張 燕 （上海市淞浦中學(xué) 上海 200941）

光合作用過(guò)程是光合作用教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。植物的光合作用系統(tǒng)是在植物漫長(zhǎng)的進(jìn)化史中逐步完善的。以光合作用的進(jìn)化史為素材組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，能在培養(yǎng)學(xué)生生命觀念的同時(shí)，促進(jìn)其對(duì)光合作用意義的思考，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任。

1 光合作用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的整體設(shè)計(jì)思路

“光合作用過(guò)程”是上?？茖W(xué)技術(shù)出版社高中《生命科學(xué)》教材第1 冊(cè)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(shí)鋪墊，以光合作用的科學(xué)史引入科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究方法，然后展開(kāi)光合作用過(guò)程的教學(xué)。光合作用過(guò)程是一個(gè)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(guò)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(jìn)化過(guò)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(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式探索植物進(jìn)化過(guò)程中光合作用的發(fā)展，構(gòu)建光合作用過(guò)程，感悟光合作用對(duì)地球環(huán)境和地球生物的影響。用2 課時(shí)的時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目啟動(dòng)、集中討論、交流和展示，并利用一定的課后時(shí)間完成小組展示需要的資源準(zhǔn)備等工作。

2 光合作用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施

2.1 光合作用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的主題確立和分解 向?qū)W生提供“藻類(lèi)植物→苔蘚植物→蕨類(lèi)植物→裸子植物→被子植物”的進(jìn)化史簡(jiǎn)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(jìn)化史發(fā)展？

學(xué)生根據(jù)已學(xué)過(guò)的“綠色植物通過(guò)葉綠體，利用光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成糖類(lèi)等有機(jī)物，并且釋放氧氣的過(guò)程”光合作用概念，討論后提出擬探究的3 類(lèi)問(wèn)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(lèi)？

2.2 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施

2.2.1 分組落實(shí)探究點(diǎn) 全班學(xué)生分成6 組，根據(jù)問(wèn)題和提示，每2 組研究一類(lèi)問(wèn)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(jìn)化史中CO2含量、O2含量變化等數(shù)據(jù)，進(jìn)行小組項(xiàng)目研究。

教師同時(shí)提示學(xué)生，在研究上述問(wèn)題時(shí)，要考慮2 個(gè)問(wèn)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(jìn)化對(duì)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(wèn)題相關(guān)的進(jìn)化時(shí)期。例如，第1～2 組的學(xué)生在研究光能的利用時(shí)提出，根據(jù)已學(xué)知識(shí)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(jìn)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(jìn)化，即從苔蘚植物到蕨類(lèi)植物的進(jìn)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(jìn)化史作為研究素材。

2.2.2 小組交流和互補(bǔ) 經(jīng)組內(nèi)合作學(xué)習(xí)，進(jìn)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(méi)有深入分析這種功能改變對(duì)物質(zhì)和能量利用的影響；有的小組沒(méi)有考慮某種光合作用能力的進(jìn)化對(duì)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(bǔ)充。因此，在第1 次交流后，6 個(gè)小組對(duì)同質(zhì)問(wèn)題和異質(zhì)問(wèn)題的研究角度、表述方式進(jìn)行比較和補(bǔ)充，并在第2 課時(shí)進(jìn)行第2 次交流。各小組陳述的3 類(lèi)問(wèn)題研究概要如下：

問(wèn)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(lèi)，這些藻類(lèi)細(xì)胞中有葉綠體，就有了進(jìn)行光合作用的固定場(chǎng)所。葉綠體色素對(duì)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(lèi)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(wèn)題：被葉綠素吸收的光能，在后續(xù)過(guò)程中會(huì)以什么能量形式存在？

問(wèn)題②：光合作用需要水，生活在潮濕環(huán)境下的苔蘚進(jìn)化出具有支撐作用的假根。而正在離開(kāi)水環(huán)境的蕨類(lèi)植物進(jìn)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(wú)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(yáng)的紫外線輻射，保護(hù)了地球生物的生存。

待解決的問(wèn)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(wèn)題③：早期地球上的動(dòng)物較少，CO2含量也不高。在植物長(zhǎng)時(shí)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(lèi)植物進(jìn)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(jìn)化出用以儲(chǔ)存光合作用產(chǎn)物（糖類(lèi)）的器官，例如，根、莖、果實(shí)，這些儲(chǔ)存的有機(jī)物為動(dòng)物的生存提供了食物。

待解決的問(wèn)題：從CO2到糖類(lèi)，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(duì)光合作用進(jìn)化史的整合和過(guò)程猜想以組間交流為基礎(chǔ)，各小組進(jìn)行光合作用進(jìn)化史的列表整合，并將各小組最后提出的問(wèn)題進(jìn)行合理猜想（表1）。

表1 光合作用進(jìn)化史的探究總結(jié)及過(guò)程猜想

2.2.4 光合作用過(guò)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(guò)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(chǔ)存至糖類(lèi)等有機(jī)物中，歸納光合作用產(chǎn)物對(duì)地球環(huán)境和生物生存的作用和意義。

2.2.5 光合作用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的小組評(píng)價(jià) 對(duì)小組學(xué)習(xí)活動(dòng)分團(tuán)隊(duì)合作、創(chuàng)新創(chuàng)造、批判性思維、展示技巧4 個(gè)部分進(jìn)行評(píng)價(jià)（表2）[1]。

表2 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)小組評(píng)價(jià)表

3 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)組織的反思

教師在學(xué)生的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)，融入了進(jìn)化史的光合作用過(guò)程學(xué)習(xí)，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)變的主動(dòng)探究，引發(fā)了其對(duì)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(duì)地球和生命生存的重大意義。此外，在光合作用和進(jìn)化史的融合學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。有些小組對(duì)地球某些時(shí)期高含氧量對(duì)昆蟲(chóng)體型的影響、大型食植動(dòng)物對(duì)植物形態(tài)的影響等課題產(chǎn)生了新的研究興趣，使項(xiàng)目式學(xué)習(xí)有了持續(xù)性和發(fā)展性。