在高中生物學(xué)教學(xué)中巧妙設(shè)計(jì)問(wèn)題，不僅能有效激發(fā)學(xué)生求知欲，還能促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)探索，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維的有效措施。在教學(xué)中，教師不僅要結(jié)合學(xué)生學(xué)情，重視問(wèn)題的巧妙設(shè)計(jì)，圍繞問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生討論，還要營(yíng)造開(kāi)放性育人氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題，真正以問(wèn)題為引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維?，F(xiàn)以“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”這節(jié)課為例，探索生物學(xué)教學(xué)中如何巧妙設(shè)計(jì)問(wèn)題，幫助學(xué)生從物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化的角度理解光合作用原理，建立生物學(xué)的物質(zhì)和能量觀(guān)。

一、重視情境導(dǎo)入，引出課程主題

生物學(xué)是與學(xué)生日常生活緊密關(guān)聯(lián)的學(xué)科，但是生物學(xué)課程所涉及的很多知識(shí)內(nèi)容豐富，學(xué)生學(xué)習(xí)理解較有難度。為了激發(fā)學(xué)生的好奇心，教師就要在課堂上重視情境導(dǎo)入，講述與課程相關(guān)的一些生活小故事，或展示一些前沿科學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)。在此基礎(chǔ)上，教師再引出一些問(wèn)題讓學(xué)生思考，既能讓學(xué)生充分感受科學(xué)的神奇，還能喚起學(xué)生的求知欲，這樣才能達(dá)到良好的課堂預(yù)熱效果。在“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”這節(jié)課，教師就可以通過(guò)短視頻為學(xué)生介紹上海世博會(huì)的一款葉子概念車(chē)（見(jiàn)圖1）。

師：同學(xué)們好！在開(kāi)始今天的新課之前，老師想先給大家看一個(gè)有趣的短視頻。請(qǐng)大家認(rèn)真觀(guān)看，并思考一下視頻中的這個(gè)物品與我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有什么關(guān)系。

學(xué)生觀(guān)看視頻，表現(xiàn)出濃厚的興趣。

師：視頻里展示的是什么？請(qǐng)同學(xué)們說(shuō)一下這是一輛什么車(chē)。

生1：這是葉子概念車(chē)。

生2：這是一輛外形像葉子的新能源汽車(chē)。

師：這輛車(chē)的能量來(lái)源是什么？

生3：這是一款能夠充分利用太陽(yáng)能、風(fēng)能以及空氣中的二氧化碳產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)的新能源汽車(chē)。

生4：這輛車(chē)的車(chē)頂像一片大葉子，是一部光電轉(zhuǎn)化器，能把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。這輛車(chē)的四個(gè)車(chē)輪帶有風(fēng)車(chē)扇葉，能實(shí)現(xiàn)風(fēng)電轉(zhuǎn)換。這輛車(chē)的車(chē)身還能夠進(jìn)行二氧化碳吸附和轉(zhuǎn)換。

師：這輛車(chē)與我們今天要學(xué)習(xí)的“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”有什么關(guān)系呢？

生5：這輛車(chē)的形狀像葉子，它的能量來(lái)源像植物的光合作用，可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為汽車(chē)提供動(dòng)力。

師：非常棒！接下來(lái)我們就來(lái)詳細(xì)探討一下植物光合作用的過(guò)程。誰(shuí)能說(shuō)一下綠葉中的色素有什么作用？

生：綠葉中的色素可以吸收光能。

師：很好。綠葉中的色素不僅能吸收光能，還能傳遞和轉(zhuǎn)化光能。它們就像是一個(gè)個(gè)小小的能量轉(zhuǎn)換器，將吸收的光能合成有機(jī)物，為自身的生長(zhǎng)和發(fā)育提供能量和物質(zhì)。

這樣的師生對(duì)話(huà)，可以有效地將葉子概念車(chē)這一案例與光合作用與能量轉(zhuǎn)化的教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，有效激發(fā)學(xué)生的好奇心，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索植物在光合作用過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化。

二、應(yīng)用電子實(shí)驗(yàn)，理解實(shí)驗(yàn)原理

在高中生物學(xué)教學(xué)工作中，為了讓學(xué)生透徹理解一些核心概念，教師要應(yīng)用電子實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，掌握實(shí)驗(yàn)的步驟和方法?！熬G葉中色素的提取和分離”是這節(jié)課的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，教師可以應(yīng)用電子實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生突破重難點(diǎn)，可以讓學(xué)生分段觀(guān)看電子視頻。在學(xué)生觀(guān)看的同時(shí)，教師要提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生有效思考。

