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

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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(jī)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(yàn)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(qiáng)烈愿望，因此進(jìn)行 了本課題的研究。 二、實(shí)驗(yàn)器材 輔助設(shè)備：氧氣傳感器，

2、照度計(jì)，恒溫寶。 圖1氧氣傳感器圖2照度計(jì)圖3恒溫寶 通用器材：止水閥，帶膠塞、彎管的錐形瓶，培養(yǎng)皿，鑷子，碘液，膠頭滴管，溫度計(jì)， 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(jì)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(shí)驗(yàn)創(chuàng)新 1. 通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象數(shù)據(jù) 2. 輔助設(shè)備走進(jìn)生物課堂，實(shí)現(xiàn)由定性實(shí)驗(yàn)向定量實(shí)驗(yàn)的延伸 圖11輔助設(shè)備 3. 與高中知識相聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了初高中知識的銜接 圖12與高中知識銜接 4. 選擇

3、石家莊市區(qū)常見植物作為實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)現(xiàn)了對身邊資源的利用 圖13實(shí)驗(yàn)材料 四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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、探究實(shí)踐、主動 建模和思維拓展四個環(huán)節(jié)來達(dá)成。 五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo) 知識性目標(biāo)：概述實(shí)驗(yàn)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(yàn)葉片中淀粉含量的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容 本實(shí)驗(yàn)利用石家莊市周邊常見植物作為實(shí)驗(yàn)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

4、不同條件下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，建構(gòu)概念并形成生命 觀念。 七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程 1.問題聚焦 學(xué)生聚焦了三個焦點(diǎn)問題。 問題一：如何控制影響光合作用的因素？（光照強(qiáng)度、溫度、二氧化碳濃度） 問題二：如何檢測光合作用的強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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。 “光照強(qiáng)度控制”可以在暗箱內(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(jì)”測定了光照強(qiáng)度。 “溫度控制”是同學(xué)們爭議最大的，最終他們確定

5、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。 “二氧化碳濃度控制”，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(jìn)其排出，然后用針管進(jìn)行收集。 （2）問題二：檢測方法。 如何檢測光合作用的強(qiáng)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(jìn)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(lán)色深淺確定光合作用強(qiáng)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?？捎门潘瘹夥ㄊ? 集氧

6、氣，根據(jù)排出水的多少確定光合作用強(qiáng)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(jī)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(shí)驗(yàn)材料，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)莫絲脫色后滴加 碘液無明

7、顯變藍(lán)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(diǎn)， 因此決定利用青葉草作為實(shí)驗(yàn)材料。至此，同學(xué)們選擇了青葉草和綠蘿兩種實(shí)驗(yàn)材料。 設(shè)計(jì)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(jìn)行論證，培養(yǎng)了科學(xué)思維的能 力。 2.探究實(shí)踐 (1)方案設(shè)計(jì)。 核心問題解決后，全班分為了青葉草組和綠蘿組兩個實(shí)驗(yàn)組。每一組分三個小組分別探 究光照、溫度和二氧化碳濃度對光合作用的影響。這是各組制定的實(shí)驗(yàn)方案。 實(shí)驗(yàn)方案匯總表 影響因素 青葉草組實(shí)驗(yàn)條件 綠蘿組實(shí)驗(yàn)條件 光照強(qiáng)度 (Lux) 0 661 1930 3780 0 661 1930 378

8、0 溫度(C) 10 20 30 40 10 20 30 40 加入二氧化 彼里：(mD 0 5 10 15 0 5 10 15 青葉草組：將青葉草暗處理15小時，每組控制條件3?4小時后脫色、滴加碘液，分辨藍(lán)色深淺。 綠蘿組：用氧氣傳感器定量檢測氧氣濃度。 在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置

9、 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(shí)驗(yàn)裝置。集氣瓶內(nèi)放入幾片綠蘿葉片合適呢？同學(xué)們進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此選擇放入兩 片葉片。 （2）科學(xué)實(shí)踐。 方案確定好后，同學(xué)們開始了動手操作。 ① 兩個組同學(xué)在探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響。 圖15“光照強(qiáng)度對光合作用影響”實(shí)驗(yàn)過程 ② 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(shí)驗(yàn)過程 ③ 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“二氧化碳濃度對光合作用

10、影響”實(shí)驗(yàn)過程 設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生運(yùn)用歸納與概括的方法進(jìn)行方案制定、科學(xué)實(shí)踐，培養(yǎng)了思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。 3. 主動建模 各組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何呢？ （1）探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響。 圖18（左）是青葉草組探究光照強(qiáng)度對光合作用影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)，隨光照 強(qiáng)度的增加，葉片藍(lán)色加深，但最后兩個葉片藍(lán)色接近，這是什么原因呢？是因?yàn)楣夂献饔? 增強(qiáng)積累的有機(jī)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(qiáng)呢？帶 著這些疑問，同學(xué)們進(jìn)行了反復(fù)實(shí)驗(yàn)和資料的查閱，得出了“在一定范圍內(nèi)，光合作用隨光 照強(qiáng)度增加而增強(qiáng)”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）

11、，得出了同樣的結(jié)論。 圖18“光照強(qiáng)度對光合作用影響”實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，他們看到30℃環(huán)境 中的葉片藍(lán)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，他們同樣發(fā)現(xiàn)最 后兩個葉片的藍(lán)色程度接近，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)、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

12、度增加而增強(qiáng)”的結(jié)論。 圖20青葉草組“二氧化碳濃度對光合作用影響”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 綠蘿組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了與預(yù)期不一樣的結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)、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(shí)驗(yàn)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(jìn)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“

13、二氧化碳濃度對光合作用影響”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1 圖22綠蘿組“二氧化碳濃度對光合作用影響”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象2 對三組實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行概括，學(xué)生建立了“一定范圍內(nèi)，光合作用隨光照強(qiáng)度、溫度、二 氧化碳濃度的增加而增強(qiáng)?！钡母拍钅Ｐ?。 設(shè)計(jì)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。 4. 思維拓展 在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)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(jì)中應(yīng)該合理利用影響光合作用的因素。 設(shè)計(jì)意圖：這個過程中學(xué)生以具體實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，進(jìn)行思辨與推理，培養(yǎng)了思維的靈 活性。 整個實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生通過質(zhì)疑與論證

14、、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(shí)驗(yàn)效果評價 5. 優(yōu)化課堂 （1）通過實(shí)驗(yàn)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(shí)。 （2）傳感器的使用，使定性實(shí)驗(yàn)延伸為定量實(shí)驗(yàn)。 （3）實(shí)驗(yàn)材料的選擇豐富了實(shí)驗(yàn)課程資源。 （4）建模過程培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)思維的習(xí)慣和能力。 6. 學(xué)生成長 （1）何以?。和ㄟ^實(shí)驗(yàn)，讓我對植物的光合作用有了更清晰的認(rèn)識。 （2）王釗：實(shí)驗(yàn)過程一定要嚴(yán)謹(jǐn)，避免無關(guān)因素對實(shí)驗(yàn)的干擾。 （3）羅婧婧：重復(fù)實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)的過程雖然艱辛，但非常有成就感。 （4）郭申龍：實(shí)驗(yàn)過程中有一些新的發(fā)現(xiàn)，引發(fā)了我新的思考……