張 丹 周源泉

（武進區(qū)洛陽高級中學 江蘇常州 213000）

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）指出：生物學學科核心素養(yǎng)是學生在生物學課程學習過程中逐漸發(fā)展起來的，在解決真實情境中的實際問題時所表現(xiàn)出來的價值觀、必備品格與關鍵能力?？梢?，生物學知識的習得來源于解決真實情境產(chǎn)生的實際問題。創(chuàng)設問題情境是發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的重要路徑。因學校周邊都是大面積葡萄種植區(qū)，不少學生的家庭都是葡萄種植戶，教師從生活出發(fā)，引導學生關注身邊的生物現(xiàn)象，將所學光合作用的原理應用于生活實際。下文以生活式葡萄園種植情境為主線，利用問題情境教學，聚焦學科核心素養(yǎng)，幫助學生理解或解釋生物學相關事件和現(xiàn)象，完成光合作用原理應用的教學目標。

1 教材分析及設計思路

“光合作用的原理與應用”是新教材必修1第五章第三節(jié)的內(nèi)容，在《課程標準》中，該部分內(nèi)容屬于必修課程模塊1概念2：細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖?！墩n程標準》要求在本節(jié)教學中開展探究性學習活動。因此，在教學過程中，教師應基于探究性學習活動引導學生關注身邊與生物學相關的現(xiàn)象，發(fā)掘現(xiàn)象背后的生物學規(guī)律，并嘗試將所學原理規(guī)律應用于實踐，以此發(fā)展學生獨立分析問題、解決真實情境問題的思維能力。

教師以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際中采取的栽培措施為切入點，引導學生發(fā)現(xiàn)問題，分析措施涉及的生物學原理，樹立正確的生命觀念；同時，選取生產(chǎn)實踐常用的光質(zhì)與植物的整形方式為探究點，引導學生觀察現(xiàn)象、提出問題、設計實驗、預取結果與應用，解決問題等，增強學生知識遷移應用的能力，培養(yǎng)學生科學思維與科學探究核心素養(yǎng)，提升學生社會責任感，使學生領悟科學、社會、技術三者之間的聯(lián)系。

2 教學目標

①分析影響光合作用產(chǎn)量的因素，建立物質(zhì)與能量觀。

②嘗試分析實驗中的自變量、因變量的關系，通過對實驗數(shù)據(jù)的交流與討論，得出結論，以此發(fā)展歸納與概括、演繹與推理等科學思維。

③參與“葡萄整形技術，提高作物產(chǎn)量”主線中的相關實驗設計、預測結果，進一步運用科學的思維方式解決問題、指導實踐。

④根據(jù)光合作用原理，解釋葡萄園增產(chǎn)采取的栽培措施的生物學原理，建立結構與功能觀。

3 教學過程

3.1 生活實際導入，激發(fā)學習興趣

教學時，教師首先讓學生觀看學校周邊葡萄種植戶為了提高產(chǎn)量采取農(nóng)業(yè)措施的視頻。視頻中，天氣陰雨連綿，日照光不足，種植戶對葡萄進行補光處理?？吹揭曨l里熟悉事例，學生的好奇心被調(diào)動起來。于是，教師提出驅動本節(jié)課開展的系列問題：①葡萄園里為什么要進行補光？②補光對葡萄的光合作用有哪些影響？③補充的是哪種光？

設計意圖：教師通過選擇學生熟悉的具有代表性的生物學事件，引導學生發(fā)現(xiàn)問題，以此驅動教學，引出影響光合作用強度的教學內(nèi)容，讓學生感受光合作用原理的應用近在咫尺。同時，熟悉的生活情景激起學生探索光合作用原理的應用相關知識興趣，驅動學生進行多方面思考，有利于培養(yǎng)科學思維。

3.2 分析資料，形成生命觀念

教師展示資料1：科研人員利用儀器測定不同天氣條件下光合有效輻射日變化（圖1），葡萄的凈光合速率與光合有效輻射之間的關系（圖2）。并提出問題：①不同天氣條件下，葡萄園光合有效輻射量有什么不同？②一定條件下，葡萄凈光合速率跟光合有效輻射是什么關系？③根據(jù)資料，遇上陰雨連綿的天氣，為了保證葡萄產(chǎn)量，可以采取的農(nóng)業(yè)措施是什么？教師據(jù)此引導學生思考光照強度對光合作用的影響。

