼藻按照教材中的实验方案验证光合作用释放氧气。具体改进如下：

各小组把各自或从家里带来或购买或从校园中挖取的植物放进铁柜里一昼夜进行暗处理。某些小组用黑卡纸对部分叶片进行一半遮光、一半不遮光处理;某些小组分别在小密封袋中装入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具有腐蚀性，此操作由实验室老师帮忙完成），让密封口卡住其中一片叶子的叶柄，拉上密封口;某些小组把其中一片叶子的中主叶脉切断，其他叶子不做处理;某些小组把金鱼藻放在锥形瓶中加满1%的NaHCO3溶液，用带有玻璃（玻璃管一端插入水中，另一端露在外面）的橡皮塞塞住瓶口;利用花叶假连翘进行实验的小组不需要对植物叶片进行处理。太阳光照2～3小时后各组把处理过的叶片放入小烧杯的酒精中水浴加热脱色。为了缩短脱色时间，节省资源，避免发生危险，教师利用电磁炉代替酒精灯，用锅代替大烧杯进行实验。为了让学生对酒精的作用理解得更充分，教师特意摘一片不做任何处理的薄荷叶放入装有水的大烧杯中一起加热，引导学生注意观察加热过程中叶片颜色的变化，待酒精中的叶片变成黄白色后，各组把叶片夹起清洗后放在培养皿上，滴加碘液染色，拍照上传本小组的实验结果。各小组在暗处理后对叶片的处理如图1所示。

三、智慧平台展示助力学生表达、交流实验结果

在实验调查表中，学生选择了自己感兴趣的内容进行实验设计，所以并不是每个学生都设计了全部三个实验。为此，实验结果的表达与交流对本节课非常重要。笔者所在的广州开发区中学作为首批广州市智慧教育体系建设试点学校之一，很早就开启了“全效共振+智能平板”的智慧校园模式，该模式引进“畅言智慧课堂平台”完成课堂教学、教学管理、教学数据的收集和后期应用。本节课中，笔者就利用“畅言智慧课堂平台”的功能开展教学，先是利用“实物展台功能”现场直播各小组不同的实验材料及方法;然后利用“智慧课堂互动平台”让各组把本组的实验结果拍照上传，同时快速展示各组的探究成果，让各组的实验结果变得更直观，更有利于教师评价和小组互评。在此基础上，笔者用问题引导学生分析暗处理、部分遮光、酒精隔水加热的目的，分析实验过程中哪两片叶子的处理可以作为对照组，变量是什么，根据实验结果可以得出什么结论。同时，笔者在每一个教学环节中都利用畅言智慧课堂平台的“PK板”功能对各小组的实验情况进行评价。图2为部分实验结果及课堂互动情景。通过展示、讨论、分析和及时评价，光合作用的实质变得显而易见。

在势科学理论的指导下，笔者带领学生将光合作用的三个相关实验进行整合，意在能形成强大的教育信息势，帮助学生有效构建生物学知识框架，形成科学思维方式，提升解决生活实际问题的能力，形成科学价值观以及创新精神和实践能力。

[   参   考   文   献   ]

[1]  李德昌.势科学与现代教育[J].西安交通大学学报（社会科学版），2007 （2）：84-92+96.

[2]  李德昌，张守凤.创新机制与时代创新：势科学与教育学理论研究之十一[J].教学研究， 2013（5）：5-9+123.

（责任编辑 黄春香）