摘?要：在核心素養(yǎng)的理念下，設(shè)計(jì)并實(shí)施了《探究CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響》一課，旨在探究理念落地的途徑和方法，突破教學(xué)難點(diǎn).

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);小組合作;光合作用

基金項(xiàng)目：韶關(guān)市級(jí)課題“高中生物分層教學(xué)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：sgjky14008）.

作者簡(jiǎn)介：郭衛(wèi)華（1983-），男，江西吉安人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué).

1?教材分析與設(shè)計(jì)思路

光合作用是人教版高中生物《必修1·分子與細(xì)胞》的重難點(diǎn)，也是歷年高考中的高頻考點(diǎn)（近三年全國(guó)Ⅰ卷理綜第30題）.CO2濃度又是影響光合作用強(qiáng)度的重要環(huán)境因素，因此，讓學(xué)生設(shè)計(jì)并完成此實(shí)驗(yàn)不僅可以更好突破“CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”這一難點(diǎn)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的小組協(xié)作能力，真正開展以學(xué)生為中心的多樣化、多層次教學(xué).

2?教學(xué)目標(biāo)

2.1?知識(shí)目標(biāo)

（1）應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則.

（2）解釋CO2濃度等環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響.

2.2?能力目標(biāo)

學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及繪圖的能力.

2.3?情感態(tài)度價(jià)值觀

（1）通過(guò)小組合作的方式，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)并解決問(wèn)題，并在合作與交流中分享解決問(wèn)題的愉悅.

（2）體會(huì)科學(xué)精神并大膽的進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)新.

3?教學(xué)過(guò)程

3.1?課上學(xué)生活動(dòng)：找茬并評(píng)價(jià)

從課前學(xué)生自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中選取部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案并投影出來(lái)，找出該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理的地方.

學(xué)生1方案評(píng)價(jià)：①各組的葉片數(shù)不相同，違背等量原則.②只說(shuō)明光照時(shí)間相同，未闡明光的強(qiáng)度是否一樣，易讓人誤以為有二氧化碳和光照強(qiáng)弱兩個(gè)變量，不符合單一變量原則.

學(xué)生2方案評(píng)價(jià)：?CO2量不具體，用嘴吹氣口大口小不好把握，也未提到重復(fù)實(shí)驗(yàn).

根據(jù)學(xué)生課前自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，查閱相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合我校實(shí)驗(yàn)室的情況，教師與學(xué)生一同商討并確定本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)方案.

3.2?實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)原理：自然狀態(tài)下的葉片是浮于水面的，如果抽出葉片內(nèi)的氣體，葉片會(huì)沉入水底.葉片進(jìn)行光合作用產(chǎn)生的氧氣將使沉于水底的葉片上浮.觀察并記錄同一時(shí)間內(nèi)葉片上浮數(shù).

3.2.1?分組及每組具體分工：

分組：每5個(gè)同學(xué)為一小組，全班一共10個(gè)小組，即有10個(gè)重復(fù).

具體分工：一個(gè)負(fù)責(zé)整理疊葉片、一個(gè)負(fù)責(zé)打孔、一個(gè)負(fù)責(zé)抽氣、一個(gè)負(fù)責(zé)裝NaHCO3溶液、一個(gè)負(fù)責(zé)觀察并記錄.

3.2.2?主要材料用具：直徑1cm的打孔器、注射器、燈光（每張實(shí)驗(yàn)臺(tái)上均有4盞13W的節(jié)能燈）、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaHCO3溶液、燒杯、玻璃棒、量筒、黑色袋子、菠菜等.

3.2.3?實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：①打孔時(shí)盡量避開大葉脈.②抽氣要盡，確保各燒杯沉入的都是10片.③當(dāng)抽氣完成后，把葉片放入一個(gè)燒杯，做好避光處理.④觀察并記錄3min、5min、7min三個(gè)時(shí)間內(nèi)葉片上浮數(shù).

3.3?小組合作完成實(shí)驗(yàn)，分析結(jié)果并得出結(jié)論

3.3.1?對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析：

對(duì)3、8、9、10共4個(gè)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由各自組的學(xué)生成員回答：

第3組：0.5%NaHCO3組與1%NaHCO3組相差1片，可以說(shuō)是誤差;第8、9小組：個(gè)別數(shù)據(jù)出乎意料，原因可能是雖然都是13W的節(jié)能燈，有些節(jié)能燈用的時(shí)間較長(zhǎng)，有些是新?lián)Q上的，所以，發(fā)出來(lái)的光的強(qiáng)度不同.即使都是新?lián)Q上的，個(gè)別燈之間也很難保證發(fā)出來(lái)的光的強(qiáng)度一樣，從物理學(xué)角度說(shuō)，雖然最大功率相同，但額定功率也可能不同[1];

第10組：3個(gè)燒杯沒(méi)有一片葉片上浮，可能的原因是抽氣時(shí)抽得太猛，破壞了葉片中葉肉細(xì)胞及其結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行光合作用，所以，葉片不上浮.

3.3.2?結(jié)論：

將10個(gè)小組的數(shù)據(jù)當(dāng)場(chǎng)輸入并計(jì)算出每組NaHCO3濃度下上浮葉片的平均值（詳見(jiàn)表4），盡管小組與小組之間有些差異，但還是體現(xiàn)出了一定的規(guī)律.

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果學(xué)生總結(jié)出結(jié)論：光合作用強(qiáng)度隨CO2濃度的增加而加強(qiáng)[2].