圖1 不同光照條件下設施內(nèi)光合有效輻射日變化

圖2 葡萄的凈光合速率與光合有效輻射的關系

設計意圖：教師通過層層遞進的問題，引導學生思考影響光合作用的因素——光照強度，與光合速率之間的相關性，以問題帶領科學思維，指導學生的探究活動；以問題情境驅動課堂，引導學生主動參與，激發(fā)學生的求知欲。針對上述生物學現(xiàn)象及實驗數(shù)據(jù)，教師引導學生解釋連續(xù)陰雨天影響葡萄產(chǎn)量的因素，認識生物事件的基本原理及規(guī)律。

3.3 設計實驗，發(fā)展科學探究素養(yǎng)

教師提問：既然人工補光可適當提高植物光合速率，究竟補充哪種光源效果更好呢？此時，教師可先嘗試讓學生作出猜測。學生已經(jīng)知道太陽光有7種不同顏色的光，不同光合色素對不同光的吸收率不一樣，葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍紫光。據(jù)此，學生可作出猜測，即可以選擇補充紅光或者藍紫光。針對學生的猜測，教師引導學生設計探究實驗驗證。學生小組討論后，設計初步探究方案：一組不作補光處理，兩組分別補充紅光、藍光，比較三組的植物凈光合速率。學生預測補光后，植物的光合速率會提高。教師對學生設計的實驗表示肯定后，提供科研資料2：科研人員選擇生長健壯、大小一致的2年生巨峰葡萄分6個小區(qū)，每個小區(qū)10株。在葡萄剛長新梢時，開始采用5種不同光質(zhì)的光進行補光處理，即紅光、藍光、黃光、紅光與藍光混合光（紅+藍光）、白光，最后一組不補光。光源為40 W不同光質(zhì)的熒光燈，每天6∶00-8∶00和16∶00-18∶00人工補光4 h。補光期間，對葡萄采取常規(guī)肥水管理。實驗數(shù)據(jù)如表1和圖3所示。

表1 不同光質(zhì)對巨峰葡萄葉片葉綠素含量的影響（單位：mg·g-1FW）

圖3 不同光質(zhì)對巨峰葡萄葉片凈光合作用速率的影響

根據(jù)資料，教師提問：①為什么選擇生長健壯、大小一致的2年生巨峰葡萄？②實驗的自變量、因變量是什么？③對照組和實驗組分別是哪幾組？④實驗的檢測指標是什么？⑤實驗結果說明了什么？在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上給人們提供了什么提示？據(jù)此幫助學生修正自己的實驗方案，增強對光合作用速率影響因素的認識。

設計意圖：教師改變傳統(tǒng)的教學方式，創(chuàng)設問題探究任務，以“發(fā)現(xiàn)問題—探究問題—提升科學探究素養(yǎng)”為主線展開教學。學生經(jīng)歷了自主設計實驗、演繹推理實驗結果，并在教師提供真實的科研方案和數(shù)據(jù)后，可修正自己的實驗方案，在完成相應探究任務同時，內(nèi)化知識，提升科學探究能力與生物學科學思維。

3.4 實證探究，加強實證意識

教師圍繞光合作用原理的應用與提高光合作用強度，繼續(xù)創(chuàng)設問題情境，進一步拓展教材內(nèi)容。教師再次播放導入視頻，視頻中的種植戶面對夏季葡萄藤葉片生長過旺的情況，決定對副梢的部分葉片進行摘除處理。教師展示葡萄各部分的結構，提供背景資料3：20世紀初，有關學者最先在光合中提出“源”“庫”概念。植物的“源”是指制造和輸出同化物的組織或器官，一般指成熟葉片；“庫”是指消耗和輸入同化物的組織或器官，指嫩枝、幼葉、花和果實等器官。當光合“源”較小時，植物制造的光合產(chǎn)物不足，果實品質(zhì)下降；而光合“源”過大時，“庫”對“源”進行反饋調(diào)節(jié)，會導致源庫協(xié)調(diào)不佳，難以獲得高產(chǎn)。對樹體做去葉處理，合理調(diào)整庫源關系，可顯著提高剩余源葉的凈光合速率，使營養(yǎng)生長與生殖生長達到平衡，從而適應實際生產(chǎn)以便獲得最大經(jīng)濟價值。

根據(jù)視頻和資料，教師設問：①視頻中摘葉處理的目的是什么？②利用所學知識，設計相關實驗證明你的觀點，需考慮實驗對象、自變量、因變量、無關變量和檢測指標。

在學生完成小組討論后，教師提供資料4：展示實際中科研人員設計的實驗方案和結果，如表2和圖4所示。教師進一步追問：①處理副梢可以從幾個方面影響植物光合作用的影響？②分析實驗數(shù)據(jù)，實驗結果是什么？③利用材料提供的庫源知識，你如何解釋實驗結果？④利用光合作用相關知識，實驗結果如何解釋？⑤為改變庫源關系，獲得最大經(jīng)濟效益，你還能想到實際生產(chǎn)中其他的處理方式嗎？