（一）色素的提取

在這一部分中，教師可以提出四個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生思考：

問(wèn)題一：為什么要選擇綠色、新鮮的葉片？若用衰老的黃葉，可能會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象，為什么？

問(wèn)題二：在研磨過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)人員先后加入了三種物質(zhì)，它們分別是什么？有什么作用？

問(wèn)題三：研磨完成后將研磨液迅速倒入玻璃漏斗，過(guò)濾時(shí)不能用濾紙，為什么？

問(wèn)題四：將濾液收集到試管后，為什么要用棉塞塞住？

（二）色素的分離

在這部分，教師也可以提出四個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)生思考：

問(wèn)題一：濾紙條剪去兩角的目的是什么？

問(wèn)題二：實(shí)驗(yàn)中為什么要在距這一端底部1 cm處用鉛筆畫(huà)一條細(xì)的橫線(xiàn)？

問(wèn)題三：為什么要畫(huà)綠葉細(xì)線(xiàn)？

問(wèn)題四：綠葉細(xì)線(xiàn)為什么不能觸及層析液？

教師通過(guò)有效的問(wèn)題引導(dǎo)，讓學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)操作中的一些注意事項(xiàng)，并用自己的語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行條理性的闡述和分析。

（三）分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

在這部分，教師可以讓學(xué)生觀(guān)察實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1），然后，根據(jù)結(jié)果嘗試分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，說(shuō)一說(shuō)為什么胡蘿卜素在最上方，哪種色素的含量最多。再讓學(xué)生說(shuō)一下是如何判斷的。

在這一部分中，教師還可以出示一些擴(kuò)展問(wèn)題讓學(xué)生思考。如色素提取液呈淡綠色，可能有哪些原因？若色素帶顏色較淺，其原因又有哪些？還可以進(jìn)一步讓學(xué)生思考：為什么春夏植物葉子翠綠？而深秋則葉片金黃呢？這類(lèi)開(kāi)放性問(wèn)題可以促進(jìn)學(xué)生透徹理解實(shí)驗(yàn)原理，提升學(xué)生思維的縝密性。

教師通過(guò)電子實(shí)驗(yàn)?zāi)M演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可以讓學(xué)生清晰地了解實(shí)驗(yàn)操作步驟，明白實(shí)驗(yàn)的原理。教師再配合有效的問(wèn)題引導(dǎo)，可以讓學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，為學(xué)生獨(dú)立操作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。尤其是結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果所設(shè)計(jì)的一些思考題目，可以讓學(xué)生對(duì)溶解度擴(kuò)散速度進(jìn)行思考。這可以指導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)規(guī)律，為學(xué)生后續(xù)其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析奠定良好基礎(chǔ)。

三、圍繞核心概念，引導(dǎo)學(xué)生深度探究

光合作用與能量轉(zhuǎn)化這部分涉及的內(nèi)容較多，除了涉及光合作用的基本過(guò)程，還有能量轉(zhuǎn)化，同時(shí)還要讓學(xué)生進(jìn)一步分析光合作用影響的因素。所以教師要重視以有效的問(wèn)題引導(dǎo)，幫助學(xué)生找到探究切入點(diǎn)。另外，教師還要重關(guān)注學(xué)生批判性思維的培養(yǎng)，為學(xué)生今后應(yīng)用科學(xué)原理解決實(shí)際問(wèn)題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（一）光合作用的基本原理

光合作用這一概念對(duì)學(xué)生來(lái)講并不陌生，他們?cè)诔踔须A段就已經(jīng)學(xué)過(guò)光合作用的基本原理。所以在這部分知識(shí)教學(xué)過(guò)程中，教師可以先拋出問(wèn)題，讓學(xué)生結(jié)合已經(jīng)學(xué)過(guò)的內(nèi)容，循序接受新知識(shí)。

教師可以讓學(xué)生思考如下問(wèn)題：光合作用的原理是什么？光合作用的場(chǎng)所集中在哪里？并讓學(xué)生分析光合作用的產(chǎn)物是什么，以問(wèn)題為引導(dǎo)，讓學(xué)生回顧前期所學(xué)內(nèi)容，嘗試寫(xiě)出光合作用反應(yīng)式。

