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中图分类号 G633.91 文献标志码 B
2018年9月,部分省市高一新生将使用全新修订的新课程标准和新教材。新课程标准的宗旨是培养学生生物学核心素养,包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任。生物学课程设计和实施追求少而精,聚焦核心概念,教学过程重实践,通过探究学习加深学生对生物学概念的理解和应用,从而发展其核心素养。概念教学的重要性逐渐被众多教师所熟知,准确掌握概念教学的基本策略对落实学科核心素养至关重要。
教师进行概念教学时,往往采用同化式概念教学策略,学生被动接受陌生术语,无法真正理解。下面以人教版高中生物教材《必修1?分子与细胞》中“光合作用的过程”一节为例,通过教学设计、教学实践、教学反思等过程,探讨如何通过形成式概念教学策略落实学科核心素养。
1 教学设计背景分析
1.1 教材分析
该课是人教版必修1第五章第二课时的内容,是高中生物非常重要的核心概念之一。教材中通过文字叙述和图解进行阐述,并对光反应和暗反应分别进行了定义概括。教材中对光反应和暗反应过程的描述简单明了,对两者之间的关系只有一句话的总结概括,没有实例分析,学生对其关系的重要性和相关性很难真正理解。
1.2 学情分析
学生在初中已经初步接触过光合作用,例如光合作用的定义、场所、原料、产物、光合作用的反应式等。高中学生的认知水平、逻辑推理能力等都已有明显的进步。通过前面章节的学习,学生对叶绿体中色素种类、功能、光合作用的探究历程等都有了基本的掌握。本节内容中光反应、暗反应以及两者之间的关系对于学生来说是全新的概念,也是本节要重点解决的核心概念。虽然教材中对过程的描述比较清晰,但学生理解这些抽象的概念还是有一定难度的。只有充分理解光合作用的过程,学生才能很好地理解和分析光合作用原理的应用及光合作用的影响因素。学生在学习过程中,往往能看懂教材,上课能听懂,但是在解决光合作用相关问题时就会遇到困难。究其根本原因,学生并没有充分理解光合作用的过程,从而在应用其原理分析具体问题时出现困难。
2 教学目标
2.1 知识目标
比较光合作用光反应和暗反应的具体物质变化和能量转换的过程;阐明光合作用的总反应式与实质。
2.2 能力目标
对相关实验资料分析、思考、讨论、探究等活动中,培养自主学习、自主探究的能力、语言表达及分享信息的能力;通过知识迁移在新的情境中解决问题的能力,学会用比较法进行学习。
2.3 情感、态度与价值观目标
培养生命观念,掌握研究生命现象的基本思想方法。
3 教学重点
光反应和暗反应的过程;光反应和暗反应之间的关系。
4 教学难点
理解并学会应用光合作用的光反应和暗反应机理及相互关系。
5 教学策略
以科学家发现光合作用过程的真实实验为探究素材,将核心概念分解成若干小问题,设置一系列问题串,通过形成概念逐一趋向概念内涵。学生通过分析讨论,进行概念建构。教师要强调科学史中的学科思维和探究精神;利用睿易云教学平台和Pad移动终端等现代教育技术,实现师生的及时互动,提高课堂教学效能;引导学生通过对新的情境进行小组探究,加深理解概念内涵和外延,在内涵与外延间建立联系;设置新情境,引导学生利用本节概念解决新的问题,达到学以致用的目标。
6 教学过程设计
6.1 复习导入
师:请同学们在练习本上写一下绿色植物光合作用反应式。教师通过Pad终端展示学生书写正确的反应式,纠正学生的书写错误,强调对基础知识的准确掌握。
学生回顾,书写。
设计意图:温故知新,引出光合作用场所――叶绿体的结构。
6.2 教学实施
概念1:叶绿体具有基粒等结构,是绿色植物光合作用的场所。
教师展示叶绿体结构模型,讲解结构,着重分析类囊体和基粒的关系。教师强调:光合色素和有关酶分布在类囊体的薄膜上,有些酶分布在叶绿体基质中。
学生看图析图,听教师讲解。
设计意图:为学习光合作用的过程奠定基础,使学生树立结构与功能相适应的观点。
概念2:叶绿素在光合作用中发挥重要作用。
教师提出问题:叶绿体中的色素与光合作用有什么关系?
教师展示实验,并引导学生得出结论。
学生阅读资料:1913年,德国的威尔斯泰特对叶绿素分子进行了研究。在阐明了它的化学性质之后,研究了叶绿素与光合作用的关系。他发现在光下,叶绿素的含量较高时,CO2转化为糖类的反应速率较快。
教师引导学生分析实验,得出结论:叶绿素在光合作用中有重要作用。
设计意图:学生通过实验过程和结果的分析,自然而然得出结论,印象深刻,也了解科学探究的方法。
概念3:叶绿体中的色素能捕获光能、传递和转化光能。
教师利用投影展示叶绿体色素的吸收光谱图,并提出问题:光合色素是如何起作用的呢?
学生得出结论:叶绿体中的色素可以吸收光能。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
设计意图:让学生明确色素吸收光能的特性,培养学生读图析图的能力,为建构光反应概念做铺垫。
概念4:光反应过程在类囊体膜上,色素吸收光能,将水分解成[H]和氧气,并将光能转化为ATP中的化学能。
(1) 希尔实验:水光解放氧。
教师展示阅读资料二:1937年,英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有NADP+(可与H+结合生成NADPH)的水溶液中,在无CO2的条件下给予光照,发现叶绿体中有O2放出。
教师展示图1,并提出问题:色素吸收的光能有什么作用呢?
学生分析实验,得出结论:色素吸收光能后可以将水分解释放出氧气。
(2) 阿尔农实验:光反应生成ATP和[H]。
教师提供阅读资料三:1954年,美国的阿尔农等用离体的叶绿体(获得类囊体悬浮液)做实验。在给叶绿体照光时发现,当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时,体系中就会有ATP和[H]产生。
教师展示图2。
学生分析实验,得出结论:在光下,类囊体上生成了ATP和[H]。
这两个实验的设计意图:还原科学史,让学生感悟科学发现的探究过程,像科学家那样探究和思考,培养学生科学探究和理性思维素养。
(3) 光反应过程概念建构。
教??提出问题:阳光下,在类囊体膜上能发生哪些反应?能量如何转变?请完成表格填写(表1)。
学生活动:根据资料二和资料三的实验结论,小组讨论,总结归纳,填写表格。通过Pad终端提交给老师,并分享讨论结果。教师评价总结。
设计意图:培养学生归纳总结能力、小组合作能力、语言表达能力、使用现代信息技术能力,完成光反应过程这一概念的完整建构。
概念5:暗反应过程在叶绿体基质中进行,固定CO2,利用光反应生成的[H]和ATP,生成(CH2O),将ATP中的化学能转化为(CH2O)中的化学能。
(1) 阿尔农实验:
教师提供阅读资料四:1954年,美国阿尔农等用离体的叶绿体继续做实验。在黑暗条件下,只要供给了ATP和[H],叶绿体就能将CO2转变为糖。
教师展示图3,并提出问题:在光下叶绿体通过光反应产生的ATP和[H]有什么用呢?
