高中生物学光合作用发现史的教学策略

由于学生在初中阶段已经学习过光合作用的发现史，高中阶段的教学常常会出现两种误区，一种是不展开光合作用发现史的过程，弱化了生物科学史的教育功能；另一种依照时间顺序逐个展开，与初中教学存在大量重复，忽略了学生原有经验。基于高中学生的认知特点和发展需要，创设新颖的情境、优化教学内容、以问题的解决为主线，是提高课堂教学有效性的主要策略。

1   首先从学生已有的经验和知识出发 ，引入教学内容

学习的过程是一个螺旋上升的过程。学生在小学阶段的科学课中，已经初步了解植物能够进行光合作用。在初中学习光合作用时，既有对海尔蒙特、普利斯特利的实验分析，又有“绿叶在光下制造淀粉”、“绿叶在光下产生氧气”、“绿叶在光下吸收二氧化碳”等验证或探究实验，学生对光合作用概念的内涵有了感性的认识，并在此基础上，抽象得到光合作用的反应式。

高中阶段对光合作用发现史的教学过程中，如果忽略学生已有的经验，让学生沿着时间的主线，去分析那些经典的实验，表面上是体验科学探究的历程，实际上教学效果不理想。受认知水平和实验技术的限制，当年许多学者提出的极有价值问题今天已是一目了然，当年巧妙的实验方法今天可以用新的技术取代，如果教师设计的教学内容没有思维的深度，就无法激发学生学习的热情，更不能提高学生的科学探究能力，如“普利斯特利的实验可以得出什么结论”这一问题，当年只能说明“植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸变得污浊的空气”，而高中学生根据已有的经验，头脑中想到的是植物光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，上述问题已经不能成为真正的问题。

2   创设实验情境  激发学习兴趣

生物科学史中的学者和他们完成的实验，对于学生来说是比较遥远的。在课堂教学过程中，老师可以借助多媒体技术辅助，提供相关的文字、图片、视频等资源，尽量去还原当年的实验过程，但不同的人头脑中对实验材料、方法、过程、现象的认识可能存在比较大的差异，如同“盲人摸象”一样。通过讲授法学习科学史，缺少体验的过程，教学目标的达成常常得不到保证。

    许多经典的生物学实验，操作起来其实很简单，现象也十分明显，并且能够生成新的课程资源。如普利斯特利的实验，实验过程和实验结论都很简单，没有探究的价值，也不能激发学生的学习兴趣，如果能够将玻璃钟罩、植物、蜡烛等材料带到教室里，教师演示一遍或让学生动手操作一次，就会产生意想不到的效果。如下图所示，教师首先提出“在A、B两个钟罩内同时点燃蜡烛，哪一支先熄灭呢？”的问题，同学们根据已有的经验，认为植物进行光合作用产生氧气，A钟罩中的蜡烛将先熄灭。但实际结果却是B钟罩中的蜡烛先熄灭，这种与学生预期完全不同的结果，教师引导学生进行讨论，分析这种现象产生的原因。从实验设计的科学性分析，A、B两组实验的变量不是唯一的，B中多一盆植物，A中的空气体积比B中的大，氧气含量多；从实验进行的环境条件分析，教室内的光照相对不足，B钟罩内的植物光合作用的强度可能低于呼吸作用，不但不能释放氧气，还要吸收钟罩内的氧气，导致蜡烛先熄灭。

“光合作用发现史”的教学策略

    教师通过精心的预设，创造了一个真实的情境，生成的问题激发学生探究的热情，学生不是被动地去了解普利斯特利、英格豪斯的实验过程和结论，而是通过自主的观察和思考，通过合作学习，从实验设计的单一变量原则、无关变量的控制等角度，发现教师演示实验中存在的问题，从而真正提升了科学探究能力。

3   以问题为主线  培养探究能力

对光合作用发现史中的经典实验进行分解和重组，需要依据相应的逻辑基础，如现象与本质、过程与方法，创设新的情境，提出有价值的问题，以问题的解决为主线，使学生对光合作用发现史的认识实现从感性到理性的跨越。一节课的问题不宜太多，但要能把握教学的重点，关注各环节之间的过渡。

问题一：如何设计实验，证明CO2和H2O是光合作用的原料？

对高中学生来说，设计实验证明CO2是光合作用的原料不是难点，因为初中生物学的学习过程中已经涉及，如人教版教材中有探究实验“绿叶在光下吸收二氧化碳”，选择性碳酸氢钠溶液和自来水作为对照组；苏教版教材中有“植物光合作用需要二氧化碳”的资料分析，选择氢氧化钾溶液和清水作为对照组。先提出一个简单的问题，可以让学生感受到成功的喜悦，而证明H2O是光合作用原料的问题就具有一定的挑战性，实验的思想和方法可以从前一个实验迁移过来，如取同一植株上大小相同的两片叶，切断一张叶的叶脉（或直接从植株上切下来），从而切断水分的供应，放置在阳光下2小时，再应用萨克斯的方法检验淀粉的生成情况。也可能会有同学提出使用放射性同位素标记技术，观察参加反应的CO2和H2O中相关原子的转移路径，从而确定CO2和H2O是光合作用的原料等合理答案。

问题二：如何设计定量实验，说明光合作用的强弱？

学生在初中阶段完成“绿叶在光下制造淀粉”、“绿叶在光下产生氧气”、“绿叶在光下吸收二氧化碳”等实验，对光合作用的原料、产物、条件等有了感性的认识，设计实验以说明光合作用的强弱，需要运用已有的知识和方法，选择一个可测量的观察指标，这是从感性到理性的认知提升过程，这样的教学目标符合高中生发展的需求。影响光合作用强度的因素很多，首先要明确实验中的自变量，合理设置自变量的梯度，严格控制无关变量，而光合作用的强弱可以通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示，比较简易可行的通过排水集气法，收集光合作用释放的氧气。为降低问题的难度，提高学生思考和回答问题的指向性，教师可以提供部分实验材料，如金鱼藻、天平、量筒等。

问题三：纵观光合作用发现史，从实验材料和实验技术两个角度分析，有什么规律？

教学流程可以跳出光合作用发现史的时间顺序，大部分的时间是让学生在新情境中发现问题、解决问题，培养学生的科学探究能力，但“说明光合作用的认识过程”是高中生物课程标准中的具体内容标准，在教学设计中，必需要有一个环节是对光合作用发现史的全面回顾，包括时间、学者、实验的内容和结论。从实验材料的角度比较，学生会发现早期是柳树、薄荷、小鼠等高等动植物个体，萨克斯利用植物的营养器官（叶），最后是多细胞的水绵和单细胞的小球藻，实验材料的变化，说明人类对光合作用的研究是从整体向局部、从宏观向微观、从判断推理向实证发展；从实验技术的角度比较，最初是简单的称重和观察，后来出现化学鉴定、显微镜观察，最后是放射性同位素标记，说明化学、物理学的发展为生物学的研究提供了技术支持，其他学科向生物学的渗透，极大地推动生物学的发展。