“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验优化与教学设计
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
“探究环境因素对光合作用强度的影响”是“光合作用”一节中可以开展的一个探究实验。该实验与生产实际联系紧密，是高中生物学实验教学的好素材，能培养和提高学生实验设计的能力。然而在实际教学中，如果教师按课本内容进行操作，该实验过程复杂、耗时长、很难在一节课内完成。笔者通过改进实验材料和操作方法、优化教学设计，克服了上述困难，将探究实验融入课堂教学，快速获得实验结果，收到了良好的效果。
1 原实验不足及改进
实验材料及实验步骤的不足及改进：教材建议选用菠菜叶作为实验材料，但菠菜叶片较薄，用直径为1 cm的打孔器制取的叶圆片多会卷边或破损，很难保证叶圆片大小一致，且其叶片较小，若全年级开展相关实验，需要大量实验材料，延长了材料制备的时间，影响了实验进程。真空渗水法的原理是通过抽动活塞的方式降低注射器内气压，使常压下隐匿于叶圆片中的气泡变大，最后逃逸出来，而留下的空隙就会被水所占据，从而达到排除叶肉细胞间隙中空气的目的。教材建议采用此方法时，需用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，重复几次使叶圆片内的气体逸出。实际操作时发现，学生一手堵紧注射器前端并握紧注射器，另一手很难同时拉动注射器活塞，常常是堵不紧、拉不动，无法快速抽除叶圆片内的气体，影响课堂实验的进程。
经过多次摸索和试验，用黑藻代替菠菜叶，将黑藻倒置，用排水法观察（图1），无须再准备打孔器与注射器。改进后的实验装置可以一次探究多种外界因素对光合作用强度的影响，包括光照强度、二氧化碳浓度、光质和温度四个因素。
2 教学设计
2.1 教学目标
（1） 知识目标：探究环境因素对光合作用强度的影响。
（2） 能力目标：制定可行的实验方案并进行实验操作；运用数学分析方法处理实验数据。
（3） 情感、态度与价值观目标：体验实验探究的基本过程，形成尊重事实的科学态度。
2.2 教学重点和难点
（1） 重点：设计可行的实验方案及对实验数据的整理和分析。
（2） 难点：变量分析；根据控制变量原则和对照原则，设计探究影响植物光合作用强度的环境因素的实验。
2.3 教学策略
本节课旨在让学生体验科学探究的过程，掌握科学探究的基本方法，最终能够设计出“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验。但对于高一学生来说，一节课中既要能独立选材，又要学会控制变量和设计实验是具有一定难度的。因此，兴趣小组在课前先开展“不同光照强度对光合作用强度影响”的探究活动，在活动中发现问题，修订探究方案，改进实验器材和实验方法。正式上课时，教师再将小组活动成果进行汇报，并引导学生分析的“探究不同浓度CO2对光合作用强度的影响”的实验思路，放手让学生进行自主设计、实施操作，借助现代化手段快速完成数据与图形的转换，构建数学模型，在探究活动中获得知识，达到知识内化和实验能力的养成。
2.4 教学过程
2.4.1 创设问题情境，激发学生探究兴趣
播放当前全球粮食危机的视频，教师提出问题：如何解决粮食危机问题，怎样提高粮食产量？教师引导学生回顾已学知识，从光合作用发生条件和反应原料上分析影响光合速率的因素及影响粮食产量的过程，让学生从原有认知基础出发，构建新知识。
2.4.2 明确探究要求，突破重点（进一步探究二氧化碳浓度对光合作用强度的影响）
（1） 背景资料：
材料与工具：长势和生理状况基本相同的黑藻，10、20、30、40、50、60、70 mmol/L的NaHCO3溶液，长颈漏斗，试管，台灯等。
（2） 问题探讨：
① 自变量、因变量、无关变量分别是什么？如何排除无关变量对实验现象的影响？
② 为黑藻提供不同浓度的NaHCO3，目的是什么？
③ 通过哪种气体产生量来检测黑藻的光合作用强度？
（2） 实验方案的设计：
① 分别取 不同NaHCO3溶液，依次加入到1～7号烧杯中。
② 取 的黑藻，分别放入7只烧杯中，使黑藻与液面距离及在烧杯内静止姿态相同，将烧杯置于台灯下5 cm处呈扇形摆放。
③ 待黑藻在台灯下适应1 min后，开始计数5分钟内产生的氧气数量；将数据记录在实验结果记录表中；汇报实验数据。
（4） 实验结果分析：根据表1中实验数据，在图1中绘制曲线。
（5） 实验结论：在一定范围内，随着 增加，光合作用强度也在 ，超过一定浓度，光合作用强度 。
2.5 教学反思
实验教学中，许多教师认为“做实验不如讲实验”。笔者对教材资源进行合理改进，有效解决了教学实际中的若干问题，使取材更加容易、操作更为简单，实验效果直观，较好地达到了教学目标。在课堂上，学生亲历材料选择、方法改进、实验设计、实验操作和结果分析等一系列探究活动过程，任何一个学习目标，均是通过学生自己观察、探索和总结达成的，这样的学习过程自觉主动、充满乐趣，充分体现了学生的主体作用。