学生得出结论:在黑暗条件下,ATP和[H]是CO2转化为糖的必要条件。
设计意图:通过再现科学家实验,培养学生分析实验的能力。通过分析此实验,学生能够形成光反应为暗反应提供ATP和[H]这一重要概念。
(2) 卡尔文实验:
教师提供阅读材料五:从1946年开始,美国的卡尔文等研究了小球藻等植物进行光合作用时CO2转化为糖类的路线。他们向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30 s后检测产物,检测到了多种带14C标记的化合物。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现,90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。在5 s的光照后,卡尔文等同时检测到了含有放射性的五碳化合物(C5)和其夫子糖类化合物(CH2O)。
教师提出问题:CO2是如何转变成糖类等有机物的呢?
学生分析,得出推论:碳的转移途径如图4所示。
设计意图:通过科学家的实验设计方法,培养学生理性思维和科学探究素养,加深对暗反应阶段碳元素去向的理解。
(3) 实验探究1:
教师提出问题:卡尔文实验中,CO2供应正常,当停止光照时,短时间内C3和C5的浓度如何变化?原因是什么?
学生分小组进行探究,将探究结果写在学案上,通过Pad终端将答案提交给教师。小组代表进行讨论结果分享,小组间相互评价,教师进行总结评价。
设计意图:通过实验探究和推理,让学生明确光反应提供的ATP和[H]参与碳循环的具体阶段,并培养学生的理性思维、深度探究和语言表达交流素养。
(4) 实验探究2:
用温和方法分离得到的叶绿体结构完整,这样的叶绿体能够完成光合作用全过程,包括CO2的固定和糖类的生成。用剧烈方法分离得到的叶绿体含有很少或者根本没有叶绿体基质。这样的叶绿体能在光下产生O2、ATP、[H],但是不能固定CO2。
教师提出问题:这些反应进行的场所是哪里呢?请同学们阅读实验探究2。
学生阅读实验探究2,小组讨论实验方案,分享交流。
学生得出结论:CO2的固定和糖类的生成场所在叶绿体基质。
设计意图:让学生掌握科学的实验方法,明确暗反应的场所,从而培养学生理性思维和科学探究素养。
概念6:光合作用过程包括光反应和暗反应两个过程。
教师请各位学生完成学案中光合作用全过程图解(图4),观察各组的完成情况,利用Pad对某小组的答案进行评价,利用谈话法对光合作用全过程进行总结。
学生分小组讨论,归纳总结,填写光合作用全过程图解,通过Pad终端将答案推送给老师,小组分享并相互评价。
设计意图:通过填图,学生明确光反应和暗反应是不可独立进行的密切相关的生理过程,学会了建构知识框架,培养了归纳总结能力。
6.3 课后作业
列表比较光反应和暗反应的区别和联系;
从物质和能量角度阐述绿色植物光合作用的意义。
设计意图:教会学生学会用比较法进行概念学习,培养学生的生命观念学科素养。
7 教学评价
7.1 课中过程性评价
通过Pad终端,教师能及时看到各小组讨论结果,并由小组代表阐述结果,小组互相评价和教师总结相结合,及时发现并解决课堂中的既设问题和生成问题。
7.2 课后终结性评价
通过课后作业,教师可以了解学生是否真正理解光合作用的机理。尤其是通过第二道作业的解答,能够看出学生是否从宏观生态学的角度理解光合作用的意义,为下节课的教学做好铺垫。
8 教学反思
本节课的教学重点是光合作用的光反应和暗反应的过程。在以往的教学中,大多数教师采用的策略是直接向学生分步展示每个过程的物质变化和能量变化,然后进行详细的讲解,学生学习的过程是在教师讲解之后,在理解过程的基础上将光合作用流程图背下来。这样学生更多的是通过死记硬背把过程记下来,对学生理性思维和科学探究素养的提升是很有限的。教师在进行教学设计时,应大胆创新,改变以往同化式概念教学模式,采用形成式概念教学策略和智慧课堂教学策略,通过把科学家对光合作用过程的探究历程真实再现,让学生通过分析实验过程,小组研讨,得出结论,逐步形成概念。运用现代教育技术,学生研讨结果通过Pad终端及时反馈给教师,教师及时对典型问题做出点评。通过对若干原始科学实验的探究形成若干概念后,在教学设计的最后,让学生在学案中独立完成光合作用全过程的流程图,然后分享交流,教师评价。这是一个总结提升的过程,既能培养学生的专业语言表达能力,又能考查这节课的教学效果。课后作业的设计是想培养学生利用比较法来进行知识巩固,同时能从宏观生态学和物质能量的角度去理解光合作用的重要意义,培养学生的生命观念素养和社会责任素养。
在教学过程中,学生基本能跟上实验探究思维,小组讨论环节的气氛也非常好,每个小组都能准确地得出每个实验的结论,能在教师指定时间内在学案上写完答案,并通过Pad提交给教师。在分享环节,8个学习小组有6个小组都积极发言。虽然需要小组讨论的问题较多,但是整节课节奏控制得很好,基本按照教学设计的各个环节逐步推进,在45 min内,恰好完成了整节课的教学任务。课堂气氛也比较活跃,且这种活跃是学生思维的活跃,不是表面的气氛活跃。
一、理清经典实验,了解发现历程
在光合作用发现的历程中,有许多科学家做了大量实验,学生通过了解历史,可以从中领略前人的思维和方法。例如,普里斯特利的实验只是证明了空气可以被植物更新,不知道更换了什么气体。而且该实验没有设置对照实验:放绿色植物与没放绿色植物对照,结论可信度不高。教师在教学活动中,一定要阐明普里斯特利的实验只是第一步,后来还有许多科学家,例如,萨克斯、恩格尔曼、鲁宾和卡门等,他们前仆后继,共同努力,才发现了这一伟大的生理过程。从中体现出前人几十年努力得出的知识经验来之不易,要让学生知道大科学家的结论都有可能被修改和补充。作为学生,更应该总结前人的经验,刻苦学习,不怕挫折。
二、突破难点,注重考点
1.关于反应式的理解
本节课难点之一,是光与光合作用过程中的物质转变,课本给出的反应式:H2O+CO2(CH2O)+O2只表明了光合作用的场所、条件、原料和产物,较为笼统,并未表示出反应物和生成物的物质转化关系。利用同位素示踪法标记水和二氧化碳,先用氧的同位素标记水,产生的氧气全部有放射性。若标记二氧化碳,除了糖类有放射性外,部分水也有放射性,释放的氧气全部无放射性。因此,反应式又可以写成:CO2+2H2O(CH2O)+O2+H2O。此外,光合作用其实是一个非常复杂的生理过程,中间包括许多化学反应,但在许多试题中,总考到有关物质数量关系的计算,我们知道如果把产物写成最初的产物――葡萄糖,那么,总反应式又可以写成:6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O。所以对反应的理解应该更加灵活。
