Transcript 光与光合作用教学思考
《能量之源—光与光合作用》 教学思考 四川省西北中学生物教研组 曾波涛 2010.11 一、教材分析 （一）本节教材在高中知识中的地位 本节内容不仅和初中教材中有关光合作用的基础知 识密切相关，而且在高中教材中也起着承上启下的作用： 一方面通过本节内容的学习，可以进一步理解在第三章 中为什么把叶绿体比作“养料制造车间”和“能量转换 站”，另一方面本节内容也为必修3中生态系统的物质 循环和能量流动、选修3中生态工程等内容的学习打下 基础，再者在高中生物必修1第3章中又学习了叶绿体的 显微结构，以及第4章的《细胞的能量“通货”──ATP》 一节中知道光合作用是合成ATP重要途径之一，至此， 学生已经具备进一步学习叶绿体的亚显微结构和光合作 用原理的知识基础和兴趣，本节课要在原有的基础上有 所提高。 （二）新旧教材的对比 1、大纲与原来相比的变化 （1） 新增了探究影响光合作用速率的环境因素。 （2）新增了简述化能合成作用。 （3）降低了“绿叶中色素的种类、颜色和作用以及叶绿 体的结构和功能” 的“理解”要求为“说出”； （4）对光合作用的过程从原来的“应用”水平降为“说 明”； （5）对光合作用的发现认识过程从原来的“了解”水平 提 高到“说明”，“色素提取和分离”实验要求没有变化。 2、新教材内容特点 1) 倡导学习方式转变 本课内容涉及许多探索实验，培养学生的自主 动手实验能力和主动探索能力是这一节课的重要任 务之一。在介绍光合作用的原理和应用中介绍了大 量的科学史，通过对科学史的介绍，可以培养学生 的科学素养，知道科学真理是如何得来的，了解在 以后的科学研究中应该如何去做。除此以外还可以 提高学生的学习兴趣。 2) 注重多层次、多角度表达 教材首先引导学生对“不同颜色光源对植物光合作 用有什么影响”等生产实践问题进行探讨，由此自然就 过渡到对捕获光能的色素学习之中。通过实验及图表分 析，获得色素的种类及功能等相关信息，自然就会联系 前面悬而未决的疑问，一种释然的快感由然而生。教材 又继续提出色素的存在部位，通过恩格尔曼实验启发学 生继续探索，即“叶绿体的功能是什么？”最后再撩开 面纱，进入光合作用原理的学习，在真正接触光合作用 过程前教材又安排了科学家对光合作用的探究历程，最 后才对光合作用原理进行了剖析，有一种“千呼万唤始 出来，犹抱琵琶半遮面”的美感！ 3、新教材内容的主要变化 1) 叶绿体结构与功能旧教材放在第三章《细胞结构与 功能》一节进行学习，作为绿色植物光合作用的重要场所， 新教材则放到这一部分来进行探讨，有助于学生对光合作 用知识的理解和建构。 2) 新教材知识编排顺序改变：先先引出捕获光能的色 素 色素的种类和吸收光谱 色素存在位置即光合作用主 要场所叶绿体 光合作用的发现过程 光合作用的原理和 过程－光合作用原理的应用。这一安排既符合认知过程， 又训练逻辑思维能力。 3) 原必修一化能合成作用作为自养型在《新陈代谢的 基本类型》一节提出来的，新教材已删除这一节，根据化 能合成作用和光合作用的共同点，将这个知识点安排在光 合作用之后，同时对光合作用起到总结、对比与深化。 4) 旧教材中“光合作用的重要意义”及小字部分的介绍 “植物栽培与光能的合理利用”在新教材中出现了变化， 前者被删除，后者则以“光合作用原理的应用”标题出现， 并增加了“环境因素对光合作用强度的影响”探究实验， 这样注重了教材内容与实际生产的联系，对学生探究能力、 知识的迁移应用的培养提到了空前的重视高度。 5) 新教材版面色彩丰富，形式多样，并增加了不少图片 和旁栏小条目。如“温室中的红色日光灯”，“恩格尔曼 的第二个实验”，“普里斯特利的实验”，“光的物理性 质说明”，“同位素标记法的说明”，“〔H〕的相关信 息”等等。