張 燕 （上海市淞浦中學(xué) 上海 200941）

光合作用過程是光合作用教學(xué)的重點內(nèi)容之一。植物的光合作用系統(tǒng)是在植物漫長的進化史中逐步完善的。以光合作用的進化史為素材組織學(xué)生進行項目式學(xué)習(xí)，能在培養(yǎng)學(xué)生生命觀念的同時，促進其對光合作用意義的思考，增強社會責(zé)任。

1 光合作用項目式學(xué)習(xí)的整體設(shè)計思路

“光合作用過程”是上?？茖W(xué)技術(shù)出版社高中《生命科學(xué)》教材第1 冊第4 章的內(nèi)容。教材以酶和ATP、葉綠體及其色素等內(nèi)容為知識鋪墊，以光合作用的科學(xué)史引入科學(xué)思維和實驗探究方法，然后展開光合作用過程的教學(xué)。光合作用過程是一個伴隨著能量轉(zhuǎn)變的復(fù)雜物質(zhì)變化，因此，物質(zhì)與能量觀是教材中主要體現(xiàn)的生命觀念。

光合作用過程涉及的物質(zhì)變化較多，例如，NADPH、C3化合物、C5化合物等物質(zhì)的參與，直接講授既降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，造成記憶困難，也不利于學(xué)生在學(xué)習(xí)中形成物質(zhì)與能量觀。教學(xué)中嘗試以植物從海洋到陸地的進化過程中葉綠素和葉綠體的產(chǎn)生、根和葉等器官的形成為線索，以項目式學(xué)習(xí)的方式探索植物進化過程中光合作用的發(fā)展，構(gòu)建光合作用過程，感悟光合作用對地球環(huán)境和地球生物的影響。用2 課時的時間進行項目啟動、集中討論、交流和展示，并利用一定的課后時間完成小組展示需要的資源準(zhǔn)備等工作。

2 光合作用項目式學(xué)習(xí)的實施

2.1 光合作用項目式學(xué)習(xí)的主題確立和分解 向?qū)W生提供“藻類植物→苔蘚植物→蕨類植物→裸子植物→被子植物”的進化史簡圖，明確學(xué)習(xí)探究的主題：植物的光合作用如何隨著植物進化史發(fā)展？

學(xué)生根據(jù)已學(xué)過的“綠色植物通過葉綠體，利用光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成糖類等有機物，并且釋放氧氣的過程”光合作用概念，討論后提出擬探究的3 類問題：①植物是怎樣具有了利用光的能力？利用光能做什么？②植物如何具備了吸收水的能力？植物利用水做什么？③植物如何具備了吸收CO2的能力？植物怎樣將CO2轉(zhuǎn)變成糖類？

2.2 項目式學(xué)習(xí)的實施

2.2.1 分組落實探究點 全班學(xué)生分成6 組，根據(jù)問題和提示，每2 組研究一類問題。學(xué)生結(jié)合教材，利用教室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和教師提供的地球進化史中CO2含量、O2含量變化等數(shù)據(jù)，進行小組項目研究。

教師同時提示學(xué)生，在研究上述問題時，要考慮2 個問題：①關(guān)注各種物質(zhì)變化與能量利用之間的關(guān)系；②關(guān)注植物光合作用的進化對地球環(huán)境和地球生物的影響。

6 組學(xué)生分別選定探究問題相關(guān)的進化時期。例如，第1～2 組的學(xué)生在研究光能的利用時提出，根據(jù)已學(xué)知識知道吸收光能的是葉綠體上的葉綠體色素，因此，以最早出現(xiàn)葉綠素的藍(lán)藻及其演化作為素材進行研究；第3～4 組的學(xué)生研究水的利用，將吸收水分的器官——根的進化，即從苔蘚植物到蕨類植物的進化作為研究素材；第5～6 組的學(xué)生研究CO2的利用，將吸收CO2的器官——葉的進化史作為研究素材。