2.关于各类因素对光合作用的影响
对光合作用有影响的主要因素有光照强度、二氧化碳浓度、水、矿质元素、温度等。难点在于多种因素对光合作用的影响。如下图所示:
以上三图综合分析,P点时,限制光合速率的主要因素应该为横坐标所示的因素,随该因素的一直加强,光合速率不断提高。当到Q点时,自变量所表示的因素不再影响光合速率,要想提高光合速率,可以提高其他因素的强度。各种办法相结合,可在学习过程中起到很大的作用。
3.关于光合作用和细胞呼吸之间的关系
呼吸作用这一生理过程和光合作用一样,同样在高中生物课本中占有极为重要的地位。以往的高考试题中,也是重要考点,其中实际光合速率、净光合速率和呼吸速率三者之间的关系尤为重要,真正光合速率等于净光合速率与呼吸速率之和。要让学生理解三者的表示方法,如净光合速率可以用氧气的释放量、二氧化碳的吸收量、有机物的积累量等不同方法来表示等。
三、对光合作用重要意义的理解
教师在教学活动中,要强调光合作用的重要之处,甚至伟大之处在于它对整个生物圈,整个地球的意义,具体表现如下:
1.提供有机物给整个生物界
地球上的植物每年约合成5×1011吨有机物,能直接或间接作为人类和动物的食物,地球上的自养植物,一年中通过光合作用约制造2×1011吨碳素,其中40%是由浮游植物制造的,另外60%是由陆生植物制造的。
2.为整个地球提供氧气
整个地球上,生物呼吸和燃烧的作用,每年使3.15×1011吨氧气被消耗,通过计算,可知大气层中包含的氧气将在3000年左右耗尽。但是,植物在吸收二氧化碳的同时也释放出5.3×1011吨氧气,所以,大气中的氧仍然维持在21%。
3.给人类社会的发展提供能量
关键词:高中生物;合作学习;合作技能
中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2011)09-00-01
合作学习是我国基础教育课程改革极力倡导的三大学习方法之一,也是当今世界学习研究的重要方式之一,它开辟了现代教学研究的新领域,发展了课堂教学互动理论,强调协作、分享精神,能够为学生在社会性的群体中的适应和发展做准备,因此正被广泛地应用于课堂教学中。但在具体操作过程中,由于一些教师没能很好地培养学生掌握一定的合作技能,从而使合作学习流于形式,达不到预期的效果。笔者在最初的实施过程中也曾迷茫徘徊过,甚至也曾步入流于形式的误区,没有真正发挥小组合作的作用,但在教学实践过程中经过不断的探索和尝试,并阅读大量有关合作学习方面的书籍,逐渐悟出许多合作课堂难以达到预期的效果,一个很重要的原因就是在于学生没有掌握一定的合作技能,不会交流,从而不会合作。那么在实施合作学习的过程中学生要掌握哪些合作技能呢?约翰逊兄弟等研究后认为在小组活动的不同阶段学生应掌握的合作技能是不同的。
在这里我以高中生物“影响光合作用的因素”的合作学习为例来阐述学生应掌握的技能,教师在提出“前面我们已经学习了光合作用的过程,那么哪些因素能够影响光合作用的速率,又是怎样影响的呢?”的合作问题后,将学生分成若干个异质性小组,为保证小组成员在合作学习中人到心到,首先应培养学生“形成规范”这一技能,即要求小组成员应遵守纪律,不要吵闹,说话要轻声细语,能轮流发言,不要轻易打断其他小组成员的发言,不要说一些与所谈问题的话。因此刚开始实施时最好专门设立一位监督员来控制声响,维持秩序。在学生形成规范后就要培养学生的第二个技能――“发挥功能”,要求小组成员人人参与,都能提出自己的见解。在进行“影响光合作用的因素”合作学习的过程中,不同的学生提出的问题不同,有的学生提出“光能影响光合作用的速率”,有的学生提出“二氧化碳能影响光合作用的速率”,还有的学生提出“温度也能影响光合作用的速率”等等,小组成员之间彼此能分享材料、观点或意见。对于不同的观点或意见,小组成员可以提问、质疑,请求小组同伴的帮助和协同,如有的学生提出“温度怎么会影响光合作用的速率呢?我不太理解,你能不能给我解释一下?”那么被质疑的成员应进行解释和说明:“因为温度能够影响酶的活性,而光合作用过程中有很多的酶参与,特别是暗反应阶段。”等等。这样小组的成员之间都能分享观点和想法,深层把握思维过程,而这正是小组成功的基础。同时小组的成员应通过陈述和重申活动的任务或要求、建议有效完成任务的程序等来引导帮助小组活动向正确的方向发展。
是不是掌握上面两种技能就可以了呢?当然不行,要想加深对学习材料和所讨论问题的理解,形成高质量的合作学习过程,就必须培养学生掌握第三种技能,即“确立程式”,这种技能要求学生能够对刚刚阅读或讨论过的材料在不看的情况下进行口头总结,小组其他成员要适当地予以补充乃至正完善,使小组对学习材料的概括和总结更加准确可靠。例如学生刚才已经通过阅读一些有关光合作用方面的材料,并通过思考提出了一些自己的观点,那么这时就要在不看课本和笔记材料的情况下口头表达出来,如某学生是这样说的:“光能影响光合作用的速率是因为在光反应中叶绿体中的色素可以吸收光能,把光能转化为化学能,因此光通过影响光合作用的光反应来影响光合作用的,因此光照的强弱能够影响光合作用的速率,光照越强,光合作用的速率就越快,光照越弱,光合作用的速率就越慢。”此时小组的其他成员就会提出:“我觉得光对光合作用速率的影响不仅仅只有光照的强弱,可能还有其他的,比如光照时间的长短。”这样小组成员就继续围绕这个问题进行讨论,有的成员此时可能就会想到前面学习过的叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光,也就是在合作学习过程中要注意把学习的材料和所讨论的问题同以前学过的知识经验联系起来。这样学生通过讨论就会得出除了光照的强弱(即光照强度)能影响光合作用的速率外,光质,光照时间的长短都能够影响光合作用的速率。小组成员间通过补充正逐渐完善了某一成员的总结,使小组对学习材料的概括和总结更加可靠。为加深光对光合作用速率的影响的理解和记忆,小组同伴绘制了光照强度对光合作用速率影响的坐标图。当然在其他的合作小组中还可以采用制表、口诀、公式、关键词、提纲、摘要、小结、改写、复述等其他方法。
