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光电实验教学设计

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  摘要借助“情境—问题—探寻”的教学模式,通过光合作用的一系列经典实验,运用具体的实验例证引出自变量、检测指标与因变量的概念,引导学生理解实验设计的方法,即借助检测指标看自变量对因变量的影响。对“光是不是绿色植物进行光合作用不可缺少的条件”实验进行创新,培养学生在复杂的情境中综合运用知识进行判断、分析、解释、推理和评价能力,发展学生的科学思维。

光电实验教学设计

  关键词实验创新光合作用检测指标科学思维初中生物学

  1教材分析及设计思路

  “光是绿色植物进行光合作用不可缺少的条件”是人教版初中《生物学》重要的教学内容和考试评价内容之一。新授课时,学生通过教材的多个经典实验已经初步了解了光合作用的概念,并对实验设计思路进行了初步探索。作为实验复习课,笔者在引领学生回顾概念和经典实验的基础上,运用具体的实验例证,进一步提炼实验设计的基本方法;在新的问题情境中,运用相关原理和实验设计原则,对该实验方案进行创新及实践,提升对原有核心概念和实验设计方案的理解,发展学生的科学思维。

  2教学目标

  依据课程标准并围绕培养学生核心素养的要求,制订如下教学目标:

  (1)加深对绿色植物光合作用实质的理解,进一步提炼实验设计的基本方法。

  (2)以黑藻为实验材料,通过实验条件的控制获得可靠的实验数据(证据)作为检测指标,理解自变量和因变量的关系;借助光合作用的表达式和实验设计的方法对实验进行创新设计,进行科学探究,发展科学思维。

  (3)在理解概念和创新实验设计的过程中,能够行光合作用不可缺少的条件”实验的创新实验材料,贯穿于本节课的始终,也为后续实验的开展做铺垫。

  3.2回顾重要概念在卡片上标注光合作用的相关术语和连接符,包括淀粉、光能、二氧化碳、叶绿体、(储存能量)、条件、水、氧气、原料、场所、产物等,让学生基于已有的光合作用概念对卡片进行重组,构建光合作用的反应式。

  设计意图:利用卡片重组构建光合作用的反应式,一方面通过相关术语和连接符让学生回顾光合作用中的“物质变化”与“能量变化”,渗透物质与能量观、发展学生的生命观念,为后面的寻找实验依据奠定基础;另一方面还有助于激发学困生的学习积极性,面向全体学生。

  3.3重温实验设计方法借助虚拟实验平台,通过使学生身临其境的点击、触摸、拖拉,回顾“绿叶在光下制造有机物”实验的目的、步骤、现象和结论,让学生重温实验设计的方法(表1)。

  综合运用知识进行判断、分析、解释、推理和评价;同时体验知识的形成过程,培养分析与综合、抽象与概括等科学思维。

  3教学过程

  3.1课堂导入出示黑藻和天竺葵,让学生猜一猜它们所属的类群。呈现黑藻的相关知识链接,使学生明确其并非藻类植物,和天竺葵一样属于被子植物,也是进行光合作用实验的常用材料。以此开启“光合作用复习课”的探究之旅。

  设计意图:通过“猜一猜”激发学生的学习兴趣和探究欲望;通过对黑藻的知识呈现,让学生了解黑藻的形态结构和所属类群,同时黑藻作为“光是绿色植物进设计意图:虚拟实验平台增强了学生的体验感,提高了复习效益。以学生熟知的实验为具体实例,结合数学、物理等知识的储备,引出自变量、检测指标与因变量的概念,引导学生理解实验设计的方法,即探究实验的设计就是人为控制自变量,观察自变量导致检测指标的变化;检测指标的变化反映因变量的变化,由因变量的变化看自变量对因变量的影响。

  3.4聚焦检测指标环节1:氧气的检测。引导学生

  思考:如果要对“光是不是绿色植物进行光合作用不可缺少的条件”这个实验进行创新,可以看光照对植物产生氧气的影响(表2)。

  为学生提供黑藻、大试管、橡皮塞、一定浓度的碳酸氢钠溶液等,在独立思考后小组合作完成实验设计(图1)。设计意图:通过回顾“金鱼藻在光下释放氧气的经典实验”引导学生从自变量、检测指标、因变量3个角度,对“光是不是绿色植物进行光合作用不可缺少的条件”这个实验进行实验思路的引领,充分发展学生的科学思维。然后利用黑藻、大试管、一定浓度的碳酸氢钠溶液等完成实验设计,训练学生的动手操作能力,让学生在实验课中既动手又动脑,加深对科学探究的理解。

  环节2:二氧化碳浓度变化的检测。研究性学习

  小组学生发现有一种化学试剂BTB(溴麝香草酚蓝)水溶液颜色变化可反映水中二氧化碳含量变化,引导学生思考:如果要对“光是不是绿色植物进行光合作用不可缺少的条件”实验进行创新,可以看光照对植物吸收二氧化碳的影响。学生在进行实验设计时,往往只能设计出图2中第一组的实验。顺势提出驱动性问题:Ⓒ第一组的实验设计有没有缺陷?若有缺陷,哪种因素会对BTB水溶液颜色的变化产生干扰?Ⓒ你能尝试增加一组实验,使该实验达到实验目的吗?

  设计意图:通过创设新的问题情境,训练学生对知识的迁移能力,让学生在复杂的情境中综合运用知识,进行判断、分析、解释、推理和评价;另外在创新实验的创设过程中,学生很难一步到位创设成功,通过恰当的问题设置,引导学生不断地进行评价、完善,使学生的思维水平能得到螺旋式的发展,为培养科学思维创造条件。

  环节3:淀粉粒的检测。引导学生思考,可否通过一种更直观的方法证明叶绿体是光合作用的场所?然后动手制作黑藻幼叶临时装片,观察染色后的细胞叶绿体内有没有被碘液染上颜色的淀粉粒。完成该实验后,引导学生思考:如果要对“光是不是绿色植物进行光合作用不可缺少的条件”实验进行创新,可以看光照对叶绿体产生淀粉粒的影响(表3)。设计意图:该实验设计继续引导学生掌握实验设计的方法,但更侧重学生对曾经做过的实验的总结和反思。另外,要求学生使用高倍物镜去观察染色后的叶绿体中的淀粉粒,对学生熟练掌握光学显微镜或数码生物显微镜的使用方法提出了更高的要求。建议使用数码生物显微镜,可以快速观察到高倍物镜下叶绿体中的淀粉粒是否染色,既节省时间又便于学生在电脑上进行实验成果的展示交流。

  3.5构建思维导图学生利用光合作用的表达式,借助实验设计的思路和方法,构建本节课的思维导图(图略)。

  4教学反思

  本节课通过回顾之前的探究实验,对探究过程进行重新思考。以黑藻为创新实验材料,重新创设问题情境,从情境中梳理信息,提出问题,然后提供一定的实验器材让学生自主实验设计、合作交流,最后解决问题。在实验教学中,采用这样的教学模式既能激发学生源于生物学本身的魅力而生发的深层次的学习兴趣,还能培养学生的动手能力、分析和解决问题的能力、交流合作的能力以及科学的思维方法、态度、情感和价值观等,从而使学生的实验探究能力和生物学科学素养得到全面的发展[1]。

作者:吕慧玲,樊雷 单位:北京师范大学青岛城阳附属学校,山东省阳信县第一实验学校