王志坤

【摘要】本文以光合作用科學(xué)史軌跡為背景，采用學(xué)生自主閱讀、自我積累的自主學(xué)習(xí)和小組討論相結(jié)合教學(xué)策略，通過用光合作用研究的真實材料論證光合作用過程，落實生命觀念。

【關(guān)鍵詞】論證式教學(xué);生命觀念;光合作用;教學(xué)設(shè)計

【基金項目】本文系臺州市黃巖中學(xué)2018年度名師名校長專項課題“基于生命觀念的生物學(xué)課堂教學(xué)探索”（項目編號：tm18048）的研究成果。

一、教材分析

“光合作用”是浙科版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書必修《分子與細(xì)胞》第三章第五節(jié)的內(nèi)容。光合作用對自然有著非常重要的意義，是生物最基本的新陳代謝方式，它利用光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成糖。光合作用是前二章知識（細(xì)胞結(jié)構(gòu)、能量和酶等）的鞏固和應(yīng)用，是未學(xué)知識（穩(wěn)態(tài)）的基礎(chǔ)，在知識銜接上具有承上啟下的作用。光合作用過程是該模塊的核心內(nèi)容，更是學(xué)生學(xué)習(xí)和理解本章節(jié)必須掌握的重點知識，其中涉及的相關(guān)內(nèi)容更是落實生物學(xué)核心素養(yǎng)——生命觀念的載體。

二、學(xué)情分析

初中《科學(xué)》對光合作用已有初步的介紹，并且高中生物《分子與細(xì)胞》第二章“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”對葉綠體進行了更為詳細(xì)的介紹，因此學(xué)生已有一定的基礎(chǔ)知識和思維能力，學(xué)習(xí)方法也出現(xiàn)了多樣性，自學(xué)能力也有了很大的提高，認(rèn)知活動能力明顯增強。而這一節(jié)知識涉及葉綠體的功能、光反應(yīng)、碳反應(yīng)等相關(guān)知識，但綜合來說光合作用的過程是重點。因此，在教學(xué)中，筆者重點通過初高中生物銜接教學(xué)和光合作用過程科學(xué)史重現(xiàn)的方式啟發(fā)學(xué)生自主探索，培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀;通過材料知識背景鋪墊設(shè)置相關(guān)問題，探索光反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)史，培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)與能量觀;結(jié)合已有的知識體系，重建碳反應(yīng)過程，使學(xué)生體會進化與適應(yīng)觀;聯(lián)系光反應(yīng)和碳反應(yīng)，構(gòu)建新的知識構(gòu)架，培養(yǎng)學(xué)生穩(wěn)態(tài)與平衡觀，從而達(dá)到進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)生物學(xué)核心素養(yǎng)的目的。

三、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

1.基礎(chǔ)目標(biāo)

說明光合作用的階段、場所和產(chǎn)物。概述光反應(yīng)發(fā)生的變化和碳反應(yīng)的過程。

2.發(fā)展目標(biāo)

闡明科學(xué)探究的基本過程，使學(xué)生領(lǐng)悟提出問題、搜集事實、捕獲信息和立論解釋的科學(xué)思維過程。

四、教法設(shè)計

首先，以學(xué)生為主體，重點闡述光合作用研究的歷史資料和成果，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息論證光合作用過程的能力。其次，教師作為主導(dǎo)，重現(xiàn)光合作用研究的科學(xué)史證據(jù)，讓學(xué)生以科學(xué)史證據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合自己的科學(xué)思維和已有知識證明光合作用的過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)和生命觀念。最后，以科研報告的形式呈現(xiàn)簡化版光合作用研究結(jié)果，以學(xué)生論證和分析為主，以教師聆聽學(xué)生的分析、討論、歸納為載體，師生共同參與，求證光合作用過程，逐漸滲透生命觀念。

五、教學(xué)過程

1.新課導(dǎo)入

幻燈片展示美麗的森林，引導(dǎo)學(xué)生要保護森林。

師：森林生態(tài)系統(tǒng)被稱之為“地球之肺”，能凈化大氣，維持氧平衡，而氧氣是怎樣產(chǎn)生的？

2.舊知識回顧——培養(yǎng)結(jié)構(gòu)與功能觀

通過共同回顧構(gòu)建葉綠體的基本結(jié)構(gòu)，體會結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念。

師：同學(xué)們回顧一下葉綠體的基本結(jié)構(gòu)，它有幾層膜組成？內(nèi)膜里充滿了濃稠的液體，稱之為什么？懸浮在基質(zhì)中許多類囊體構(gòu)成的是什么？光合色素存在于什么部位？光合作用是如何在葉綠體中進行的呢？

3.自學(xué)為主，思考與討論——培養(yǎng)物質(zhì)與能量觀

科學(xué)家為弄清光合作用的過程進行了大量的科學(xué)實驗，教師呈現(xiàn)光合作用研究的加工簡化材料，讓學(xué)生閱讀、討論并完成相應(yīng)的問題。