要促进小组成员对已有学习材料的再认识,保证小组成员充分发挥自己的思维能力,从多角度出发分析解决问题,要培养学生掌握“思维发酵”这一技能。学生在讨论、总结、制图后,有的小组成员思考后发现并不是光照越强,光合作用的速率越快,这时他就要表明自己的不同观点,当然规则是就事论事,不出现人格贬损或出言不逊的做法。然后小组成员查明思考问题时的差异所在,在充分讨论的基础上,将全组的观点进行概括、提炼和整合,最后得出“在一定的光照强度范围内,光合作用的速率随着光照强度的增强而增快,超过一定光照强度后,光合作用的速率不再随着光照强度的增强而增快”。小组成员要互相求证事实与推理的可靠性,澄清答案或结论的合理性,“为什么光照强度超过一定范围后光合作用的速率就不再随着光照强度的增强而增快呢?什么原因?”学生通过提出这样一些深度问题来推进理解光照强度对光合作用速率的影响这一过程。
当然要使学生掌握合作技能,首先要确保学生明白合作技能的重要性,通过讲解使学生理解每项技能的确切含义,通过安排一些要完成具体任务的活动角色,提供练习机会,使学生的技能得到锻炼,要为学生做出示范,并定期对技能进行提示、提醒、监督。教会学生能对技能的运用情况展开讨论、反思,以便能更有效地运用这些技能。绝大多数技能的形成都有一个缓慢学习的过程,要确保每个学生时常进行技能练习,只有充足的练习才能使技能成为他的行为习惯。这样他们就会自然而然地、很乐意地在合作学习中运用了。
参考文献:
生物评价类实验题是指给出实验整个过程,要求考生评价实验过程中的不足之处,并提出修正方案的题型。这类题出现的概率非常大。经过总结可以发现,命题者设计评价和修正的地方是有规律的,常为以下几处:
(1)实验材料和器材的功用不明确
一般来说,若是要根据题干所提供的材料和器材来设计实验,则应明确每种材料和器材的功用并加以合理利用。如果可以任意选择材料和器材,则题目具有更大的开放性,需要更仔细的分析。同学们可看材料用得对不对,现象正不正确,器材的功能对不对等。
(2)实验步骤的顺序错误
有些实验的步骤顺序是绝对不能颠倒的,如有关细菌培养的实验,只能先“灭菌”后“接种”;有关温度对酶活性影响的探究实验,一定要先“控制温度”后“让相关溶液混合”等。因此,同学们解题时可先在草稿纸上写出大致的步骤,然后再仔细考虑各步骤之间的顺序是否合理。
(3)未遵循单因子变量原则
在进行实验时,实验组和对照组的自变量只能是一个,无关变量要尽可能相同且适宜。因此,在设计实验时,同学们要分析实验组与对照组是否只有一个自变量,无关变量的设置是否相等。注意相应的地方应使用“等量”“适宜”“相同条件”等词。
(4)未设计对照实验或对照实验无意义
设置对照实验是一个最基本的生物实验原则。对照实验可分为:①空白对照,指不给对照组添加任何实验处理因素;②条件对照,指给对照组添加部分非研究的实验因素;③自身对照,对照和实验都在同一研究对象上进行;④相互对照,不单独设计对照组,而是几个实验组相互对照。有时一个实验需要设置多种对照实验来增强实验结果的说服力。
(5)实验结果与结论互相混淆
实验结论是由实验结果推导出来的,应该与实验目的相呼应。同学们在解题时,一定要明确题目的要求,不能将实验结果和实验结论混为一谈。其叙述方法是:若出现……结果,则有……结论。注意语言叙述的逻辑关系。
(6)观察和比较的指标不明确
观察和比较的指标应根据题意而创设,其遵循的思维逻辑顺序是:确立研究目标设置变量确立观察指标。观察指标应该是可观可测的。
(7)验证性实验与探究性实验混淆
验证性实验的结论是已知的、确定的,不需要进行讨论。探究性实验的结果是未知的,结论也是不确定的,需要进行讨论。
【典例1】(2011年江苏卷)洋葱(2n=16)为二倍体植物。为比较不同处理方法对洋葱根尖细胞分裂指数(即视野内分裂期细胞数占细胞总数的百分比)的影响,某研究性学习小组进行了相关实验,实验步骤如下:
①将洋葱的老根去除,经水培生根后取出。
②将洋葱分组同时转入质量分数为0.01%、0.1%的秋水仙素溶液中,分别培养24 h、36 h、48 h;秋水仙素处理停止后再转入清水中分别培养0 h、12 h、24 h、36 h。
③剪取根尖,用carnoy固定液(用3份无水乙醇、1份冰乙酸混匀)固定8 h,然后将根尖浸泡在1 mol/L的盐酸溶液中5~8 min。
④将根尖取出,放入盛有清水的培养皿中漂洗。
⑤用石炭酸-品红试剂染色
⑥制片、镜检、计数、拍照。
实验结果:不同方法处理后的细胞分裂指数(%)如下表。
请分析上述实验,回答有关问题:
(1)步骤③中“将根尖浸泡在1 mol/L的盐酸溶液中”的作用是 。
(2)步骤⑥为了获得相应的观察视野,镜检时正确的操作方法是 。
(3)根据所学的知识推测,石炭酸-品红试剂是一种 性染料。
(4)为了统计数据更加科学,计数时应采取的方法是 。
(5)根据上表结果可以得出如下初步结论:
①经质量分数为 的秋水仙素溶液诱导后的细胞分裂数较高;
②本实验的各种处理中,提高细胞分裂指数的最佳方法是 。
(6)下图为一位同学在步骤⑥拍摄的显微照片,形成细胞a的最可能的原因是 。
【答案】(1)使组织中细胞相互分离开来
(2)先在低倍镜下观察,缓慢移动装片,发现理想视野后换用高倍镜 (3)碱 (4)每组装片观察多个视野 (5)①0.01% ②用0.01%秋水仙素溶液诱导24 h,再在清水中培养36 h (6)秋水仙素处理发生在上一个细胞周期纺锤体形成之后
二、常见实验设计错误的矫正方法
(1)试误法:针对实验的目标状态,充分发散思维,大胆想象,尝试采用多种设计方案,然后从设计的科学性、可行性和简约性进行评估,寻求最佳设计方案,其模式如下图。
(2)填补法:通过设法填补两者之间的差距完成实验的设计过程,如果这种差距足够大,也可以分解成各级子目标,经过不断地填补一系列的小差距达目标状态。其模式如下图。
填补过程可以是顺向的,也可以是逆向的。
(3)类比法:利用已有的实验知识和技能设计出具有类比关系(起始状态与目标状态比较类似)的实验。其模式如下图。
3.评价和修改实验方案
解答这类题的基本方法是先分析评价再改进完善。评价可从以下几个方面进行:(1)解读实验目的,把握变量的设计,看是否设计了变量;(2)解读实验目的,把握实验结果,看结果显示是否正确,注意使用的原理是否妥当;(3)看是否遵循单一变量原则;(4)观察实验设计叙述中常规知识的准确性等。
根据对实验方案的评价,改进实验假设,完善步骤设计,重新确立变量,改变对照设置等。
【典例2】(2011年安徽理综卷)保水剂是一类高分子聚合物,可提高土壤持水能力及水肥利用率。某生物兴趣小组为探究“保水剂和氮肥对小麦光合作用的影响”,进行了以下实验:
