章君果 張海銀

摘 要 介紹了Miller & Levine編著《Biology》教材中“光合作用速率”曲線分析的實(shí)驗(yàn)，并與國內(nèi)教材進(jìn)行對(duì)比。從分析思路、知識(shí)聯(lián)系及能力培養(yǎng)方面進(jìn)行了剖析，旨在為國內(nèi)曲線分析的教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)教材 光合作用 曲線分析 模式構(gòu)建

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

光合作用是高中生物教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)光合作用影響因素的分析更是體現(xiàn)了學(xué)生分析和解決問題的能力。下面以美國中學(xué)生物核心教材《Biology》的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)B中關(guān)于“光合作用速率的曲線分析”為例，與人教版高中生物教材必修1中有關(guān)光合作用強(qiáng)度的數(shù)據(jù)分析進(jìn)行比較，并作簡要的評(píng)析，為國內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力的教學(xué)提供新的思路。

1 教材實(shí)例介紹

1.1 國外教材實(shí)例介紹

Miller & Levine編著《Biology》教材2010年版的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)BP251特別單獨(dú)設(shè)置了關(guān)于光合作用數(shù)據(jù)分析的相關(guān)實(shí)驗(yàn)——“數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)11光合作用速率”。該實(shí)驗(yàn)明確提出了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^對(duì)曲線圖的分析來探究影響光合作用速率的因素。實(shí)驗(yàn)同時(shí)也明確了能力要求，包括“曲線圖解釋”“數(shù)據(jù)分析”及“比較與對(duì)比”。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是利用了光照強(qiáng)度對(duì)“陰生植物”和“陽生植物”光合作用速率影響的曲線圖（圖1）。分析過程設(shè)置了3個(gè)層次的問題：（1） 曲線圖解釋：① 光合作用速率的測量指標(biāo);② 觀察y軸，思考該因素和植物細(xì)胞光合作用的聯(lián)系;③ 沿著y軸上升，光合作用速率是上升還是下降？④ 沿著x軸向右，光照強(qiáng)度是增強(qiáng)還是下降？⑤ “陽生植物”和“陰生植物”隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)光合作用速率怎么變化？（2） 比較與對(duì)比：① 當(dāng)光照強(qiáng)度低于200 μmol/m2/s或高于400 μmol/m2/s時(shí)，哪一類植物光合作用強(qiáng)度更高？（3） 推斷：① 沙漠里的平均光照強(qiáng)度大于400 μmol/m2/s，根據(jù)曲線圖判斷哪一類植物更適合生長在沙漠環(huán)境？② 還有哪些因素會(huì)影響植物生存？

1.2 國內(nèi)教材實(shí)例介紹

人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《必修1·分子與細(xì)胞》生物教材中對(duì)光合作用的內(nèi)容作了詳細(xì)的闡述，也涉及了對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響因素的探究。該探究實(shí)驗(yàn)中沒有列舉曲線圖進(jìn)行分析，在教材P106“光合作用課后練習(xí)”中出現(xiàn)了對(duì)曲線圖的解釋和分析，原題如下：下圖是夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強(qiáng)度的曲線圖。分析曲線圖（圖2）并回答：（1） 為什么7～10時(shí)的光合作用強(qiáng)度不斷增強(qiáng)？（2） 為什么12時(shí)左右的光合作用強(qiáng)度明顯減弱？（3） 為什么14～17時(shí)的光合作用強(qiáng)度不斷下降？

2 教材實(shí)例比較與評(píng)析

2.1 美國教材實(shí)例特色

美國教材中曲線圖分析更注重在分析過程中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，從分析過程設(shè)置的5個(gè)問題就體現(xiàn)出了對(duì)學(xué)生思維的培養(yǎng)，問題設(shè)置由淺入深，并逐漸放開。“曲線圖解釋”這一部分主要是分成三步對(duì)曲線圖的基本信息作出了描述：① 該數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)首先建立起曲線圖坐標(biāo)指數(shù)與生物學(xué)過程的聯(lián)系，在數(shù)據(jù)解釋中設(shè)置兩個(gè)問題：光合作用速率的測量指標(biāo)及y軸和光合作用的聯(lián)系; 觀察曲線圖的坐標(biāo)變化，明確坐標(biāo)變化和光合作用的聯(lián)系;③ 描述坐標(biāo)中曲線隨著坐標(biāo)軸變化而變化的趨勢。這一部分明確了坐標(biāo)的基本信息，為更好地進(jìn)行曲線的比較和分析打下基礎(chǔ)?！氨容^與對(duì)比”是曲線圖分析中常會(huì)涉及到的一個(gè)分析角度。該實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)的“比較與對(duì)比”這一部分的問題是：“當(dāng)光照強(qiáng)度低于200 μmol/m2/s或高于400 μmol/m2/s時(shí)，哪一類植物光合作用強(qiáng)度更高？”該問題非常簡單，卻為學(xué)生提供了一個(gè)分析的方向。學(xué)生可以發(fā)散地提出更多問題，如比較曲線的趨勢，比較曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)等特殊點(diǎn)。最后一部分對(duì)學(xué)生的能力提出了更高的要求，在國內(nèi)很多試題中也會(huì)出現(xiàn)類似的考題，讓學(xué)生根據(jù)一定的信息推斷一種最可能的結(jié)果。“推斷”這一部分就能夠在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息的提取、處理和轉(zhuǎn)化能力，及依據(jù)信息去做出判斷的能力。

