贯彻逻辑思维的高中生物学教学过程

彭凯

[摘要] 生物学教学涉及理论掌握、实验操作，每一环都与客观事实、真理紧紧相扣，所以在教学中贯彻逻辑思维的培养，能很好地帮助培养学生的理解能力和科学探究能力。以“能量之源—光与光合作用”一节内容为例，紧扣科学探究的基本原则，让学生连贯性地掌握光合作用的探究过程，在逻辑思维上形成流畅的探究线。

[关键词] 逻辑思维;光合作用;高中生物学;光反应;暗反应

联合国教科文组织发表的《教科文组织理科教师手册》内容显示，近50个国家500多位教育家强调的最重要的教育目标，总共有16项内容。对这16项教育目标的重要性进行先后排序，其中帮助学生逻辑思维能力发展的目标位居第二。可见，在教学中培养学生的逻辑思维能力是非常重要的。高中生物学是一门基础性学科，《普通高中生物学课程标准（2017年版）》倡导探究性学习，旨在提升学生的核心素养，在教学过程中培养学生的科学思维和科学能力。在此，将逻辑思维贯穿课堂教学过程，更好地帮助学生掌握知识内容、培养学习能力。

一、关联所学，要点明晰

前面已经学习过细胞呼吸，知道了细胞呼吸的本质是分解有机物，并将储存在有机物中稳定的化学能释放出来合成ATP，为细胞中的生命活动提供能量。启发学生思考：有机物是如何产生的？根据能量守恒原则，有机物中的化学能从何而来？通过思考这两个问题，逐步引导学生回忆起初中掌握的绿色植物光合作用的内容，回答出有机物是由光合作用产生的，并认知到储存在有机物中的化学能是由光能转化而来的。此外，要探究光合作用的能量转换过程，需要回顾细胞器译介教学中有关叶绿体的内容，进而引导学生的思维转向类囊体薄膜上的色素，认识到光合作用与色素有着重要的关系。

[设计意图]通过回顾本节内容前面的知识，让学生一步步深入思考能量和物质的来源，追根溯源，逐渐进入本节探究的内容“能量之源—光与光合作用”。从光合作用的概念，引入叶绿体的功能，让学生对叶绿体的结构产生浓厚的兴趣，回忆巩固前面学习的叶绿体相关的内容，将前面一笔带过的色素重新提到关注点，进一步探究色素的相关内容，引出色素提取和分离的实验。

二、实验教学，引问而探

1.色素提取

原理：绿叶中的色素能溶解在无水乙醇、丙酮等有机溶剂中。

实验步骤：

（1）取材：称取5 g新鲜绿叶，剪碎，放入研钵中。

（2）研磨：将氧化硅、碳酸钙放入无水乙醇溶液中进行充分研磨。

（3）过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入漏斗中进行过滤。

（4）收集：用小试管收集色素滤液，及时将试管口用棉塞塞紧。

2.色素分离

原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随着层析液在滤纸上扩散快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。

实验步骤：

（1）制备滤纸条。将干燥的定性滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条，并剪去滤纸条一端的两个角;在距离剪角一端1 cm处用铅笔画一条细的横线。

（2）画滤液细线。用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画一条直的滤液细线;待滤液干后，再重复画一两次。

（3）色素分离。将适量的层析液倒入试管（或烧杯）中;将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中;用棉塞塞紧试管口。

（4）观察现象。滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的色素带。

[设计意图]课本上的实验在阅读之后，会让人觉得复杂无头绪，并且并不理解其中的原理和具体情况。通过将探究色素的实验分成提取和分离，按照一定的探究逻辑，让学生一步步探究关于色素的内容，并将抽象复杂的知识通过实验具体化，让学生感受到前面出现频率较高的色素这种物质可以通过实验而取得，并且能够理解消化，更提升学生的科学思维和探究能力。

3.色素相关内容铺陈

通过色素的提取和分离，能从滤纸条上观察到色素的具体情况：色素在层析液中溶解度的高低，致使在滤纸条上出现不同高低的色素带;色素的含量不同，致使滤纸条上出现不同宽度的色素带。

根据不同色素的颜色、含量，引发学生思考。正由于叶绿素a和叶绿色b的含量最多，且它们是蓝绿色和黄绿色，所以叶子呈现出来的是绿色的。通过此知识往后延伸，当天秋天来临的时候，葉绿色不断分解，叶绿素含量降低，叶子呈现的便是类胡萝卜素的颜色，即叶子泛黄。在天气寒冷的时候，人类需要补充能量，植物同样需要补充有机物，于是在植物体内聚集了可溶性的糖，而可溶性的糖又转化成了花青素，所以叶子变红。