既增强了教材的可读性和趣味性，有利于知识 的理解和掌握，又对要探讨的重点内容起到突出和提醒作 用，方便学生的学习。 6)做绿叶中色素的提取和分离的实验，无水乙醇对人体没 有毒性，而且实验效果与丙酮大致相同，本实验的提取 液改用无水乙醇 。 7)关于光合作用的探究历程，本节在义务教育课程标准初 中生物教学的基础上，在简述了普利斯特利的著名实验 后，介绍了英格豪斯以及卡尔文等科学家历年来关于光 合作用原理的主要研究成果。这有利于培养学生的科学 精神和科学态度，有利于为讲述光合作用原理做好知识 铺垫。课文还结合鲁宾、卡尔文等科学家的实验，介绍 了同位素标记法这一生物科学领域经常使用的研究方法。 8) 简介了水在光下分解成的［H］，实际上是指辅酶Ⅱ （NADP+）与电子和质子结合形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH） 的过程，其意图是在不增加学生学习难度的前提下，力 求把有关问题叙述得更加清楚。 6)做绿叶中色素的提取和分离的实验，无水乙醇对人体没 有毒性，而且实验效果与丙酮大致相同，本实验的提取 液改用无水乙醇 。 7)关于光合作用的探究历程，本节在义务教育课程标准初 中生物教学的基础上，在简述了普利斯特利的著名实验 后，介绍了英格豪斯以及卡尔文等科学家历年来关于光 合作用原理的主要研究成果。这有利于培养学生的科学 精神和科学态度，有利于为讲述光合作用原理做好知识 铺垫。课文还结合鲁宾、卡尔文等科学家的实验，介绍 了同位素标记法这一生物科学领域经常使用的研究方法。 8) 简介了水在光下分解成的［H］，实际上是指辅酶Ⅱ （NADP+）与电子和质子结合形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH） 的过程，其意图是在不增加学生学习难度 的前提下， 力求把有关问题叙述得更加清楚。 9）教材P99页图5-10“叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱” 新增了类胡萝卜素的吸收光谱曲线 二、学情分析 本节的授课对象是高一的学生， 1）他们在初中的生物学学习中已具备了一定的关于光合 作用的基础知识，也做过“绿叶在光下制造淀粉”这个实 验。 2）他们具备物质转变和能量变化等相关的化学知识。 3）在前面的《降低化学反应活化能的酶》一节的学习中 已经学习过简单的对照实验和相关的实验设计原则，使本 节课最后的实验设计得以顺利进行。 4）他们具有一定的分析问题的能力，实施问题探究教学 较为可行。 三、教学目标 1、.知识目标： ①说出叶绿体中色素的种类和作用，描述叶绿 体的结构和功能。（Ⅰ） ②说明光合作用以及对它的认识过程。（Ⅱ） ③比较光反应与暗反应的区别和联系。（Ⅱ） ④尝试探究影响光合作用强度的环境因素（Ⅲ） ⑤说出光合作用原理的应用。（Ⅰ） ⑥简述化能合成作用。（Ⅰ） 2．能力目标 ① 学会提取、分离绿叶色素的方法 ② 通过探究实验，培养学生设计实验的能力、分析 和解决问题的能力以及培养语言表达能力。 3．情感态度与价值观 ① 通过学习科学家对光合作用原理的探究历程，使 学生认同科学原理的创立是科学家在不断的观察、实验、 探索和争论中建立起来的；认同科学家不仅要继承前人的 科研成果，还要具有质疑、创新和勇于实践的科学精神与 态度。 ② 通过对叶绿体结构的学习，进一步帮助学生树立 结构和功能相统一的生物学观点 ③ 通过学习光合作用原理在农业生产中的应用，使 学生增强STS的意识。 四、教学重点和难点 1．教学重点 （1）绿叶中色素的种类和作用。 （2）光合作用的发现及研究历史。 （3）光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。 （4）影响光合作用的环境因素。 2．