美國教材中曲線圖分析也注重分析過程的模式化構(gòu)建（圖3）。通過曲線圖的分析讓學(xué)生掌握曲線圖分析的大致步驟及需要關(guān)注的關(guān)鍵信息，避免學(xué)生拿到曲線圖無從下手。每一步設(shè)置的相關(guān)問題可以起到前后分析過程的銜接，如該實(shí)驗(yàn)中相關(guān)問題從坐標(biāo)、曲線、曲線比較及推斷的主線進(jìn)行設(shè)置。

2.2 國內(nèi)教材實(shí)例的差異

國內(nèi)教材光合作用曲線圖分析注重從曲線變化的原因角度來分析，更關(guān)注對(duì)一些現(xiàn)象的解釋。通過對(duì)曲線圖呈現(xiàn)的生物學(xué)現(xiàn)象，然后結(jié)合生物學(xué)過程來解釋現(xiàn)象發(fā)生的因素，在一定程度上可以加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)過程的理解和應(yīng)用。國內(nèi)教材在曲線描述和分析上有所深化，同時(shí)拓寬了學(xué)生的知識(shí)面。由于曲線分析過程缺乏一定的邏輯推理的分析過程，學(xué)生往往會(huì)憑借已有的記憶對(duì)一定的生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行分析。國內(nèi)教材對(duì)曲線的分析沒有注重對(duì)分析過程和步驟的模式構(gòu)建，導(dǎo)致學(xué)生拿到曲線以后會(huì)無從下手。對(duì)有些常見的生物學(xué)現(xiàn)象，學(xué)生會(huì)憑借記憶很快進(jìn)行分析和作答;如果是以新的研究數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，學(xué)生往往就無從作答，或者所分析的內(nèi)容與對(duì)應(yīng)問題缺乏邏輯推理。

3 曲線圖分析模式的借鑒

曲線分析按照一定的分析模式，從“坐標(biāo)——曲線——運(yùn)用”的順序展開教學(xué)，可以讓學(xué)生快速找到分析切入點(diǎn)，并對(duì)曲線圖有一個(gè)整體的把握。

3.1 坐標(biāo)分析

對(duì)坐標(biāo)分析，就要先建立坐標(biāo)指數(shù)和生物學(xué)過程之間的聯(lián)系。坐標(biāo)中y軸通常是觀測指標(biāo)，如光合作用速率用二氧化碳的消耗量來表示;酶的催化效率用單位時(shí)間底物的消耗量來表示，所以首先需要把觀測指標(biāo)和生物學(xué)過程進(jìn)行聯(lián)系。X軸通常是自變量，自變量的變化和生物學(xué)過程的變化之間的聯(lián)系需要學(xué)生通過一定的推理進(jìn)行構(gòu)建，如國內(nèi)教材中的光合作用曲線圖x軸是時(shí)間，時(shí)間本身不能影響光合作用速率，而是時(shí)間背后的光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響。

3.2 曲線分析

曲線分析包括某一曲線的分析及不同曲線的對(duì)比。某一曲線分析主要從曲線隨著自變量的變化趨勢、規(guī)律及變化幅度，比較同一曲線不同點(diǎn)之間的關(guān)系。不同曲線的對(duì)比會(huì)從趨勢、規(guī)律和變化幅度上進(jìn)行對(duì)比，也會(huì)對(duì)一些特殊點(diǎn)進(jìn)行比較，如起點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)等。

3.3 技能運(yùn)用

這一部分主要是運(yùn)用一定的生物學(xué)知識(shí)對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋及推斷。利用的生物學(xué)知識(shí)可能是題干中的信息，如圖1中陽生植物光飽和點(diǎn)比陰生植物要高，沙漠環(huán)境光照比較強(qiáng)烈，所以陽生植物就更適應(yīng)沙漠環(huán)境;也可能是運(yùn)用已經(jīng)掌握的生物學(xué)知識(shí)結(jié)合題干信息進(jìn)行推斷，如圖2設(shè)置的問題就需要運(yùn)用已知的生物學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析，更側(cè)重于對(duì)現(xiàn)象分析的記憶，缺乏從曲線去推斷結(jié)論和解釋原因。

國內(nèi)教材曲線分析注重對(duì)現(xiàn)象的解釋，對(duì)學(xué)生的知識(shí)要求較高，同時(shí)拓寬學(xué)生的知識(shí)面，屬于記憶層面的教學(xué)材料，缺乏對(duì)分析思路和邏輯推理能力的培養(yǎng)。在生物學(xué)曲線分析過程中，教師可以借鑒美國教材的“模式化”分析過程。這樣學(xué)生容易根據(jù)分析模式找到切入點(diǎn)進(jìn)行曲線的準(zhǔn)確分析，并學(xué)習(xí)運(yùn)用已經(jīng)具備的知識(shí)進(jìn)行邏輯推理來解釋現(xiàn)象和合理推斷，并不僅僅依靠知識(shí)面的拓展。

參考文獻(xiàn)：

[1] Miller & Levine. Biology Lab Manual B. Pearson Education Inc.， or its affiliates，2010：251-252.

[2] 朱正威，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書生物[M].北京：人民教育出版社，2004.