色素并非只有它的物理作用，向外界展现出它的颜色有更重要的作用，即在光合作用里面起到的重要作用：吸收—传递—转化光能。色素能够吸收和转化光能，这两点很容易理解，但对于学生来说，色素有传递光能这一功能，还是比较费解的。通过几种色素的内容，向学生介绍传递的概念。

[设计意图]通过解决日常生活中学生的疑惑，让他们更加坚信色素的内部变化引起了客观的现象，并且抓住了学生的好奇心和求知欲，引入色素的相关内容，让学生理解色素的功能，为前面光合作用如何转化光能并生成有机物提供了一个阶段性的答案。

三、史学探秘，延展思维

通过一个个科学探究史，不断填满光合作用反应的材料、条件、产物，让学生理解探究历程，并更加深刻地理解每一种物质的参与缘由。

教师说明Van Helmont的实验过程，即将一株2.3 kg

的小柳树种植在98.8 kg的干土中，用雨水浇灌五年，长成重76.7 kg的植株，而土壤减轻0.1 kg，由此得出结论植物是从水中取得生长所需的物质的。此时，教师可以在板书中填补光合作用化学反应式中的反应物H2O。紧接着通过1771年的普利斯特利实验，引导学生得出结论：植物可更新空气。顺着科学史的进程展示1779年英格豪斯实验，进而说明只有在阳光下，绿叶才能更新空气，并填补光合作用化学反应式，反应条件需要在光照下。然后，教师引入1785年化学家发现空气的组成，人们明确了绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。再根据能量转化与守恒定律提示学生，植物进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来。最后，用1864年萨克斯实验说明结论：绿色叶片光合作用产生了淀粉。如此一来，填充完善光合作用反应式。

[设计意图]通过回顾科学史，运用填补法让学生慢慢掌握本节课的重点内容——光合作用的过程。这样对于光合作用的具体反应过程和步骤学生就能清楚理解，更好地掌握本节的重难点内容。

四、反应解析，深度理解

通过科学史的探究，学生已经掌握了光合作用的化学反应式。此时，引导学生回顾细胞呼吸的过程，不仅掌握细胞呼吸的化学反应式，更通过具体反应阶段掌握反应式中元素的来源与去路。这样，在光合作用之中，学生会好奇我们所探究出来的反应式中各元素的来源和去路，并且也想探究光合作用是否分步骤进行。

引入材料：鲁滨和卡门利用同位素标记法，发现了光合作用释放的O2来自水。通过鲁滨和卡门的实验，我们找到了O2的来源，并通过该过程掌握光合作用产生O2的光反应阶段，了解相关的知识内容。通过这个突破口，结合光合作用反应式，我们能推算出每一种元素的来源和去路。通过氧元素的同位素标记法掌握氧元素的转换过程，引导学生对其他元素转换过程产生浓厚的兴趣，并进一步探究。最后，引入20世纪40年代卡尔文实验，说明卡尔文循环的过程，用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，而后追踪检测其放射性，使学生掌握光合作用的暗反应阶段。

[设计意图]以光合作用方程式入手，探究元素的来源与去路，并一步一步揭开光合作用的两个阶段。光合作用的过程一直都是高中必修一的重点难点内容，如果能让学生从逻辑出发，深刻掌握整个反应过程，便能更好地理解相关内容。

光合作用是人教版教材必修一的重点内容，前面是细胞呼吸的相关内容，学生了解了生物体内能量的转化。通过前因后果一点一点击破，让学生立刻转换到生物体内能量的来源，并通过已有知识不断回忆与光合作用有关的内容，從而引入叶绿体的内容、色素的提取和分离实验，探究色素的功能，然后又引入探究光合作用的具体内容。通过知识点的环环相扣，不断解释前面的内容，并更新内容，让学生在学习重难点内容的过程中有清晰的思路，有明确的思维，这样才能更好地掌握学习内容。

[参考文献]

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[2]刘恩山，刘晟.核心素养作引领  注重实践少而精——《普通高中生物学课程标准》修订思路与特色[J].生物学通报，2017，52（08）：8-11.

[3]古杏艳.高中生物教学中逻辑思维能力培养现状及对策[D].西华师范大学，2017.