材料用具:相同土壤基质栽培的小麦幼苗若干,保水剂、氮肥等。
方法步骤:①选取长势一致的小麦幼苗若干,平均分为A、B、C三组,分别施用适量的保水剂 (60 kg・hm-2)和氮肥(225 kg・hm-2),置于相同的轻度干旱条件下培养,其他培养条件相同且适宜。
②在小麦灌浆期选择晴朗无风的上午,于10 00 ~11 00从每组选取相同数量的叶片,进行CO2吸收量及叶绿素含量的测定,结果(均值)如下表:
实验结论:适量的保水剂与氮肥配施有利于提高小麦光合作用强度。
(1)请指出上述方法步骤中的缺陷并改正:步骤① ;步骤② 。
(2)如不考虑方法步骤中的缺陷,从影响光合作用的内在因素分析,保水剂与氮肥配施提高了CO2吸收量的原因可能是 。
(3)实验测得的CO2吸收量 (大于、等于、小于)光合作用过程中CO2实际消耗量,理由是 。光合作用强度可通过测定CO2吸收量,也可以通过测定 释放量计算。
【思维点拨】(1)实验设计时应遵循对照原则和单一变量原则,所以应设一组不施保水剂和氮肥的作为对照组;还应严格控制无关变量,保证叶片的数量和取材部位完全相同;(2)影响光合作用的内在因素有色素的量、酶的活性、酶的含量和C5化合物的量,保水剂与氮肥配施有可能提高了光合作用有关酶的含量与活性,从而提高了其CO2的吸收量;(3)实验测得的CO2吸收量为光合作用过程中CO2实际消耗量与呼吸作用CO2释放量之差,所以实验测得的CO2吸收量小于光合作用过程中CO2实际消耗量,光合作用强度可通过测定CO2吸收量或O2释放量来计算。
【答案】(1)没有对照组,应另设一组不施保水剂和氮肥的作为对照组 取材方法不科学,选取的叶片应取自植株的相同部位
关键词:高中生物教学;依托知识传播;培养学生能力
我们在教育过程中不断贯彻新教改中素质教育的理念,希望我们的教育教学能培养出一批具有综合素质的人才。但素质教育不是以孤立的形式存在的,它常常蕴含于学科知识的传授之中,在生物教学中,依托知识的传播去提升学生的各种能力,从而提升学生的综合素质是我们教学工作的方向与重点。笔者从事生物教学多年,在新课改中不断实施新的教学理念,在教学中注重依托知识的传播去提升学生的综合素质。现以高中生物教学“光合作用”这一重点知识为例,浅谈自己的做法及粗浅的认识,希望同行指正。
一、注重培养学生的观察能力与分析能力
生物学知识来源于对生活的观察与思考,这些知识的汇聚是多少代生物学家认真观察、周密思考得来的。学习生物,不是记住过程和结论那么简单,我们不是要把学生培养成接受知识的接收机,而是要传授给他们学习知识的方法,给予他们进一步研究的能力。授之以鱼不如授之以渔。学生习得了知识的同时更培养了能力才是我们教学的终极目标。所以利用课件演示实验的直观教学法不仅化难为易,也能引导学生学会观察,主动思考,从而培养学生的观察能力和分析能力。例如在学习光合作用这一部分时,教师用多媒体展示普里斯特列实验,让学生认真观察后思考:为什么B钟罩内的小白鼠没有死亡?植物从中起到了什么作用?学生通过观察实验,分析问题,得出结论:绿色植物能够更新由于蜡烛燃烧或呼吸而变得污浊了的空气。教师进一步追问:实验不能证明空气中的哪种成分?当其他人重复该实验时候,有可能成功,有的总是失败,直到后来,荷兰科学家英格蒙斯证实了普里斯特利的实验才能获得成功的条件,是什么条件?在这一教学过程中,同学们一边用心观察一边在老师问题的引导下不断思考,锻炼分析能力。
二、注重培养学生的动手能力与归纳能力
生物学知识的学习离不开实验,我们新教改中提及的培养学生的综合能力,首先是要培养学生的动手能力。当学生成为课堂的主人后,探究活动应以学生的活动为主,教师只起到引领者的作用。所以,有的演示实验学生有条件完成时,最好由学生来做,一则这是探寻真知的科学过程,二则可以培养学生的动手能力。对于一些不易做的实验,教师可采用转化法尽量让学生去亲手做一做,因为从实验中学到的理论印象深,有说服力。而动手与动脑要齐头并进:实验的改造与设计、结论的分析与得出等需要学生有归纳能力,不断练习是习得能力的根本方式。例如在学习光合作用这一部分时,教师最好让学生亲自做一做萨克斯实验。在实验过程中,学生锻炼了动手操作的能力。同时教师启发学生一步步思考实验中的问题:暗处理的目的是什么?叶片一半曝光另一半遮光目的是什么?碘蒸气处理叶片,目的是什么?高倍镜下观察“小蓝点”聚集的部位是细胞的什么结构?然后引导学生一步步归纳出结论,明白光合作用的场所、原料、条件和产物等。重复萨克斯实验虽没有学生的设计,但这能让学生体会科学研究的方法,而这一做法重在培养学生的归纳能力。只有动手做、动脑想,两相结合,才能学到真知。
三、注重培养学生合作学习与探究的能力
新课改中,教师已让出课堂主体地位,但学生作为教学活动的主体应如何去自主学习这是教师们不断探索的问题。目前大家多采用合作学习的方式,通过合作时的互相启思去培养学生的探究能力。例如,教师在展示恩吉尔曼的水绵实验后,会给大家提出一些问题,如选用水绵作为实验材料好在哪里?为什么选用极细的光束照射并且用好氧细菌进行检测?这个实验给了你什么启示?设计实验时应注意哪几个问题?……这些需要学生的群策群力才能解决,在小组活动中,大家相互启发,互相补充,能很快接近真理,同时也让学生们懂得,合作学习力量大,共同探究效率高。
四、注重培养学生关注生活实践
知识来源于生活,又是为生活服务的。我们不能将知识仅存放于书本上,要让知识化为生产力,所以,我们要在传授给学生知识时,要与社会生产实践相结合,培养学生关注生活实践的好习惯。例如在讲光合作用时,学生只有知道光合过程的各个环节,才能理解内外因素对光合作用的影响,才能进一步研究如何提高光合效率的途径,提高农业产量的技术。因此,学习光合作用的过程中,懂得让学生将理论与生活实践相联系,深系生产实际,让知识服务于人类生活,这是学以致用,这是将课内的知识最终化为服务社会的能力。
五、注重培养学生关心社会问题
1.了解光合作用的发现过程。
2.了解叶绿体,初步学习光合色素的提取方法。
3.学习光合作用的公式及实验过程和意义。
教学重点:
1.说出光合作用的发现过程。
2.分析实验原理及目的。
课时安排:2课时
教学难点:阐明发现光合作用实验的原理。
教学工具:板图、挂图、多媒体课件、实验。
教学过程:
导入:打开PPT,引导学生仔细研究和光合作用有联系的图,分析及思考光合作用的原理。
导议:提问1:什么是光合作用呢?与光合作用有关的一系列元素是什么?
