冀少版八年級上冊第三單元第三章初中生探究影響光合作用的因素

1、探究思辨建模初中生探究影響光合作用的因素一、課題生成課程標(biāo)準(zhǔn)：“綠色植物能利用太陽能（光能），把二氧化碳和水合成貯存了能量的有機物，同時釋放氧氣”是2019版生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生建立的五十個重要概念之一。教材分析：葉的光合作用是冀少版八年級上冊第三單元第三章的內(nèi)容，教材中介紹了光合作用的產(chǎn)物（淀粉、氧氣）和原料（二氧化碳、水）。學(xué)情分析：學(xué)生學(xué)習(xí)光合作用相關(guān)知識后，學(xué)會了檢驗淀粉的方法，對影響光合作用的光照、溫度、二氧化碳濃度等因素產(chǎn)生了困惑和疑問，有一探究竟的強烈愿望，因此進行了本課題的研究。二、實驗器材輔助設(shè)備：氧氣傳感器，照度計，恒溫寶。圖1氧氣傳感器圖2照度計圖3恒溫寶通用器材：止水

2、閥，帶膠塞、彎管的錐形瓶，培養(yǎng)皿，鑷子，碘液，膠頭滴管，溫度計，燒杯，集氣瓶，三腳架，石棉網(wǎng)，酒精燈，裝有LEDt源的暗箱。圖4止水閥帶膠塞、彎管的錐形瓶圖5培養(yǎng)皿鑷子碘液膠頭滴管圖6溫度計燒杯圖7集氣瓶圖8三腳架石棉網(wǎng)酒精燈圖9內(nèi)有LED光源的暗箱三、實驗創(chuàng)新通過實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析，引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)模型圖10實驗現(xiàn)象數(shù)據(jù)輔助設(shè)備走進生物課堂，實現(xiàn)由定性實驗向定量實驗的延伸圖11輔助設(shè)備與高中知識相聯(lián)系，實現(xiàn)了初高中知識的銜接圖12與高中知識銜接選擇石家莊市區(qū)常見植物作為實驗材料，實現(xiàn)了對身邊資源的利用圖13實驗材料四、實驗設(shè)計思路在本節(jié)課的教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維為主線，通過問題聚焦、

3、探究實踐、主動建模和思維拓展四個環(huán)節(jié)來達成。五、實驗教學(xué)目標(biāo)知識性目標(biāo)：概述實驗基本步驟；分析現(xiàn)象得出影響光合作用因素的重要概念。技能性目標(biāo)：學(xué)會檢驗葉片中淀粉含量的實驗方法；學(xué)會使用氧氣傳感器檢測氧含量。情感性目標(biāo)：通過氧氣傳感器的使用，認(rèn)同技術(shù)對生物學(xué)研究的意義；養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度。六、實驗教學(xué)內(nèi)容本實驗利用石家莊市周邊常見植物作為實驗材料，探究了三種因素、四組不同條件下的光合作用。學(xué)生通過對不同條件下的實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果的分析，建構(gòu)概念并形成生命觀念。七、實驗教學(xué)過程1.問題聚焦學(xué)生聚焦了三個焦點問題。問題一：如何控制影響光合作用的因素？（光照強度、溫度、二氧化碳濃度）問題二：如何檢

4、測光合作用的強弱？（淀粉、氧氣）第2頁問題三：選擇哪種植物作為光合作用的實驗材料?（石家莊市區(qū)常見植物）經(jīng)過討論思辨，學(xué)生確定了如下方案。（1）問題一：影響因素的控制?！肮庹諒姸瓤刂啤笨梢栽诎迪鋬?nèi)設(shè)置不同亮度的光源。我們專門定制了木質(zhì)暗箱，準(zhǔn)備了不同亮度的LED光源，并用“照度計”測定了光照強度?！皽囟瓤刂啤笔峭瑢W(xué)們爭議最大的，最終他們確定了水浴控溫的方法，低溫通過冰水控制，高溫利用具有加熱功能的“恒溫寶”控制?！岸趸紳舛瓤刂啤?，同學(xué)們想到了通入二氧化碳?xì)怏w的方式。二氧化碳的化學(xué)制備方法初二學(xué)生尚未涉及，有同學(xué)提出碳酸飲料中溶有大量的二氧化碳?xì)怏w，可以通過晃動的方式促進其排出，然后用針管進