2.2.2 小組交流和互補 經(jīng)組內(nèi)合作學(xué)習(xí)，進行了第1 次組間交流。交流中發(fā)現(xiàn)，有的小組關(guān)注了植物器官的結(jié)構(gòu)變化引起功能變化，沒有深入分析這種功能改變對物質(zhì)和能量利用的影響；有的小組沒有考慮某種光合作用能力的進化對地球大環(huán)境的影響；還發(fā)現(xiàn)不同小組研究的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)變存在聯(lián)系，光合作用引起的地球環(huán)境改變是持續(xù)的，組間可互為補充。因此，在第1 次交流后，6 個小組對同質(zhì)問題和異質(zhì)問題的研究角度、表述方式進行比較和補充，并在第2 課時進行第2 次交流。各小組陳述的3 類問題研究概要如下：

問題①：35 億年前地球上出現(xiàn)了藍(lán)藻，藍(lán)藻中含有葉綠素，可吸收光能。15 億年前，出現(xiàn)了真核的藻類，這些藻類細(xì)胞中有葉綠體，就有了進行光合作用的固定場所。葉綠體色素對光能的吸收是有選擇性的，葉綠素a 和葉綠素b 主要吸收藍(lán)紫光和紅光，類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。這些色素分子將吸收的光能傳遞給少數(shù)特殊的葉綠素a，使其被光能激發(fā)，釋放高能電子。

待解決的問題：被葉綠素吸收的光能，在后續(xù)過程中會以什么能量形式存在？

問題②：光合作用需要水，生活在潮濕環(huán)境下的苔蘚進化出具有支撐作用的假根。而正在離開水環(huán)境的蕨類植物進化出有輸導(dǎo)組織的真正的根，用于吸收水分。因此，根的出現(xiàn)保證了植物能像原始的藍(lán)藻一樣，在光合作用中將水分解成O2和H+。O2的產(chǎn)生使地球從無氧環(huán)境逐漸變成了有氧環(huán)境。部分氧還形成了臭氧層，阻擋了太陽的紫外線輻射，保護了地球生物的生存。

待解決的問題：什么促使水分解成為O2？植物將O2排出體外，留下的H+有什么作用？

問題③：早期地球上的動物較少，CO2含量也不高。在植物長時間的光合作用后，地球上CO2含量更低了。為了更多地吸收CO2，蕨類植物進化出了葉子。葉面積越大，葉上的氣孔越多，能吸收的CO2也越多。植物還進化出用以儲存光合作用產(chǎn)物（糖類）的器官，例如，根、莖、果實，這些儲存的有機物為動物的生存提供了食物。

待解決的問題：從CO2到糖類，中間發(fā)生了哪些化學(xué)反應(yīng)？需要什么條件？這些反應(yīng)和O2的產(chǎn)生是否有聯(lián)系？

2.2.3 對光合作用進化史的整合和過程猜想以組間交流為基礎(chǔ)，各小組進行光合作用進化史的列表整合，并將各小組最后提出的問題進行合理猜想（表1）。

表1 光合作用進化史的探究總結(jié)及過程猜想

2.2.4 光合作用過程的構(gòu)建和光合作用意義的闡述 在完成列表的基礎(chǔ)上，小組結(jié)合教材和猜想，構(gòu)建光合作用過程的概念圖，闡述概念圖中光能是如何隨物質(zhì)變化被逐步儲存至糖類等有機物中，歸納光合作用產(chǎn)物對地球環(huán)境和生物生存的作用和意義。

2.2.5 光合作用項目式學(xué)習(xí)的小組評價 對小組學(xué)習(xí)活動分團隊合作、創(chuàng)新創(chuàng)造、批判性思維、展示技巧4 個部分進行評價（表2）[1]。

表2 項目式學(xué)習(xí)小組評價表

3 項目式學(xué)習(xí)教學(xué)組織的反思

教師在學(xué)生的項目式學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)，融入了進化史的光合作用過程學(xué)習(xí)，促進了學(xué)生對物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)變的主動探究，引發(fā)了其對物質(zhì)與能量之間關(guān)系的深度思考，真切地感悟到光合作用對地球和生命生存的重大意義。此外，在光合作用和進化史的融合學(xué)習(xí)中，學(xué)生對結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀也有了進一步的認(rèn)識。有些小組對地球某些時期高含氧量對昆蟲體型的影響、大型食植動物對植物形態(tài)的影響等課題產(chǎn)生了新的研究興趣，使項目式學(xué)習(xí)有了持續(xù)性和發(fā)展性。