(答1:光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧的过程参与光合作用的元素有叶绿体、光能、二氧化碳和水。最后产生的是有机物和氧。)
讲述:板书光合作用的化学公式,同学们有没有思考过这样一个问题,这个化学方程式是怎么产生的?这就是我们今天要学习的内容。
导思:绿色植物随处可见,有没有同学在生活中仔细观察过光合作用的过程?
可通过教材提供的几个著名实验为切入点进入学习:德国科学家萨克斯通过实验成功地证明了绿色叶片在中产生淀粉的实验;德国科学家恩吉尔曼证明叶绿体是进行场所,且氧由叶绿体释放出来的实验;20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究证明释放的氧气全部来自水的实验。
学生活动:1.仔细研究几个科学家的实验及实验结果。2.讲一讲每个实验各自得出的结论。3.结合几个科学家的实验结果,分析一下知道了哪些光合作用的知识点。4.由光合作用的发现历程,你还想到了什么?
活动结果:通过分析科学家的实验背景及实验过程,可以获知科学的发现是需要漫长的时间和自身不断努力和坚持的,现在课本上许许多多的科学成果都是几代科学家艰辛实验而成的,才推动了科学的进步及人类文明的成长。
过渡:接下来,我们在实验中见证一下光合作用的生理过程吧,首先我来认识一下叶绿体。
问:叶绿体在叶子的哪个部位?主要有什么功能?结构是什么样的?教师在PPT上展示叶绿体的结构图。
(答:集中在叶肉细胞中,是主要进行光合作用的细胞器。在显微镜中,叶绿体呈扁平的棉球形或球形。电镜下观察有双层膜,使叶绿体与细胞基质隔开,叶绿体的膜还可以控制物质的进出,叶绿体内部充满了基质和绿色的基粒。)
我们在电子显微镜下观察叶绿体的超薄切片,看到的叶绿体的基粒,是不是一个单纯的圆柱体呢?
(答:不是,是由一层一层的结构重叠而成的。)
讲述:就像一元的硬币一样,它们就像一个个硬币一般累叠而成,形成一个圆柱体,叶绿体中有几十个这样的圆柱体,仔细想想,这样的形状对于光合作用有什么作用?)
(答:对光合作用化学反应的进行有积极的推动作用。)
实验成果展示:
出示叶绿体色素提取滤纸带,分析一下:
1,含量最多及最少的色素分别是什么?其中稀释扩散速度最快的是什么?
2,缺镁的植物在生长过程会出现什么样的变化?为什么会产生这样的变化?
小结:叶绿体中的色素分为两大类:叶绿素和类胡萝卜素。叶绿素又分为两类:叶绿素a,呈蓝绿色;叶绿素b,呈黄绿色。类胡萝卜素也分为两类:胡萝卜素,呈橙黄色;叶黄素,呈黄色。
由于叶绿素含量约占总量的四分之三,而类胡萝卜素仅占四分之一,因此通常植物的叶子总是翠绿醉人的。这是由于叶绿素掩盖了类胡萝卜素颜色的缘故。但是,叶绿素很容易被破坏。秋天叶绿素会因为温度降低而被分解消失;其中活动比较稳定就是胡萝卜素和叶黄素。其中枫树“霜叶红于二月花”产生的缘由就是由于叶绿素分解的时候,大量花青素被转化形成了所造成的。那么这些色素存在的功能主要是什么呢?可以在一定条件下慢慢转化成光能,在恩吉尔曼的光能转化分析的实验中,我们可以研究出叶绿体中4种色素的颜色是与它们吸收光的情况相关的,我们可将提取出的叶绿体中的4种色素溶液分别放在可见光与三棱镜之间,可以看到连续光谱中有些波长的光被吸收了。(演示色素吸收光谱幻灯片。)
提问:同学们观察哪些波长的光吸收量大,哪些波长的光吸收量最少?
(答:主要吸收红橙光和蓝紫光,而对绿光吸收量最少。)
讲述:色素吸收的光,都能用于光合作用。由于色素对绿光的吸收量最少,绿光会被反射出来,因此叶绿体才呈现出绿色。
很好,综上可以得知,叶绿体是光合作用的载体,通过一系列的学习,我们不得不赞叹大自然的神奇。本节课中主要讲述了光合作用的实验过程,通过在科学家们的实验结果的分析基础上我们可以得知光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧的过程参与光合作用的元素有叶绿体、光能、二氧化碳和水,产物是有机物和氧气。最终明白我们不仅要知道实验结果,还要透过实验,分析科学家们实验设计的心理及思想,下节课我们再继续分析光合作用。
目标巩固:1.动动笔,写出光合作用的总反应式。
关键词:初中生物;探究教学;实践过程
中图分类号:G633.91文献标识码:B文章编号:1672-1578(2013)07-0204-02
初中生物是一门基础的自然学科,是学生健康成长的一门必修科目,也是高中生物的一个过度阶段科目。虽然新课改把初中生物列入学业水平考试,成绩纳入普通高中录取成绩,无疑,比起以往实行的中考,初中生物课的地位提高了不少,但是,生物课的课时没变。学生对即将进行的学业水平考试认识不到位(虽然在过去的八年学习生涯大大小小的考试参加了无数次,但参加选拔性考试还是初次)。由于父母外出务工,无人督促孩子学习;打工潮以及大学生就业难等问题的影响,加之传统的教学模式学习枯燥无味,学生普遍的厌学、弃学。
面对以上这些状况,我在教学中不断在寻找、在实践、在探究,用什么方法才能让学生最大限度的接受知识,考出好成绩的同时,还能掌握技能呢?探究式教学法就是一个不错的选择。
探究式教学法,学生不仅能学到生物知识,还能得到实验技能和科学方法的训练,同时还可以培养学生不断探究,团体协作的科学精神,实事求是的科学态度,更重要的是可以提高我们解决问题,参与决策的能力。
下面我就利用探究式教学来进行教学的实例,对探究式教学的功能进行讲述。
对于植物进行光合作用这部分内容比较抽象,我们如何让学生掌握植物进行光合作用的原理,这显得尤其重要,这儿我们主要看如何利用探究式教学来让学生掌握植物进行光合作用的原料和产物[1]。
提出问题:什么叫光合作用?植物进行光合作用时吸入了什么物质?利用太阳又制造出了什么物质?
分组进行实验探究:
小组1:准备实验二的操作,并总结其实验的结果,找出疑问的地方,并写出自己的实验结果,课堂中和老师一起学习探讨。
小组2:准备实验四的课前探究,此过程相对学生的水平来说难了一些,教师要做好课前指导,比如水浴加热时须让学生注意安全;提示让学生注意观察那些方面的内容,学生写出自己的观察结果。
1.引导学生看课本中的材料
17世纪,范. 海尔蒙特的实验,请同学们分析、观察,从该实验中我们可以得出什么结论?(学生:树长大了,土壤的质量没有明显的改变,证明了植物在生长过程中吸收了水分和极少量的土壤成分。)植物进行光合作用除了吸收水分,还会吸收其他物质吗?