5、行收集。（2）問題二：檢測方法。如何檢測光合作用的強弱呢？學(xué)生根據(jù)已有知識想到了利用光合作用的兩種產(chǎn)物進行檢測。第一種方法，檢測單位時間內(nèi)，葉片中產(chǎn)生淀粉的多少。將葉片脫色后滴加碘液，根據(jù)顯示藍色深淺確定光合作用強弱。第二種方法，檢測單位時間內(nèi)，相同數(shù)量的葉片，產(chǎn)生氧氣的多少。可用排水集氣法收集氧氣，根據(jù)排出水的多少確定光合作用強弱。但這種方法需要的葉片數(shù)量較多，對裝置的氣密性要求較高。此時有學(xué)生提出，有更好的檢測方法嗎？借此機會，我向?qū)W生展示了氧氣傳感器，可定量測定一定空間內(nèi)氧氣濃度的變化，學(xué)生表現(xiàn)出了極大的興趣，認(rèn)為這種方法更準(zhǔn)確，直觀。（3）問題三：植物的選擇。教材中以天竺葵作為實驗材料

6、，在我們周圍天竺葵種植較少，我引導(dǎo)學(xué)生選取身邊植物作為實驗材料，他們決定選用常見的綠蘿。此時，有同學(xué)提出為了方便水浴控溫，選擇水生植物作為實驗材料。他們從石家莊汊河第3頁水域和花卉市場找來了莫絲、水綿、青葉草三種水生植物進行預(yù)實驗，發(fā)現(xiàn)莫絲脫色后滴加碘液無明顯變藍現(xiàn)象，水綿暗處理時間較長，而青葉草具備了易于脫色、顯色明顯的優(yōu)點，因此決定利用青葉草作為實驗材料。至此，同學(xué)們選擇了青葉草和綠蘿兩種實驗材料。設(shè)計意圖：學(xué)生以教材內(nèi)容作為學(xué)習(xí)資源，提出質(zhì)疑，進行論證，培養(yǎng)了科學(xué)思維的能力。2.探究實踐(1)方案設(shè)計。核心問題解決后，全班分為了青葉草組和綠蘿組兩個實驗組。每一組分三個小組分別探究光照、溫

7、度和二氧化碳濃度對光合作用的影響。這是各組制定的實驗方案。實驗方案匯總表影響因素青葉草組實驗條件綠蘿組實驗條件光照強度(Lux)066119303780066119303780溫度(C)1020304010203040加入二氧化彼里：(mD051015051015青葉草組：將青葉草暗處理15小時，每組控制條件34小時后脫色、滴加碘液，分辨藍色深淺。綠蘿組：用氧氣傳感器定量檢測氧氣濃度。在設(shè)計實驗時，探究二氧化碳濃度影響的青葉草組同學(xué)考慮到光合作用過程中氣體變化，設(shè)計了如下的實驗裝置。首先在錐形瓶中注滿沸水，排出溶解氣體，冷卻后放入葉片，打開1號止水閥通入二氧化碳?xì)怏w，之后關(guān)閉1號，打開2號止水

8、閥，排出產(chǎn)生的氧氣。圖14青葉草組“探究二氧化碳濃度對光合作用影響”實驗裝置選擇 500ml 集氣瓶作探究二氧化碳濃度影響的綠蘿組同學(xué)，為配合氧氣傳感器的使用，為實驗裝置。集氣瓶內(nèi)放入幾片綠蘿葉片合適呢？同學(xué)們進行預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)，只放入一片葉片數(shù)據(jù)變化緩慢，差值小，放入三片及以上葉片，互相遮擋，影響實驗結(jié)果，因此選擇放入兩片葉片。（2）科學(xué)實踐。方案確定好后，同學(xué)們開始了動手操作。兩個組同學(xué)在探究光照強度對光合作用的影響。圖15“光照強度對光合作用影響”實驗過程兩個組同學(xué)在探究溫度對光合作用的影響。圖16“溫度對光合作用影響”實驗過程兩個組同學(xué)在探究二氧化碳濃度對光合作用的影響。圖17“二氧化碳濃

