“光合作用的過程”教學(xué)中正、負遷移現(xiàn)象及教學(xué)策略

“光合作用的過程”教學(xué)中正、負遷移現(xiàn)象及教學(xué)策略林建春作者簡介：林建春，浙江省溫州市洞頭區(qū)第一中學(xué)（溫州325700）o原發(fā)信息：《生物學(xué)教學(xué)》（滬）2021年第202111期第23-25頁內(nèi)容提要：文章通過分析“光合作用的過程”教學(xué)中4處典型的遷移現(xiàn)象，提出可通過深入分析現(xiàn)象背后的機制和原理、拓展學(xué)生的學(xué)科視域、關(guān)注實驗原理強調(diào)實驗?zāi)康?、?yīng)用概念圖等相應(yīng)策略以增強正遷移、減弱負遷移的發(fā)生，從而快速且有效地促成學(xué)生形成正確的生物學(xué)概念。知識遷移/光合作用/生物學(xué)概念教學(xué)/核心素養(yǎng)期刊名稱：《中學(xué)政治及其他各科教與學(xué)》復(fù)印期號：2022年02期知識遷移是一種學(xué)習(xí)對另一種學(xué)習(xí)的影響，是將已習(xí)得的經(jīng)驗（如知識、技能、方法、情感和態(tài)度等）在新情境中變通地加以應(yīng)用。根據(jù)知識遷移性質(zhì)的差異，分為正遷移（原有知識對新知識的學(xué)習(xí)有促進作用）和負遷移（原有知識對新知識的學(xué)習(xí)有阻礙作用）。盡管生物學(xué)課程內(nèi)容較為繁雜，但教學(xué)中假設(shè)能及時關(guān)注知識內(nèi)部的聯(lián)系，采取系列教學(xué)策略促進正遷移、減少負遷移的發(fā)生，將有助于學(xué)生迅速構(gòu)建概念和知識體系，提升分析和解決問題的能力。以"光合作用的過程”教學(xué)為例，由于光合作用過程涉及一系列復(fù)雜的物質(zhì)和能量變化，在進行系列科學(xué)史探究、模型建構(gòu)、概念形成的教學(xué)過程中都極易引發(fā)學(xué)生進行知識遷移。結(jié)合教學(xué)實踐，對"光合作用的過程"教學(xué)中4處典型的正、負遷移現(xiàn)象進行分析，并提出相應(yīng)的教學(xué)策略，以促成學(xué)生形成正確的生物學(xué)概念，并更好地實現(xiàn)"為遷移而教"的教育理念。一、"光合作用的過程"教學(xué)過程分析光合作用的過程包括光反響與碳反響兩個階段，主要采用探究科學(xué)史和建構(gòu)模型相結(jié)合的方式進行教學(xué)，其大致教學(xué)內(nèi)容如表1所示。根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》，該內(nèi)容的學(xué)習(xí)將幫助學(xué)生初步構(gòu)建起"植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學(xué)能"的概念口］,同時也為后續(xù)探究環(huán)境因素對光合速率的影響做鋪墊。二、教學(xué)中的遷移現(xiàn)象及教學(xué)策略光合作用是一個極其復(fù)雜的物質(zhì)與能量代謝過程，在進行科學(xué)史探究、模型構(gòu)建、概念講解等教學(xué)活動中，學(xué)生難免會將先前習(xí)得的知識或經(jīng)驗在此處進行遷移應(yīng)用。為順利構(gòu)建"光合作用的過程"模型（圖1）,教師需及時關(guān)注學(xué)生先前習(xí)得的經(jīng)驗，包括可能在教學(xué)過程中發(fā)生的正、負遷移現(xiàn)象，從而為順利開展課堂教學(xué)中的系列活動、提高教學(xué)效率提供保障。II(-)光反響中二跨膜運輸與ATP合成光反響階段發(fā)生水的光解、ATP合胡口NADPH合成三大物質(zhì)變化。