教学难点 （1）光反应和暗反应的过程。 （2）探究影响光合作用强度的环境因素。 五、课时安排建议 课时安排：4课时 第一课时：捕获光能的色素和结构。（在实验室上） 第二课时：光合作用的探究历程和光合作用过程。 第三课时：光合作用的原理和应用、化能合成作用。 第四课时： 本节练习、讲评、巩固、复习。 六、教学思路设计的建议 本节涉及多个探究实验，而课时相对较紧， 如何设计高效的教学思路尤为重要。 根据新课程标准对学生能力培养的要求， 结合教材内容实际，建议采用引导－探究－ 实验课型，学生自主、探究、合作学习与师 生共同探究相结合，课内和课外探究相结合。 1、引导－探究－实验课型教学的一般程序是： 提出问题 自主学习 实验探究 学生讨论 教师讲解 1）提出问题 ①学生提出问题。探究实验对学生基础知识的要求一般 并不高，过多不全面甚至错误的感性认识反而误导实验探 究的方向。 ②教师提出问题。教师也可以抓住课本上一些操作性强、 有启迪思维价值的教学内容巧设疑问，激发学生兴趣。 2）自主学习 让学生首先要明确是：“探究” ≠ “验证”或单纯 的“动手操作”。照方抓药的动手操作固然不是探究，探 究也不一定都要动手操作，重要的是解决问题的思维过程， 要“像科学家一样”创造性地解决问题。 3) 实验探究 根据同学们自己提出的假说和设计的实验方案实施实 验，包括处理预料外的实际困难 。 探究“光合作用是否产生淀粉？”的小组，在实验的 过程中遇到了不少困难。① 暗处理可以排除叶片中原有 淀粉对实验结果的干扰，同学们根据书本“萨克斯把绿叶 先在暗处放置几小时”的说法对叶片进行了8小时的处理， 结果发现还没有进行光照就已经可以检测到淀粉。于是同 学们在8小时的基础上不断增加暗处理的时间，通过一次 次的尝试，最后得出暗处理时间达到24小时，才能将叶片 中原有的淀粉消耗完的结论。 ②另一组探究“光合作用是否产生气体？产生什么气体？” 的同学同样也遇到了一些困难。在实验设计中同学们简单 的写到“用塑料袋收集叶片产生的气体”。然而动手实验 时，他们发现塑料袋虽然扎口方便，可用带火星的小木条 检测何种气体时就遇到了麻烦。如果的确是氧气，那么塑 料袋便一起被燃烧了，带来安全隐患。于是他们想到用倒 置的锥形瓶收集气体。可是，他们却无法排除锥形瓶中原 有气体的干扰。最后，有同学提议把实验移至水中进行， 用排水法收集水生植物光合作用产生的气体。怎样才能让 植物产生的气体都进入锥形瓶？解决锥形瓶口小的问题， 同学们用倒置透明玻璃漏斗顺利达到了实验要求。 在同学们自己进行探究实验的整个过程中，教师只做因势 利导的启发，帮助学生多角度思考克服困难的方法，而不 将实验的具体步骤直接告诉他们，培养他们遇到困难后独 立思考来解决问题的科学探究精神。 4）学生讨论 无论是实验材料的选择还是实验步骤的设计，都应留 出足够的时间让学生充分讨论。探究实验不同于验证实验 的特点还在于其结果的未知性，甚至包括实验失败。在困 难面前，小组的成员必需团结合作，尽其所能地为实验出 谋划策。在商讨实验对策的过程中学会表达自己的见解， 学会倾听和尊重他人不同的见解，在相互合作、培养团队 精神的基础上，形成独立思考和善于反思的品质。万一实 验失败，要敢于面对，重在分析失败原因，增长见识。 实验结束后，及时总结实验的成果，对问题的看法从 原有的感性认识上升到理性认识。此时，以小组集体的智 慧完成实验报告，推选代表与其他小组进行交流，相互学 习。 5）教师讲解 在学生实验探究的基础上，教师要做总结性的讲解。 穿插学生实验过程遇到的种种困难，并介绍同学们克服困 难的问题解决方法。对他们所作的努力加以表扬。实验失 败的小组也要肯定他们的努力，因为探究的结论无论对错 都是有价值的，特别是失败的原因更是书本知识的必要的 补充，是学习素材的来源之一。 