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另辟蹊徑研究影響光合作用速率的環(huán)境因素
另辟蹊徑研究影響光合作用速率的環(huán)境因素河南洛陽●張旻
摘要：教師要了解“探究性學(xué)習(xí)”“假說——演繹”的作用和意義及《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》對“能量之源——光與光合作用”的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的要求，了解完成課標(biāo)任務(wù)“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學(xué)策略及其原因，并以具體的教學(xué)過程詮釋這種教學(xué)策略及這種教學(xué)策略的意義。在教學(xué)過程中，教師要根據(jù)問題情境的作用，設(shè)置層層深入的問題串，以此來引導(dǎo)學(xué)生深刻思維，有效地完成課標(biāo)任務(wù)。
關(guān)鍵詞：探究性學(xué)習(xí)；假說——演繹；思維探究；實(shí)驗(yàn)探究
“假說——演繹”是現(xiàn)代科學(xué)研究方法中常用的一種研究方法。在生物學(xué)重大理論的發(fā)現(xiàn)中，如“孟德爾基因分離定律、自由組合定律”的發(fā)現(xiàn)，“DNA 復(fù)制機(jī)制”的發(fā)現(xiàn)，“假說——演繹”都起到了很重要的作用�？梢哉f，“假說——演繹”的科學(xué)方法是生物學(xué)科學(xué)探究的重要方法，是學(xué)生應(yīng)該具備的基本科學(xué)素養(yǎng)。
“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”是《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)對光合作用有關(guān)內(nèi)容的要求。除此之外，《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》對光合作用還有這樣的要求——“說明光合作用以及對它的認(rèn)識(shí)過程”�！罢f明”和“研究”都是《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》中的知識(shí)性目標(biāo)動(dòng)詞。“說明”屬于理解水平，“研究”屬于應(yīng)用水平�！渡镎n程標(biāo)準(zhǔn)》不僅要求學(xué)生理解光合作用的原理、光合作用的探究歷程，還要求學(xué)生能應(yīng)用“光合作用原理”解決實(shí)踐問題。
人教版提供的這些課程資源，除了探究的具體案例可具體操作具體研究，可以搞清楚“光照強(qiáng)弱與光合作用速率的關(guān)系”外，其他只是為“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”指出了研究的方向和目標(biāo)。如何“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”，需要教師整合課內(nèi)課外資源，研究學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知基礎(chǔ)，對各種教學(xué)方法用心取舍，采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，才能有效地完成教學(xué)任務(wù)。
基于以上分析，我們知道，探究性學(xué)習(xí)是一種非常有效的學(xué)習(xí)方式“，假說——演繹”是邏輯上非常嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)踐中非常有效的科學(xué)研究方法。為了進(jìn)一步加深學(xué)生對“光合作用原理”的理解，有效完成“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的課標(biāo)任務(wù)，讓學(xué)生親歷思考和探究的過程，領(lǐng)悟科學(xué)的研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)和創(chuàng)新精神，采用以下教學(xué)策略和教學(xué)過程能有效地完成“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”。
一、“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學(xué)策略
教師組織引導(dǎo)→學(xué)生思維探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”→師生合作交流→提出“環(huán)境因素影響光合作用速率的方式”的假說，并建立數(shù)學(xué)模型→預(yù)期探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果→教師組織→學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)→確認(rèn)“環(huán)境因素影響光合作用速率的方式”，確認(rèn)數(shù)學(xué)模型。
二、“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學(xué)過程
1. 教師組織引導(dǎo)，學(xué)生思維探究，以數(shù)學(xué)模型的形式提出有關(guān)假說
�。�1）組織引導(dǎo)學(xué)生，思維探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”。
學(xué)生在探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了“光合作用原理”�！渡镎n程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生“說明光合作用的過程”，即理解光合作用的過程。為了進(jìn)一步加深學(xué)生對“光合作用的過程”的理解，完成課標(biāo)“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的教學(xué)任務(wù)，教師可以組織引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察“光合作用的過程”，并由此讓學(xué)生提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說。
教學(xué)實(shí)踐告訴我們，“高中學(xué)生的理性思維有一定的發(fā)展，但其理性思維缺乏深刻性連續(xù)性和嚴(yán)密的邏輯性”，所以教師對學(xué)生觀察“光合作用的過程”提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說，必須要有效地組織引導(dǎo)，以促進(jìn)學(xué)生深入地思考，科學(xué)地提出假說。
問題是思維的起點(diǎn)。層層深入的問題，不僅能激起學(xué)生的探究欲望，還能逐步引導(dǎo)學(xué)生深刻地發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，建構(gòu)知識(shí)，經(jīng)歷探究的歷程，體驗(yàn)步步成功的喜悅。所以，邏輯上層層深入的階梯跨度符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的問題串，是引導(dǎo)學(xué)生觀察“光合作用的過程”、提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說的關(guān)鍵。教師應(yīng)該在本部分的教學(xué)中，注意問題串的設(shè)計(jì)，以有效地引導(dǎo)學(xué)生深刻思維。