在探究ATP是如何形成的教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師展示1963年賈格道夫(Jagendorf)等人進行的酸堿磷酸化實驗。將離體葉綠體類囊體置于pH=4的酸性溶液中平衡，之后轉(zhuǎn)移到含有ADP和Pi的pH=8緩沖液中，由此產(chǎn)生的質(zhì)子梯度為無光情況下的ATP合成提供了驅(qū)動力。通過該實驗，學(xué)生推理分析做出相應(yīng)的推測：①在光照條件下，水的光解發(fā)生于類囊體內(nèi)側(cè)膜上；②水光解在類囊體中積累了大量閡―I,從而造成了類濃度差。類囊體內(nèi)外—一濃度差如何與ATP合成建立起聯(lián)系，此處可能會發(fā)生不同程度的正、負遷移現(xiàn)象。愕:於那I正遷移現(xiàn)象：有氧呼吸過程中同樣也存在著一I跨膜運輸?shù)默F(xiàn)象(圖I?*,.2)，由于電子傳遞使得線粒體內(nèi)膜復(fù)合體工、m、w推動一I跨過內(nèi)膜到線粒體間隙，造成線粒體內(nèi)膜內(nèi)部基質(zhì)白/—I濃度低于間隙。該現(xiàn)象與類囊體膜內(nèi)外存卷「^農(nóng)度差極為相似，學(xué)生假設(shè)能將此現(xiàn)象在上述科學(xué)史探究中進行正遷移，有助于深入理解光反響階段中物質(zhì)和能量的變化。負遷移現(xiàn)象：主動轉(zhuǎn)運過程中，借助載體蛋白將運輸物質(zhì)從低濃度處運至高濃度處，此過程消耗ATPO不少學(xué)生將化學(xué)中的可逆反響在此處進行負遷移，認為該載體蛋白介導(dǎo)物質(zhì)從高濃度向低濃度進行運輸時，如『法求學(xué)白裁I從類囊體（高濃度）運輸至葉綠體基質(zhì)（低濃度），將釋放出能量用于推動ATP合成。教學(xué)策略：教學(xué)過程中，教師可給予學(xué)生適當(dāng)提醒，幫助學(xué)生回憶有氧呼吸第三階段ATP的形成機制，提升知識正遷移的發(fā)生可能。同時，進一步展示ATP合成酶的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)資料，再次幫助學(xué)生建工—I濃度差與ATP合成之間的關(guān)系，即膜內(nèi)外產(chǎn)生質(zhì)子濃度差和電位差（合稱為質(zhì)子動勢或質(zhì)子動力）中蘊含的自由能驅(qū)動ATP合成［2］。針對學(xué)生發(fā)生的負遷移，顯然是對主動轉(zhuǎn)運機制的錯誤理解造成，教師應(yīng)指出主動轉(zhuǎn)運過程中ATP的作用是參與載體蛋白形狀的改變，即使進行高濃度到低濃度的主動轉(zhuǎn)運，也需要ATP參與從而使載體蛋白形狀發(fā)生改變。生物學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)深入分析現(xiàn)象背后的機制、原理，從而有效防止錯誤觀念的形成。（二）光反響中的NADPH學(xué)生首次接觸光反響中出現(xiàn)的NADPH,會感到既陌生又熟悉，難免會思考NADPH是什么物質(zhì)、有什么作用等問題。浙科版生物學(xué)教材（2019年版）對NADPH簡單做了介紹，即NADPH為輔酶口，是氫的運載體。對物質(zhì)進行描述性解釋時，同樣也需要關(guān)注學(xué)生的知識遷移情況，進一步樹立正確的物質(zhì)與能量觀。正遷移現(xiàn)象：NADPH與細胞呼吸中的NADH在中、英文命名上都極其相似。將NADH的性質(zhì)、作用在光合作用中進行正遷移，有助于對NADPH概念的理解，也有利于理解光反響階段中的物質(zhì)與能量變化。負遷移現(xiàn)象：根據(jù)字面意思發(fā)生負遷移，NADPH作為一種輔酶，由于其中文名稱中含有"酶"，應(yīng)該與酶類似，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)或RNA,同樣也與生化反響中降低活化能、提高化學(xué)反響速率有關(guān)。