探究影響光合作用的因素(實驗方案設(shè)計)

PAGEPAGE4探究影響光合作用的因素（第一課時）上海市延安中學王石一、設(shè)計思路：“探究影響光合作用的因素”為上海市二期課改教材《生命科學》（上?？茖W技術(shù)出版社，高中第一冊）的學生實驗4.4，按上海課標的“知識與技能”分類標準，該實驗屬“實驗C級”，是整套教材中唯一一個要求學生自行設(shè)計方案的學生實驗，因此該教學內(nèi)容是對學生進行探究能力培養(yǎng)的良好素材，但教材并未系統(tǒng)地介紹實驗設(shè)計中應該遵循哪些原則。此前學生參與了“探究酶的催化特性”的實驗過程，并了解了歷史上科學家們對光合作用的一些研究思路，雖然沒有系統(tǒng)掌握實驗設(shè)計的原則，但對如何進行實驗設(shè)計已有一些感性認識，所以我在課前讓每位同學先憑自己的理解設(shè)計一份實驗方案，在教學中以學生“原生態(tài)”的設(shè)計方案為案例，以學生在課堂上對具體案例進行分析時生成的問題為教學素材，通過對具體案例的分析，適時歸納出實驗設(shè)計的基本思路和應該遵循的基本原則，在師生對典型案例進行共同分析的過程中，要求學生逐步確立修正自己實驗方案的基本思路。在學生對實驗設(shè)計僅停留在感性認識的層面時，如何充分利用教學過程中派生出的教學資源（問題）是本節(jié)課面對的最大挑戰(zhàn)。課前，我對學生的實驗方案進行粗略批閱，借此進一步了解學生的基礎(chǔ)，對學生容易出現(xiàn)的問題做到心中有數(shù)，以便在教學中加以解決。然后從學生的實驗方案中收集典型案例（根據(jù)需要，從方案中截取具有典型問題的相應板塊），并按實驗設(shè)計中需要注意的不同事項進行歸類，最后根據(jù)所選擇的探究因素（光照強度、溫度等）類型，將學生分為若干小組；課中，以學生設(shè)計的實驗為案例，按照“明確實驗目的→確定實驗思路→設(shè)計實驗方法（步驟）→設(shè)計結(jié)果記錄、處理方式”的順序依次進行分析和探討，學生在這條粗線條的引導下，通過參與解決課堂中衍生出的問題，發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計的方案中的缺陷，并逐步找到解決這些問題的思路。在同學們逐漸完善自己方案的過程中，師生一起對實驗設(shè)計的基本思路和應該遵循的基本原則進行歸納；課后，同學對自己的方案進行修改，為第2課時實施自己的實驗方案作好準備。在“確定實驗思路”這一教學環(huán)節(jié)中，我將變量類型、處理思路、方法或原則等教學內(nèi)容按下圖所示的框架逐級展示，以期突破教學難點。二、教學目標：1．知識與技能：能設(shè)計探究影響光合作用因素的實驗方案，理解并應用實驗設(shè)計的基本原則和對實驗變量進行控制的方法，學會設(shè)計記錄實驗數(shù)據(jù)的表格。2．過程與方法：經(jīng)歷探究影響光合作用的因素的實驗設(shè)計過程及小組內(nèi)對實驗設(shè)計方案的研討過程，學習實驗設(shè)計的原則和方法。3．情感態(tài)度與價值觀：參與探究影響光合作用的因素的實驗方案的設(shè)計與討論，形成嚴謹?shù)目茖W研究態(tài)度。三、重點和難點：重點：實驗設(shè)計的原則及對實驗變量的控制。難點：對實驗中各種變量的分析及對不同變量的處理方法。四、教學準備：1．每位學生通過借鑒課本中的學生實驗和科學家的探究方法或查閱資料，獨立完成實驗方案的撰寫。2．教師收集學生實驗設(shè)計方案中出現(xiàn)的典型問題，并根據(jù)需要，從方案中截取相應的板塊制成PPT。3.利用數(shù)字實驗室（每個實驗臺邊可坐8人，有2臺電腦，能同步大投影中的內(nèi)容），使每個學生都能看清教師提供的案例，為集體分析和討論提供保障。4．根據(jù)所選擇的探究因素類型，將學生分為若干小組，并安排好每組在實驗室的座位。