引導(dǎo)學(xué)生思維探究“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的問題串，觀察“光合作用的過程”，回答以下問題：（注：以單位時(shí)間光合產(chǎn)物計(jì)量光合作用速率或強(qiáng)度）
①影響光合作用的外界因素有哪些？
�、诠庹諒�(qiáng)度是怎樣影響光反應(yīng)產(chǎn)物的？又是怎樣影響光合作用速率的？
�、跜O2 濃度首先影響了光合作用的哪個(gè)反應(yīng)？又是怎樣影響光合作用速率的？
�、軠囟仁侵苯佑绊懝夂献饔玫乃俾实膯�？它是怎樣影響光合作用速率的？
以上問題串，不僅引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步觀察研究了光合作用的過程，加深了學(xué)生對“光合作用的過程”的理解，而且為引導(dǎo)組織學(xué)生提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說構(gòu)建相關(guān)的數(shù)學(xué)模型奠定了認(rèn)知基礎(chǔ)。
2. 在思維探究的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)組織學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說
以以下問題串，引導(dǎo)學(xué)生深刻思維，提出“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說，建構(gòu)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。
“建構(gòu)‘環(huán)境因素影響光合作用速率的方式’的數(shù)學(xué)模型假說”問題串：
（1）隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，光合作用速率能無限增強(qiáng)嗎？為什么？你能“以光照強(qiáng)度為橫坐標(biāo)，以光合作用速率為縱坐標(biāo)”，畫出光照強(qiáng)度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖嗎？
�。�2）隨著外界CO2 濃度的增加，光合作用速率能無限增強(qiáng)嗎？為什么？你能“以CO2 濃度為橫坐標(biāo)，以光合作用速率為縱坐標(biāo)”，畫出CO2 濃度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖嗎？
（3）溫度如何影響酶的活性？溫度如何影響光合作用速率？你能“以溫度為橫坐標(biāo)，以光合作用速率為縱坐標(biāo)”，畫出溫度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖嗎？
通過對以上問題的討論回答，以及師生之間對答案的交流評價(jià)，學(xué)生能正確地畫出“光照強(qiáng)度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖”“CO2 濃度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖”“溫度影響光合作用速率的坐標(biāo)圖”，亦即“‘提出’影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說，建構(gòu)了相關(guān)數(shù)學(xué)模型”。
二、組織引導(dǎo)學(xué)生在假說基礎(chǔ)上，預(yù)期“探究光照強(qiáng)弱對光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)的結(jié)果
1. 組織引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“探究光照強(qiáng)弱對光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)
引導(dǎo)學(xué)生深刻學(xué)習(xí)的重要相關(guān)問題串：（1）本實(shí)驗(yàn)的目的是什么？（2）自變量是什么？本實(shí)驗(yàn)是怎樣控制自變量的改變的？（3）因變量是什么？以什么為觀察指標(biāo)，捕捉因變量的變化？
2. 以問題串引導(dǎo)組織學(xué)生預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果
相關(guān)問題串：
依據(jù)“光照強(qiáng)度影響光合作用速率的數(shù)學(xué)模型”假說，回答下列問題：
�。�1）隨著光源逐漸靠近植物，光照強(qiáng)度會(huì)怎樣變化？
�。�2）光源越近，光合作用速率應(yīng)該怎樣變化？
�。�3）隨著光源逐漸靠近植物，單位時(shí)間浮起的葉片數(shù)量應(yīng)該如何變化？
在以上問題串的引導(dǎo)下，學(xué)生只能預(yù)期出一個(gè)唯一的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即“隨著光源逐漸靠近植物，單位時(shí)間浮起的葉片數(shù)量應(yīng)該越來越多”。
3. 組織學(xué)生實(shí)施“探究光照強(qiáng)弱對光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說的正確性、科學(xué)性
4. 組織學(xué)生課外設(shè)計(jì)實(shí)施“探究CO2濃度對光合作用強(qiáng)度的影響”“探究溫度對光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)“影響光合作用速率的環(huán)境因素”的有關(guān)假說的正確性、科學(xué)性
三、教學(xué)反思
《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》對“研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的要求是知識(shí)目標(biāo)中的“應(yīng)用”水平。要達(dá)到“應(yīng)用”水平的教學(xué)，必須引發(fā)學(xué)生的深刻思維，引導(dǎo)學(xué)生自主地建構(gòu)知識(shí)。本部分教學(xué)，以層層深入的問題串，組織引導(dǎo)學(xué)生思維探究、實(shí)驗(yàn)探究；教學(xué)邏輯程序上“假說——演繹”。這樣的教學(xué)策略，不僅可以使學(xué)生通過深刻思維，獲得可以解決實(shí)踐問題的知識(shí)，進(jìn)一步加深對光合作用原理的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的能力。學(xué)生因此親歷“假說——演繹”的過程，也能受到科學(xué)研究方法的教育。
由于引導(dǎo)學(xué)生探究的問題串在邏輯上有層層遞進(jìn)的關(guān)系，在問題階梯的跨度設(shè)計(jì)上符合學(xué)生的認(rèn)知水平，經(jīng)過教師的精心組織引導(dǎo)，教學(xué)中，學(xué)生不斷體驗(yàn)到成功的喜悅。這種連續(xù)不斷的成功喜悅，不僅激發(fā)了學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望，更培養(yǎng)了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)生物其他科學(xué)知識(shí)的興趣。
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