2.实验二,课前让小组1进行此实验
课堂上,亲自带领同学做此实验,对此,验证学生的实验结果是否正确。步骤一,准备一小盆植物,一支蜡烛,一个玻璃罩,一只小老鼠。步骤二,分步实验:
2.1将植物,蜡烛点燃,根据植株的大小选择大于它体积四倍左右的玻璃罩罩住,用石蜡进行密封,放到有阳光的地方,观察其现象。(植物新鲜,蜡烛仍在燃烧);
2.2将植物与小老鼠罩起来密封,同样放到有阳光的地方,观察其现象。(植物新鲜,小老鼠仍然活着);
2.3同学们想,只将植物罩起来,放到有阳光的地方,会有什么现象,这个现象短时间不明显,请小组根据自己做的情况汇报其结果,(植物慢慢死亡)。为什么没有蜡烛,小老鼠的玻璃罩内的植物会死亡,小老鼠和蜡烛起了什么作用?(蜡烛燃烧,小老鼠呼吸放出了二氧化碳,证明了植物进行光合作用还吸收了CO2)。对小组和同学的结论进行评价。
3.实验三,植物进行光合作用吸收了水和二氧化碳,那它会制造出什么产物呢?请同学们观察以下实验现象
如将蜡烛单独罩起来放到阳光下,会怎么样?(蜡烛熄灭);若将小老鼠单独罩起来放到阳光下会怎么样?(小老鼠死亡);学生总结:小老鼠和人一样,呼吸时需吸氧气,呼出二氧化碳,没有氧气小老鼠将会死亡;蜡烛没有植物也熄灭,证明蜡烛燃烧也需要氧气,通过对比,证明植物进行光合作用制造了氧气。同学们思考,小老鼠、蜡烛能不能进行光合作用呢?(通过对比,不能)。很好,这个现象告诉了同学们只有植物能进行光合作用,植物进行光合作用或出了制造出氧气还有其他物质吗?请同学们在观察下步实验。
4.实验四,将一盆生长旺盛的天竺葵用黑色塑料袋罩上(或放置无光的黑暗处)一昼夜,选择天竺葵的一片叶,让它的上下两侧用小于叶片的黑纸遮起来,放在阳光下照射30分钟,此步骤由小组二来完成
老师做以下实验让学生观察其现象,摘下叶片,去掉黑纸;观察颜色有没有变化?把叶片放如盛有酒精适量的小烧杯中,加热,观察叶片颜色。用水冲洗叶片,加碘液,稍停片刻,在用水冲洗,观察叶片颜色。我们尝试改变实验步骤,完成了此实验。①选叶遮光②光照48小时③酒精脱色④加碘显色同学通过观察,讨论以下问题:
4.1为什么要把天竺葵放在黑暗处一昼夜?
4.2根据加碘液后颜色变化,能判断出叶子在光合作用下制造出了什么物质?碘液遇到淀粉会变蓝色,这是一种常见的化学现象,也就是说可以用碘液来检验淀粉的存在。教师进行总结:植物进行光合作用制造出了有机物淀粉[2]。
教师引导学生总结出植物进行光合作用的概念及公式。此实验步骤多,教师在此必须要做好正确的引导,特别是最后一步实验,为什么加碘液后叶片会变蓝色,这是初三才学到的,这儿教师须给予指导。
当然,面对新课程改革的全面发展,要想成为一名优秀的生物教师,单靠某种方法来完善教学理论是完全不可能的。对于我自己来说,我还有很多方面都需要不断学习和改进。总之,新课程改革时期的初中生物教师,要不断完善自身各个方面的素质,把握角色定位,要不断学,拓宽知识面,及时更新观念,提出改善教学的新思路,推动教育教学工作不断改革创新;要有敏锐的观察力和超前的意识,发现、研究和解决教育教学工作中出现的新问题;要善于营造有利于生物教学的良好气氛,充分调动学生的学习积极性、主动性、创造性,要有良好的心态和较高的道德修养,带领学生关注环保、关注我们生存的家园,共创人与自然的和谐,为生物教育开启新的发展空间。我相信,在我们的共同努力下,生物学将会是最有权威的科学[3]。
参考文献
[1]江山.中学生物教学法[J],2003第七-八期教学研究 探究式学中的问题情境设速反应置,2003,11(78):68-72
关键词 问题 思维 对照组 实验组
中图分类号:G633.6 文献标识码:A
曾说:问题是知识学问的老祖宗,古往今来一切知识的产生与积聚,都是因要解答问题。问题是思维的动力,创新的基石。学生的思维活动和求知欲望经常是从“问题”开始的,新课程倡导的“探究式学习”、“对话式学习”、“自主学习”等本质都是以问题为中心展开的教学。就中学生而言,学生在课堂上喜欢表现自己,但自我控制力差,目标不明确,目的性差,针对这些问题,教师在教学中如何设计问题,是提高课堂教学效果重要的一个环节。笔者结合个人的教学实践,以《光合作用的原理和应用》为例,简明论述了以问题为导线,通过引导学生复习、分析及概括等方法,达到培养学生主动学习习惯的目的。
1温故知新,引入新课
基于学生对叶绿体的结构在细胞结构中已深入学习过,而对于色素学生也有一些了解,所以在学习“捕获光能的色素”的内容时,先通过叶绿体结构示意图帮助学生回忆旧知识来构建新知识。
题1:植物能进行光合作用,是因为它具有一个特殊的结构,这个结构是什么?
题2:写出叶绿体的结构组成:
(1)组成①_____,④____的基本骨架是___。
(2)叶绿体内含有很多②____,极大的增大了受光面积。
(3)光合作用的酶存在于_____和______;光合作用的色素存在于______上。
题3:观察“绿叶中色素的提取和分离”的实验完成下面的问题。
(1)写出左侧滤纸条上四条色素带对应的色素种类及颜色:
①______、______ ②______、______
③______、______ ④______、______
(2)下图中线条的先后顺序和宽窄分别代表什么意思?
题4:你注意到了吗?
(1)研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么?
(2)画滤液细线时要注意什么问题?
(3)滤纸上的滤液细线为什么不能触及层析液?
(4)滤纸上的色带宽窄和位置的高低说明什么问题?
题5:学以致用:
(1)农用塑料大棚使用的薄膜一般为( )。
①无色②红色③黄色④绿色⑤蓝色⑥紫色⑦白色⑧黑色
A ①②⑤B ②⑤C ①②⑦ D ④⑦⑧
(2)夏天的树叶为什么一般呈现绿色?与秋天树叶变黄,有何不同之处?