CO2+H2O（CH2O）+O2

從學(xué)生熟悉的基礎(chǔ)內(nèi)容導(dǎo)入，可以降低學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解難度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這時(shí)候，教師可以引出1865年德國(guó)植物學(xué)家薩克斯所做的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)葉綠體這一結(jié)構(gòu)。

（二）葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能

這部分內(nèi)容涉及的實(shí)驗(yàn)較多，教師可以將學(xué)生分成不同的小組，以小組為單元，進(jìn)一步讓學(xué)生閱讀課本資料，了解光合作用的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。這一部分，教師可以設(shè)計(jì)以下問(wèn)題：

問(wèn)題一：為什么選用水綿和好氧細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料？

問(wèn)題二：為什么要選擇黑暗并且沒(méi)有空氣的環(huán)境？

問(wèn)題三：恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？

問(wèn)題四：在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域，為什么？

問(wèn)題五：恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)方法有什么巧妙之處？

圍繞教師提出的問(wèn)題，學(xué)生進(jìn)行有效的討論，通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以明白葉綠體的功能，并完成以下填空題。

葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能：

（1）結(jié)構(gòu)①雙層膜②基質(zhì)③基粒：由類(lèi)囊體堆疊而成

（2）功能：進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。

（3）物質(zhì)基礎(chǔ)：

在葉綠體內(nèi)部的類(lèi)囊體薄膜上，分布著許多吸收光能的色素分子。在類(lèi)囊體薄膜上和葉綠體基質(zhì)中，還有許多進(jìn)行光合作用所用的酶。

教師沿用這一思路讓學(xué)生思考1937年希爾所做的實(shí)驗(yàn)，其主要步驟是什么？可以得出哪些結(jié)論？再讓學(xué)生思考，1941年魯賓和卡門(mén)的實(shí)驗(yàn)證明了什么結(jié)論？接著，教師讓學(xué)生思考20世紀(jì)40年代卡爾文所做的實(shí)驗(yàn)，想一想：這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了什么結(jié)論？這一實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生重點(diǎn)體會(huì)同位素標(biāo)記法的應(yīng)用對(duì)科學(xué)的幫助。這部分內(nèi)容要結(jié)合化學(xué)知識(shí)來(lái)理解，也是實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科育人的一個(gè)典范。最后用阿爾農(nóng)在1954年和1957年所做的實(shí)驗(yàn)，證明了葉綠體合成ATP時(shí)與水的光解相伴隨。

通過(guò)這一系列經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生明白科學(xué)探究的道路漫長(zhǎng)而曲折。由此讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，并進(jìn)一步有效梳理光合作用中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的相關(guān)知識(shí)，形成對(duì)光合作用過(guò)程的全面認(rèn)知。

這部分還有一個(gè)難點(diǎn)就是對(duì)光反應(yīng)和暗反應(yīng)作比較。教師可以出示表格（見(jiàn)表2），讓學(xué)生以小組為單位討論分析，嘗試完成表格，以此梳理光合作用整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。

教師可以結(jié)合光合作用的過(guò)程讓學(xué)生對(duì)光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的反應(yīng)場(chǎng)所、反應(yīng)條件、物質(zhì)變化、能量轉(zhuǎn)化等信息有效對(duì)比，完成表格，從而讓學(xué)生明白光反應(yīng)主要在葉綠體的內(nèi)囊體薄膜上進(jìn)行，光反應(yīng)階段葉綠體中的色素吸收了光能。這部分光能有兩個(gè)用途：一是將水分解成了氧氣和氫離子，氧氣通過(guò)氣孔可以釋放出去，而氫離子就和NADP+結(jié)合形成了NADPH。NADPH作為還原劑，可以進(jìn)一步參與暗反應(yīng)階段。二是光反應(yīng)階段，葉綠體吸收的光能還可以用于酶的催化，形成ATP。這樣就將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存于ATP中。所以，光合作用的光反應(yīng)階段將光能轉(zhuǎn)變成了ATP和NADPH中的活躍化學(xué)能。暗反應(yīng)階段是在葉綠體的基質(zhì)內(nèi)進(jìn)行，這時(shí)候不再需要光照。暗反應(yīng)階段涉及了碳循環(huán)，又稱(chēng)為卡爾文循環(huán)。從外界吸收進(jìn)來(lái)的二氧化碳與葉綠體內(nèi)的C5結(jié)合，形成了兩個(gè)三碳化合物分子。在酶的催化下，碳酸接受ATP和NADPH釋放的能量。一部分碳酸經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)形成了糖類(lèi)；另一部分又重新形成了C5，參與下一個(gè)碳循環(huán)。教師通過(guò)對(duì)光反應(yīng)和暗反應(yīng)的梳理，可進(jìn)一步讓學(xué)生明確光合作用強(qiáng)度的表示方式，就是根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)制造或產(chǎn)生的有機(jī)物的量、固定二氧化碳的量和產(chǎn)生氧氣的量來(lái)判斷。