老師提問(wèn)：這位同學(xué)回答是否準(zhǔn)確？

教師根據(jù)學(xué)生的回答進(jìn)行補(bǔ)充：請(qǐng)加上一句“一定范圍內(nèi)”，為什么？

學(xué)生回答：光合作用存在CO2飽合點(diǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)CO2飽和點(diǎn)時(shí)，光合作用強(qiáng)度不會(huì)隨CO2的增加再加強(qiáng)（2017年全國(guó)Ⅰ卷第30題也曾考過(guò)），而且光合作用除受外界因素影響外，還受葉片本身（色素、酶）等影響.

3.3.3?問(wèn)題升華

問(wèn)題1：為何放入燒杯的都要10片，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的什么原則.如何確保每個(gè)燒杯中都是10片沉入水底？

答：體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的等量原則和平行重復(fù)性原則.每個(gè)燒杯10片就是等于做了10個(gè)重復(fù)，這樣做目的是防止偶然情況對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性.為確保10片都沉入水底，可一次多抽氣幾片，未沉水的葉片去掉不用，最后，保證每個(gè)燒杯中都是10片即可.

問(wèn)題2：因每小組都有3個(gè)NaHCO3濃度的燒杯，當(dāng)抽氣完一個(gè)燒杯時(shí)是否需要將燒杯避光，這樣做的目的？

答：需要避光，排除燒杯未實(shí)驗(yàn)就受到光照的影響.等其它兩個(gè)也抽氣完一同進(jìn)行光照，確保不同燒杯的光照時(shí)間都相同.

問(wèn)題3：該實(shí)驗(yàn)是否遵循了對(duì)照原則？葉片沒(méi)上浮可能的原因？

答：遵循了相互對(duì)照原則.葉片沒(méi)上浮可能的原因：①抽氣太久葉肉細(xì)胞已破壞，無(wú)法再進(jìn)行光合作用;②NaHCO3溶液濃度過(guò)高，細(xì)胞的失水過(guò)多導(dǎo)致的氣孔關(guān)閉，光合作用太弱等.

3.3.4?學(xué)生課后能力拓展：根據(jù)學(xué)生記錄了3min、5min、7min三個(gè)時(shí)間內(nèi)葉片上浮數(shù)，畫出各組不同時(shí)間內(nèi)葉片上浮數(shù)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手繪圖能力.

4?教學(xué)體會(huì)

本節(jié)課的設(shè)計(jì)以新課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）理念為指導(dǎo)，開展以學(xué)生為中心的多樣化分層次教學(xué).在課前先讓學(xué)生動(dòng)腦自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案;教學(xué)中展示學(xué)生的作品，先肯定了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工作，后讓其它同學(xué)也參與實(shí)驗(yàn)方案的修改，進(jìn)而學(xué)生以小組合作探究的方式完成實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生積極參與，真正的體現(xiàn)了學(xué)生的主體性.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生當(dāng)場(chǎng)輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并在投影上呈現(xiàn)，這讓學(xué)生感受到自己的勞動(dòng)成果當(dāng)場(chǎng)被老師肯定.最后，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，既培養(yǎng)了分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，又讓學(xué)生滿懷科學(xué)精神進(jìn)行大膽的實(shí)踐創(chuàng)新.學(xué)生在合作與交流中，通過(guò)主動(dòng)探究來(lái)體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論產(chǎn)生的過(guò)程，分享到了解決問(wèn)題后的愉悅，也讓他們真正地學(xué)會(huì)學(xué)習(xí).

影響該實(shí)驗(yàn)的因素太多，如葉片的選擇與打孔，抽氣的力度和來(lái)回的重復(fù)數(shù)，甚至氣溫、水溫等等，盡管一直在盡力控制無(wú)關(guān)變量，但畢竟是人做實(shí)驗(yàn)而非機(jī)器，所以，組與組之間有的差異比較明顯，但整體的規(guī)律是一致的（一定范圍內(nèi)，光合作用強(qiáng)度隨CO2濃度的增加而加強(qiáng)）.為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，設(shè)置了10組重復(fù).此實(shí)驗(yàn)當(dāng)時(shí)天氣為小雨，氣溫12℃～16℃，材料為菠菜葉，因此，實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)僅供參考.

通過(guò)此實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，并不是NaHCO3溶液的濃度越高越好[3]，從（1、3、5、6）這四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)了0.5%NaHCO3溶液與1%NaHCO3溶液在到達(dá)7分鐘時(shí)差異不明顯.通過(guò)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NaHCO3溶液的濃度太高時(shí)，同樣的打孔和抽氣操作，在0.25%NaHCO3溶液與0.5%NaHCO3溶液中的葉片能沉入水底，但在NaHCO3溶液濃度太高時(shí)，不一定能沉入水底，或許這與化學(xué)上物質(zhì)的量濃度（物理學(xué)上的密度）有關(guān).此外，如果外界NaHCO3溶液濃度過(guò)高，即使發(fā)生光合作用也不一定很強(qiáng)，這應(yīng)該與細(xì)胞的失水過(guò)多導(dǎo)致的氣孔關(guān)閉有關(guān)，更詳細(xì)原因可待進(jìn)一步深究.

參考文獻(xiàn)：

[1]郭衛(wèi)華.探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用的影響[J].中學(xué)生物學(xué)，2015，31（09）：41-42.

[2]王忠等.植物生理學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000：174-175.

[3]管紹榮.溶液中NaHCO3對(duì)光合作用的影響[J].生物學(xué)教學(xué)，2005，30（07）：45.

（收稿日期：2019-08-28）