F零輜教學(xué)策略：對NADPH進行描述性解釋時，展X_I和NAD（P）H分子結(jié)構(gòu)示意圖（圖3）,說明兩者之間存在相似性，以此有效促成學(xué)生進行正遷移，幫助學(xué)生認識該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能。同時，通過氧化型與還原型之間的轉(zhuǎn)變，也能消除學(xué)生的負遷移，即NADPH不是一種酶，不能為酶催化過程中降低活化能。止匕外，教師需引導(dǎo)學(xué)生多關(guān)注教材中的“小資料”，如在浙科版生物學(xué)教材中〃酶是生物催化劑"一節(jié)中的小資料"輔酶"和"細胞呼吸為細胞生活提供能量"一節(jié)中的小資料”參與需氧呼吸的輔酶"，拓展學(xué)生的學(xué)科視域，從而有助于學(xué)生在課堂教學(xué)中知識正遷移的發(fā)生。n（三）卡爾文的小球藻實驗在進行卡爾文循環(huán)教學(xué)時，展示1946年卡爾文等科學(xué)家利用小球藻F尸為材料，研需一喜化為糖類的實驗。卡爾文認為雖然被植物吸收的最終會進入植物體，但首先是進入碳水化合物。因此可通過追蹤由一帶進來的放射性在相繼產(chǎn)生的化合物中的分布，來識別光合作用過程InI中由I―k專化為碳水化合物的路徑。其實驗流程大致為：①向藻類細胞光合作用的原料中加兒—I-②連續(xù)間隔取樣，將藻類細胞置于熱酒精中一③別離溶解物中的分子（雙向紙層析法）一④進行放射性顯影，以確定放射性局部。盡管實驗流程并不煩瑣，但真正能夠把握卡爾文實驗操作的實質(zhì)，對于學(xué)生而言還頗有難度，尤其是其中的兩大關(guān)鍵步驟：為什么要將藻類置于酒精中，雙向紙層析的目的是什么？正遷移現(xiàn)象：將"光合色素的提取與別離”實驗進行正遷移。光合色素是一類有機物，因此，根據(jù)相似相溶原理采用乙醇進行提取，根據(jù)不同色素在層析液中溶解度不同，采用紙層析的方式進行別離。同樣，I—I在綠色植物中轉(zhuǎn)變成的一系列碳水化合物，也都屬于有機物范疇，因此可以采用乙醇進行提取以及利用紙層析進行別離。負遷移現(xiàn)象：無法理解卡爾文實驗操作目的，并將"光合色素的提取與別離”實驗進行負遷移，誤認為該過程與光合色素的提取、別離有關(guān)。教學(xué)策略：在"光合色素的提取與別離”實驗教學(xué)時，進一步關(guān)注實驗原理，甚至可以適當(dāng)拓展延伸物質(zhì)的提取與別離技術(shù)，為本實驗以及之后的肺炎雙球菌離體轉(zhuǎn)化等實驗的教學(xué)提供學(xué)科知識基礎(chǔ)。同時在引導(dǎo)學(xué)生將"光合色素的提取與別離"實驗在此處正遷移時，強調(diào)該實驗的目的，與光合色素的提取、別離無關(guān)，將學(xué)生的重點轉(zhuǎn)移至一系列的光合產(chǎn)物中來，從而減弱負遷移的發(fā)生。（四）光合作用M―I中氧原子去向「那公小W「中氧原子的去向，一直是光合作用教學(xué)中的疑難點。課堂中提出y????<?如何追/中氧原子的去向、該采用什么樣的實驗研究方法等問題時，同樣也會引發(fā)學(xué)生發(fā)生知識遷移。正遷移現(xiàn)象：結(jié)合有氧呼吸過程進行正遷移，即通過同位素示蹤的方叫海熱啜:"『籟法退假設(shè)?|法（用同位靠一扇A,檢測產(chǎn)物中的放射性情況，從而判斷氧原子的最終去向。負遷移現(xiàn)象：借鑒分泌蛋白合成、加工過程的實驗思路而發(fā)生負遷口同I—晾記的亮氨酸一樣，采用放射性同位素示蹤的方*>???****'MIR法，可以追M癌細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)移途徑。教學(xué)策略：盡管學(xué)生的正、負遷移中都提到了同位素示蹤的方法，但『穿:那衣"兩者的本質(zhì)卻完全不同。正遷移認為II中的o原子會參與其