教师还要将不同实验小组一个个独立的正确结论相互 联系起来，特别要纠正先前存在的错误认识，建立新概念， 最后形成一个总的结论，使学生对所学知识融会贯通。 教师还应向学生介绍更多光合作用研究的新进展、新方法， 及时提出新的困惑来启迪思维，使之成为学生实验探究的 又一个开端，促进他们产生进一步探究的动机。 2、教学设计中的困惑及处理 (1) “叶绿体中色素的提取与分离”实验属于引导探究式 实验，即教师提供探究框架，学生参与探究，但是由于学 生很容易从教材中看到叶绿体中有几种色素及其颜色，所 以仅以此作为实验的探究点，容易使探究实验流于形式， 实验的本质不自觉中成了验证性实验。故在此实验中，可 以增加了几个探究点，如有无比菠菜更适合的实验材料？ 如何选材可使纸层析的色素带效果明显？如何缩短划滤液 细线时间？怎样划滤液细线效果更好？为何滤纸条的一端 要剪去两角？为何层析液不能触及滤液细线？有不有办法 分别验证各种色素的吸收光谱等等，这样既能引起学生的 探究兴趣，又有利于学生对实验中的一些操作步骤知其所 以然。 （2）“光合作用的探究历程”是生物科学史的内容，以 前是老师讲述内容，阐述过程，归纳结论，而生物科学史 是培养学生科学素质的生动教材。但课堂上时间、条件等 因素的限制，学生无法进行全程探究活动，如何设计才能 将每一个发现过程变成学生自主探究讨论的课题？ 我认为可由教师根据科学家探究的过程，提出合理的 问题或课题，让学生讨论并推导出各个探究实验的方法、 手段及结论，并引导学生对实验中的一些问题进行思考， 再穿插一些科学家的曲折和艰辛，这种部分探究的思想实 验既能让学生明确光合作用的探究历程，也很好的落实了 情感态度和价值观的教育。 （3）光合作用的过程一直是教学上的难点，因为光合作 用是发生在细胞内的极其微观的一系列化学反应，学生无 法直接感知，如何突破此难点，并让学生记忆理解，是每 个老师都在探索的问题？ 我拟采用多媒体演示光反应和暗反应的动态过程，通 过简明的图解，把复杂、微观的化学变化形象化，使学生 的形象思维和抽象思维相结合，形成深刻的表象。另外， 引导学生列表比较光反应和暗反应，通过类比，增强记忆。 这样设计，即落实了知识目标，又培养了学生观察、分析 和归纳的能力。最后，我将教材P103页图5-15的过程图解 比成一辆“自行车”，以加强学生的理解、记忆。 （4）“环境因素对光合作用强度影响”的探究实 验也是教学中的一个难点。该实验是一个开放性 实验，探究的问题和实验设计的思路可以有多种 选择，学生思维上容易出现混乱。为此，可以先 和学生一起分析教材上的实验原理和参考案例， 然后发给学生探究实验记录表，通过表格引导学 生一步步完成探究，从实验中掌握科学探究的方 法。 3、教学设计策略 教学内容 导入新课 光合色素 的种类 光合色素 的作用 叶绿体的 功能 基本策略 利用太阳能热水器、白化苗的图片、教 材大棚蔬菜图片创设问题情境，引入本 节第一部分。 引导学生完成绿叶中色素的提取和分离 的实验，得出结论。 利用屏幕显示4种色素分别放在阳光和 三棱镜之间得到的4张光谱图，并结合 教材上的图5-10，得出结论。 介绍恩格尔曼的实验，得出实验结论并 分析实验方法的巧妙处。 教学内容 基本策略 叶绿体的 结构 通过观察叶绿体的立体结构示意图， 认识叶绿体的基本结构以及与其功 能相适应的结构特点。 以教材中呈现的重要事件作为线索， 光合作用的 通过表格形式引领学生沿着科学家 探究历程 的发现思路作一次思想探究。 光合作用 过程 通过多媒体展示光合作用的过程， 引导学生观察、讨论、归纳、比较。 教学内容 基本策略 学生汇报调查收集的关于“提高 农作物光合作用强度措施”的资 光合作用原理 料，并选择其中一种因素完成 的应用 “环境因素对光合作用强度影响” 的探究实验。 引导学生自学教材，总结出化能 化能合成作用 合成作用的概念，并与光合作用 比较。