表2 不同處理方式

圖4 不同處理方式對副梢葉片光合作用的影響

學生討論后，教師提供背景知識資料5：光合作用的直接產(chǎn)物為碳水化合物。植物葉片光合產(chǎn)物首先滿足于自身需求，只有當庫源關系發(fā)生變化時，光合產(chǎn)物才開始以蔗糖的形式，經(jīng)韌皮部長距離運輸后卸載到貯藏器官中。同時，輸出的部分同化物并不是平均分配到各個器官中，而是有所側重。據(jù)此，教師提問：①根據(jù)光合作用原理，光合作用制造的有機物在分配上有什么規(guī)律嗎？②應從“庫”和“源”的什么關系出發(fā)探究其中的規(guī)律？并要求各小組針對本組研究的目的，設計實驗方案，并檢測光合同化物的量。

此時，學生對如何檢測光合同化物的量產(chǎn)生疑問，教師可讓學生重溫光合作用的原理與卡爾文循壞過程，并提供背景知識資料6：科研人員用透光性良好的薄膜套在要被標記的副梢上，抽出袋中空氣，注入無CO2和H2O的空氣，同時用注射器注入13C含量為99%的CO2氣體進行標記。學生進一步思考討論，可得出用同位素標記法檢測光合同化物的量，即分別標記不同位置副梢的CO2，比較果實中帶標記的有機物的含量。

設計意圖：分析實驗數(shù)據(jù)是目前探究實驗要求的必備技能之一，也是新高考命題的方向。學生可嘗試對4組實驗結果呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)進行解讀，得出實驗結論。教師可順勢滲透胞間CO2濃度與光合速率之間的關系，進一步打破學生的思維定勢，進行思維拓展訓練，使學生領悟到實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過調(diào)整庫源關系，如調(diào)整葉果數(shù)量比例，能夠增加產(chǎn)量。教師在實驗探究環(huán)節(jié)，引入拓展延伸知識，補充相關的背景知識資料作為學生學習的支撐，增加學生的證據(jù)意識。教師以學生解決問題，自主設計實驗、交流實驗方案的形式展開教學，引導學生進一步應用光合作用原理，能夠進一步加深學生對概念的認知，提高學生的實驗設計能力，增強學生的邏輯分析和發(fā)散思維。

3.5 體驗式應用，發(fā)展社會責任核心素養(yǎng)

教師再次播放課堂導入視頻，請學生解釋其中的每個農(nóng)業(yè)措施背后的生物學原理。學生扮演不同地方農(nóng)場主、農(nóng)業(yè)技術人員，農(nóng)業(yè)評估員等角色，結合農(nóng)業(yè)種植場所用措施，運用光合作用原理相關知識，對不同地方適合種植的品種、種植措施、種植大棚選擇與操作措施等內(nèi)容，從光合作用的原理、提高光合作用強度等方面進行解釋，解決農(nóng)場主的疑惑。

設計意圖：教師再次播放視頻與課堂開頭創(chuàng)設的情境相呼應，進一步檢驗學生對概念的理解和應用。學生通過角色扮演，知識運用、問題解決、遷移應用，深度參與問題研究與解決，發(fā)展收集信息與實證邏輯推理、歸納概括的思維能力。

4 教學反思

本節(jié)課以學生熟悉的真實生活情景“葡萄園種植采取的農(nóng)業(yè)措施”貫穿前后，加強了問題情境教學的連貫性與可操作性。教師創(chuàng)設一系列問題情境，以問題為導向，驅動學生思維發(fā)展，促進學生將光合作用原理同現(xiàn)實生產(chǎn)實際聯(lián)系起來。整節(jié)課采用探究式教學方式，教師帶領學生以探究者的身份自主設計實驗、分析實驗數(shù)據(jù)、得出實驗結論，解決實際問題，使學生能夠掌握實際生產(chǎn)中相關農(nóng)業(yè)措施背后的理論支撐，為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)提供有價值的建議。在解決問題的過程中，學生能夠鞏固知識，在積極探究中培養(yǎng)科學思維習慣，不僅能夠更深入地理解生物學的基本規(guī)律與原理，更能夠通過知識的運用與遷移，學會正確的探究思路與基本方法，形成相應的探究模式，樹立生命觀念，提升社會責任感。