9、度對光合作用影響”實驗過程設(shè)計意圖：學(xué)生運用歸納與概括的方法進行方案制定、科學(xué)實踐，培養(yǎng)了思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。主動建模各組的實驗現(xiàn)象如何呢？（1）探究光照強度對光合作用的影響。圖18（左）是青葉草組探究光照強度對光合作用影響的實驗結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)，隨光照強度的增加，葉片藍色加深，但最后兩個葉片藍色接近，這是什么原因呢？是因為光合作用增強積累的有機物都較多，不易區(qū)分，還是光照增加到一定程度后光合作用不再增強呢？帶著這些疑問，同學(xué)們進行了反復(fù)實驗和資料的查閱，得出了“在一定范圍內(nèi)，光合作用隨光照強度增加而增強”的結(jié)論。綠蘿組分析氧氣傳感器收集的數(shù)據(jù)，繪制曲線圖（圖18右），得出了同樣的結(jié)論。圖18“光照強

10、度對光合作用影響”實驗現(xiàn)象2）探究溫度對光合作用的影響。圖19（左）是青葉草組同學(xué)探究溫度對光合作用影響的實驗現(xiàn)象，他們看到30環(huán)境中的葉片藍色最深，因此他們得出了“光合作用需要適宜溫度”的結(jié)論。圖19（右）是綠蘿組同學(xué)根據(jù)收集的實驗數(shù)據(jù)繪制的曲線圖，他們得出了同樣的結(jié)論。圖19“溫度對光合作用影響”實驗現(xiàn)象（3）探究二氧化碳濃度對光合作用的影響。圖20是青葉草組同學(xué)探究二氧化碳濃度對光合作用影響的實驗現(xiàn)象，他們同樣發(fā)現(xiàn)最后兩個葉片的藍色程度接近，經(jīng)過多次實驗、查閱資料，同學(xué)們得出了“在一定范圍內(nèi)，光合作用隨二氧化碳濃度增加而增強”的結(jié)論。圖20青葉草組“二氧化碳濃度對光合作用影響”實驗現(xiàn)象綠

11、蘿組同學(xué)的實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)了與預(yù)期不一樣的結(jié)果。實驗開始時（圖21），只有空氣的第一組裝置內(nèi)，氧氣濃度上升最快，但是一段時間之后（圖22），第一組內(nèi)數(shù)據(jù)不再上升，二、三組的實驗數(shù)據(jù)上升速度依次加快。這是什么原因呢？經(jīng)過多次實驗、查閱資料，分析求解，同學(xué)們終于解開了迷霧，原來二氧化碳濃度過高會抑制光合作用。實驗開始時，二、三、四組裝置內(nèi)二氧化碳濃度高，光合作用受到抑制，但仍在進行，一段時間后，隨著二氧化碳的逐漸消耗，抑制解除，氧氣濃度逐漸上升。所以得出了和青葉草組同樣的結(jié)論。圖21綠蘿組“二氧化碳濃度對光合作用影響”實驗現(xiàn)象1圖22綠蘿組“二氧化碳濃度對光合作用影響”實驗現(xiàn)象2對三組實驗結(jié)論進行概括，學(xué)生建立了“一定范圍內(nèi)，光合作用隨光照強度、溫度、二氧化碳濃度的增加而增強?！钡母拍钅Ｐ汀ＴO(shè)計意圖：這個過程中學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，建構(gòu)數(shù)學(xué)模型和概念模型，培養(yǎng)了思維的深刻性。思維拓展在實驗的基礎(chǔ)上，學(xué)生進一步思辨認(rèn)識到。（1）不同植物光合作用的適宜溫度有所不同。（2）綠化環(huán)境、園林設(shè)計中應(yīng)該合理利用影響光合作用的因素。設(shè)計意圖：這個過程中學(xué)生以具體實驗事實為依據(jù)，進行思辨與推理，培養(yǎng)了思維的靈活性。整個實驗過程中學(xué)生通過質(zhì)疑與論證、歸納與概括、模型與建模、思辨與推理主動參與學(xué)習(xí)，發(fā)展了科學(xué)思維。八、實驗效果評價優(yōu)化課堂（1）通過實驗過程，學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究和科學(xué)思維得以落實。（