通过以上问题串的设计,让学生学习目标明确,做到阅读、观察、讨论有的放矢,复习叶绿体结构之后自然过渡到色素的问题,对于色素的提取和分离实验采用一些问题指导学生观察实验现象,并通过以上(1)-(4)的问题讨论引导学生对本实验原理的理解以及实验操作中的一些注意事项。特别是最后应用问题的设计不仅让学生知道色素吸收光谱的知识,同时体会到学以致用的收获感,培养学生的学习兴趣,在结束本小节内容之前的最后一个小问题虽然和本节内容相关但想解释清楚还需要一些课外知识的,留给学生课后解决作为一个开阔眼见的机会。
2以“实验”为载体,“问题”为驱动,培养学生的实验能力
《能量之源光与光和作用》这一节内容中关于光合作用的探究历程的一系列实验是培养学生实验能力的好素材,新人教版教材中恩格尔曼的水绵的实验是以资料分析的形式出现的,旨在总结叶绿体的功能,但是这则实验精巧的设计更是培养学生实验能力的好素材。以下以恩格尔曼的实验为例,通过问题引导,让学生体会实验设计的原则。
在恩格尔曼的水绵实验中一共设置了两组实验,一组中把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中,然后用极细的光束照射水绵,另一组设计通过课本示意图可以看出:将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在完全曝光环境中。为方便学生分析下面设计以一系列问题,教师先以资料的形式让学生认识一下水绵这种藻类。
(1)通过观察实验现象,你能得出光合作用的产物是什么?进行光合作用的条件是什么?
(2)恩格尔曼的实验有何巧妙之处?
(3)恩格尔曼设置第二组实验的目的是什么?这两组实验中的变量是什么?如何理解实验组和对照组?
(4)恩格尔曼实验的结论是什么?
(5)综合恩格尔曼的实验概述此实验问题来源、 实验目的、原理、材料、设计的原理、结果和意义?
以上问题由浅入深层层递进,主要针对培养学生分析归纳及实验设计能力。例如:问题(1)注重现象面向所有的学生,在此基础上问题(2)在教师提供资料的帮助下针对性的探讨。前两个问题为第(3)个问题奠定了基础,实验精巧的设计之处除了选材外,实验的处理(极细光束照射)也是经典之处,此处理就是为体现实验设计单一变量的原则。问题(3)着重于让学生掌握理解单一变量以及实验组和对照组的知识点。在此实验中单一变量是光照的有无,所以曝光环境中的一组实验应该强调是在没有空气的环境中。本实验的因变量为好氧细菌所集中的位置,通过因变量可以准确地判断水绵产生氧气的部位。学生一般都认为在本组实验中曝光的一组是对照组,因为没有做任何处理,通过曝光组和黑暗组可以得到光是光合作用的条件这一结论,这样的理解是非常正确的,但除此之外恩格尔曼的实验中有几处对照:①在黑暗状态下的一组实验中的局部用极细的光束进行曝光,将光束曝光处(对照组)和未曝光处(实验组)形成对照,可判断产生氧气的部位是叶绿体,从而得出叶绿体是光合作用的场所的结论。②在黑暗组的实验中是一个动态的过程,通过极细光速照射前后的对比根据好氧细菌是否集中也可判断氧气产生的部位是叶绿体,说明叶绿体是光合作用的场所,在这组分析中黑暗组的用极细光束照射前与后形成自身对照。问题(5)主要是为了让学生从整体上把握一个实验设计要包括的步骤和内容,为今后的独立设计实验奠定基础。
参考文献
①BC段较AB段CO2浓度增加减慢,是因为低温使植物呼吸作用减弱。
②CO2浓度下降从DE段开始,说明植物进行光合作用是从D点开始的。
③FG段CO2浓度下降不明显,是因为气孔关闭,叶片对CO2的吸收减少。
④H点CO2浓度最低,说明此时植物对CO2的吸收最多,光合作用最强。
A.①② B.③④
C.①③ D.②④
【方法归纳】从以下两个角度综合分析光合作用和细胞呼吸的曲线。
(1)光合作用与细胞呼吸典型曲线上各点的分析:
有关光合作用和细胞呼吸关系的变化曲线图中,最典型的就是夏季的一天中CO2的吸收和释放变化曲线图,如图1所示。
■
曲线的各点含义及形成原因分析如下:
a点:凌晨3时~4时,温度降低,细胞呼吸强度减弱,CO2释放减少;
b点:上午6时左右,太阳出来,开始进行光合作用;
bc段:光合作用强度小于细胞呼吸强度;
c点:上午7时左右,光合作用强度等于细胞呼吸强度;
ce段:光合作用强度大于细胞呼吸强度;
d点:温度过高,部分气孔关闭,出现“午休”现象;
e点:下午6时左右,光合作用强度等于细胞呼吸强度;
ef段:光合作用强度小于细胞呼吸强度;
fg段:太阳落山,光合作用停止,只进行细胞呼吸。
【易错提醒】
1.(1)注意区分图1与典例图中纵坐标的含义,前者表示细胞吸收或释放二氧化碳的量,后者表示容器内二氧化碳浓度,两者变量不同。
(2)曲线的坡度表示反应速率的大小,坡度越大,表明光合作用或呼吸作用速率越大。
(3)典例图中的点D、H是曲线的拐点,表明光合作用强度等于细胞呼吸强度,分别对应于图1中的c、e点。
2.两个生物兴趣小组分别对酵母菌细胞呼吸方式进行了如下的探究实验。请分析回答:
(1)甲兴趣小组想探究的问题:酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置如图Ⅰ(a~d)所示:①请根据实验目的选择装置序号,并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)。有氧条件下的装置序号: ;无氧条件下的装置序号: 。②装置中c瓶的作用是 ,b瓶中澄清的石灰水还可用 代替。
■
(2)乙兴趣小组利用图Ⅱ所示装置(橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管),探究酵母菌的细胞呼吸类型。①想得到实验结论还必须同时设置对照实验,请问对照实验装置(假设该装置编号为Ⅲ)如何设计?______________________。②请预测与结论相符的现象,并填写下表:(a、b、c、d为移动方向)。③若酵母菌消耗的O2为3 mol/L,而释放的CO2为9 mol/L,则酵母菌无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的 倍。
■
(3)①装置Ⅲ除用等量清水代替NaOH溶液外,其他设计与装置Ⅱ相同;②a.向左,b.向右移,c.向左移,d.向右移。
3.将含酵母菌的葡萄糖溶液均分为4份,分别置于甲、乙、丙、丁四种条件下培养,测得CO2和O2体积变化的相对值如图所示。下列叙述正确的是( )
A.甲条件下,细胞呼吸的产物除CO2外,还有乳酸
B.乙条件下,有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多
C.丙条件下,细胞呼吸产生的ATP最少 D.丁条件下,产物中的CO2全部来自线粒体
■
4.(2013・安庆模拟)图1表示萌发小麦种子中发生的相关生理过程,A~E表示物质,①~④表示过程。图2表示测定消过毒的萌发的小麦种子呼吸商(呼吸商指单位时间内进行呼吸作用的生物释放二氧化碳量与吸收氧气量的比值)的实验装置。请分析回答:
■
(1)图1中,催化过程①②的酶存在于细胞的__________,物质E表示________。
(2)图2实验装置乙中,KOH溶液中放置筒状滤纸的目的是__________。
(3)假设小麦种子只以糖类为呼吸底物,在25 ℃下经10 min观察墨滴的移动情况,如发现甲装置中墨滴不动,乙装置中墨滴左移,则10 min内小麦种子中发生图1中的________(填序号)过程;如发现甲装置中墨滴右移,乙装置中墨滴不动,则10 min内小麦种子中发生图1中的________(填序号)过程。