四、理實(shí)結(jié)合進(jìn)行光合作用原理的應(yīng)用

光合作用與能量轉(zhuǎn)化這部分內(nèi)容較多，理解光合作用的原理是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，尤其是光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程交互進(jìn)行循環(huán)往復(fù)，在生活中也有非常重要的應(yīng)用，所以在理解了光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程后，教師還要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究影響光合作用強(qiáng)度的一些環(huán)境因素。

教師可以結(jié)合圖2讓學(xué)生明白光合作用受光照強(qiáng)度的影響，當(dāng)光照強(qiáng)度為O時(shí)，葉片只進(jìn)行了呼吸作用；在AB段，隨著光照強(qiáng)度的逐步增加，植物的光合作用會(huì)逐漸增強(qiáng)，二氧化碳的釋放量也會(huì)隨之減少；到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，光合作用的強(qiáng)度恰好等于呼吸作用的強(qiáng)度，這時(shí)候植物細(xì)胞呼吸所釋放的二氧化碳將全部用于光合作用；在BC段，隨著光照強(qiáng)度的不斷增加，植物光合作用釋放大量氧氣。在這個(gè)過(guò)程中，不僅將細(xì)胞呼吸的二氧化碳用于光合作用，還會(huì)從外界吸收二氧化碳，用于光合作用。而到達(dá)C點(diǎn)即光飽和點(diǎn)之后，光照強(qiáng)度繼續(xù)增加，但植物的光合作用強(qiáng)度不再增加。C點(diǎn)之后，植物光合作用的受限因素有溫度、二氧化碳濃度、光照時(shí)間、色素含量、葉齡、葉片數(shù)量等。這部分，教師還可以讓學(xué)生以實(shí)驗(yàn)的方式探究光照強(qiáng)度，進(jìn)一步明確光合作用的影響：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)，光合作用的強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。

教師讓學(xué)生聯(lián)系生活，從整體上認(rèn)識(shí)光合作用的全過(guò)程，并引導(dǎo)學(xué)生思考在生活中如何應(yīng)用這一原理來(lái)促進(jìn)光合作用能量轉(zhuǎn)化，進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)通過(guò)外部條件的控制來(lái)促進(jìn)蔬菜增產(chǎn)，讓植物達(dá)到更好的生長(zhǎng)狀態(tài)。

教師可以設(shè)計(jì)如下問(wèn)題：

問(wèn)題一：靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？

問(wèn)題二：蔬菜大棚為什么要控制二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液成分和溫度等條件？

教師聯(lián)系實(shí)際讓學(xué)生進(jìn)行有效的問(wèn)題討論，可以讓學(xué)生在課堂上碰撞思維火花，促進(jìn)學(xué)生對(duì)光合作用的有效運(yùn)用，助力學(xué)生樹(shù)立生物學(xué)物質(zhì)和能量觀(guān)。

總之，光合作用是高中生物學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)。這部分涉及的內(nèi)容較多，教師不能一股腦將所有知識(shí)呈現(xiàn)給學(xué)生，而是要通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)探索的過(guò)程，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生進(jìn)入主動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)。最后，教師再通過(guò)農(nóng)業(yè)上光合作用原理的應(yīng)用，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物科學(xué)的價(jià)值，這對(duì)增強(qiáng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任意識(shí)、提高學(xué)生學(xué)科思維能力、促進(jìn)學(xué)生正確價(jià)值觀(guān)的形成有十分重要的作用。

（作者單位：滁州市第二中學(xué)）

編輯：曾彥慧