研究報告一：①光合色素存在于葉綠體的類囊體膜上;②光合色素具有吸收并轉(zhuǎn)化光的能力;③希爾在研究中發(fā)現(xiàn)離體葉綠體在光的作用下可把水分解成氧氣并產(chǎn)生還原物，后被稱為希爾反應(yīng);④阿爾農(nóng)在研究發(fā)現(xiàn)葉綠素吸收光能后可產(chǎn)生高能電子，并在傳遞中發(fā)生磷酸化偶聯(lián)，產(chǎn)生ATP;⑤后來阿爾農(nóng)等又發(fā)現(xiàn)：光下葉綠素能把從水中得到的氫傳遞給NADP+生成還原性物質(zhì)NADPH（氫的載體）。

研究報告一設(shè)計的問題如下：①上述科學(xué)實驗證明產(chǎn)生了何種物質(zhì)？寫出它們的化學(xué)方程式。②從能量的角度分析，光能轉(zhuǎn)變成了何種能量？③報告中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)需要的共同條件是什么？④報告中的化學(xué)反應(yīng)都發(fā)生在葉綠體的什么結(jié)構(gòu)上？讓學(xué)生總結(jié)出光反應(yīng)的條件與場所、物質(zhì)和能量變化。通過討論總構(gòu)建光反應(yīng)在葉綠體類囊體膜上的物質(zhì)和能量變化，提高學(xué)生的語言表達(dá)能力;通過分組討論構(gòu)建光反應(yīng)過程，培養(yǎng)學(xué)生物質(zhì)與能量觀，然后進行組間討論評價。

4.科學(xué)思維與論證——體會進化與適應(yīng)觀

水和二氧化碳都是光合作用的原料，光反應(yīng)中水被分解釋放氧氣，而二氧化碳是如何參與光合作用的呢？科學(xué)家們用同位素示蹤法研究了二氧化碳在光合作用中的軌跡。展示研究報告二。

研究報告二：①卡爾文等利用同位素示蹤法和其他技術(shù)，花了10年的時間研究CO2的去處，提供放射性14CO2，在開始的幾分之一秒時，發(fā)現(xiàn)了3-磷酸甘油酸（三碳酸分子，C3）含放射性，隨著時間的延長，三碳糖（三碳糖磷酸）等出現(xiàn)了放射性，而后五碳糖（RuBP，即核酮糖二磷酸）也出現(xiàn)了放射性。②卡爾文還發(fā)現(xiàn)，持續(xù)光照下C3和RuBP含量基本不變，如果突然中斷CO2的供應(yīng)，則RuBP含量增多，C3迅速減少;遮光后，C3的含量則急速升高，三碳糖和RuBP急速降低。③現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)葉綠體基質(zhì)在黑暗下提供ATP和NADPH可代替光照，通過CO2上述反應(yīng)可正常進行，產(chǎn)生糖類。

研究報告二設(shè)計的問題如下：①根據(jù)研究報告推理二氧化碳中的碳在光合作用中的路徑。②從研究報告中可知，CO2與什么結(jié)合生成C3，光照影響碳路徑中的什么步驟？③依據(jù)報告，可證明卡爾文研究的反應(yīng)發(fā)生的具體場所在哪里？能量形式轉(zhuǎn)換又是怎樣的呢？④結(jié)合報告一和報告二中內(nèi)容，推理并構(gòu)建光反應(yīng)和卡爾文實驗之間的關(guān)系。光反應(yīng)能為卡爾文循環(huán)提供何種物質(zhì)？學(xué)生經(jīng)過材料閱讀獲取科學(xué)的論證材料，并在積極討論過程中培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，通過完成上述活動問題，總結(jié)出卡爾文循環(huán)的場所、條件、物質(zhì)和能量變化;根據(jù)研究報告，結(jié)合光反應(yīng)和卡爾文循環(huán)的物質(zhì)變化，碳反應(yīng)與光反應(yīng)之間的聯(lián)系，構(gòu)建二者間的橋梁，體會進化與適應(yīng)觀。

5.合作探究，獲得新知——培養(yǎng)穩(wěn)態(tài)與平衡觀

通過展示光合作用研究報告的證據(jù)，學(xué)生可較好地自證光合作用的過程。之后，最終得出結(jié)論：光反應(yīng)與碳反應(yīng)是相互聯(lián)系的，從而培養(yǎng)學(xué)生穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

六、教學(xué)反思

光合作用過程是本節(jié)知識的第一節(jié)課，學(xué)生雖然有一定的知識積累，但都是零碎的知識片段，沒有形成內(nèi)在的知識網(wǎng)絡(luò)，在面對如此多而又陌生的實驗證據(jù)時還是有點迷惑，因此在課堂教學(xué)中落實生命觀念，就需要教師及時指導(dǎo)，讓學(xué)生在閱讀科學(xué)論證材料的基礎(chǔ)上形成生命觀念;注重光合作用概念的內(nèi)涵和外延，拓展、聯(lián)系相關(guān)知識，提高學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)水平。同時，教師也要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)、使學(xué)生獲得解決實際問題的能力。

【參考文獻(xiàn)】

徐秀云.“光合作用的原理”的教學(xué)設(shè)計[J].生物學(xué)教學(xué)，2016，41（8）：33-34.