五、教學過程：教學內(nèi)容教師行為學生行為教學說明引入以往我們基本都是按教材設(shè)定的實驗方法和步驟來完成實驗的，較少能體現(xiàn)大家的探究能力。我們即將做的下一個實驗將由大家自己做主，你們將首次按照自己設(shè)計的實驗方案完成實驗。由自己做主并不是說可以隨心所欲，實驗方案一定要科學、嚴密，否則將難以實現(xiàn)研究的目標實驗也就失去它的意義。PPT展示學生們設(shè)計的實驗方案（集中擺放后拍攝的一張照片）大家撰寫的實驗方案包括了哪幾部分內(nèi)容呢？看自己的方案，回答問題。通過相互補充，最后答出實驗題目、目的和原理、假設(shè)、材料選擇、儀器與試劑、實驗方法等內(nèi)容。激發(fā)學生的探究熱情。根據(jù)對設(shè)計方案批改所掌握的情況對不同班級作不同處理：比較好的班級采取集體回答的方式，對本部分問題較多（漏掉某些必要內(nèi)容）的班級指定有典型問題的同學回答。[回答]實驗要研究什么，哪些因素可能會影響光合作用，這些因素變化時將引起光合作用如何變化？（即實驗目的）看PPT展示的光合作用反應式，根據(jù)教師的引導，將反應式中顯示的信息分為反應物、產(chǎn)物、光照條件和反應場所（葉綠體）等方面，確定可從哪些方面開展探究。如有同學實驗方案有偏離實驗目的的情況，則結(jié)合該設(shè)計，由同學們一起分析如何使實驗目的表述更清晰。在PPT上顯示出的案例，如是作為優(yōu)秀方案顯示的，在該案例后附上設(shè)計者姓名，如是作為具有典型缺陷的方案顯示的，顯示時略去姓名。上課時注意通過觀察該同學反應，借以判斷這部分教學是否取得了較好的效果。思考作答根據(jù)光合作用反應式顯示的信息回答：光合作用過程中CO2、H2O的消耗速度或O2、淀粉的產(chǎn)生速度。回答自己在實驗中所采取的檢測方法。（較多同學會選擇教材中提供參考的方案——測定O2產(chǎn)量可用真空滲水法、溶解氧傳感器測定法等方法。）該同學介紹自己的檢測措施（極可能實驗2.1“食物中主要營養(yǎng)成分的鑒定”和實驗4.1“探究酶的催化特性”等實驗中采用碘液檢測淀粉和用線香亮度檢測氧氣的方法）學生回答：前面學過（或查閱資料得知）認真聽教師歸納[回答]相同光源不同距離或相同距離不同光源[回答]自變量、因變量學生根據(jù)自變量和因變量的關(guān)系，體會即將講到的“實驗變量”和“反應變量”之間的關(guān)系，并找到它們和自變量、因變量的對應關(guān)系?；卮鸪觯簩嶒炛杏刹僮髡咚┘拥囊蛩鼗驐l件是自變量。實驗過程中由于實驗變量而引起的變化或結(jié)果是因變量。從自己設(shè)計的方案中尋找這兩類變量，并對這兩類變量進行標注。從自己設(shè)計的方案中尋找除了實驗變量和反應變量外的其他變量。認真聽教師講解該同學在自己方案中標出有哪些無關(guān)變量，并向大祭介紹自己的處理辦法及理由。同學們一起對該同學的設(shè)計方案進行分析，并找出自己處理辦法的可取之處和欠缺之處。認真聽教師講解學生回顧已經(jīng)做過的6個實驗，找出與這些對照類型相對應的對照設(shè)置方式。（1）空白對照（“探究酶的催化特性”中加其他物質(zhì)的試管與加入蒸餾水的試管間的對照）（2）自身對照（質(zhì)壁分離中洋蔥細胞形態(tài)的前后對照）（3）相互對照（“探究酶的催化特性”中加Fecl3和加入新鮮豬肝勻漿的兩支試管間的對照）看自己的方案，加深對“設(shè)置對照”的理解。以學生設(shè)計方案中的測定指標和方法為例，從實驗材料、方法的可行性、簡便性、科學性等方面分析和評價，在學生設(shè)計的方案中找些典型問題加以解決。有意識地讓用到已學過的實驗方法的同學介紹，引導學生應用已有知識解決問題。如有更新穎的方法，也要給這些同學展示的機會（測定干重增加的半葉法等）選以“光照強度”為影響因素的同學回答。也可根據(jù)學生設(shè)計的方案的實際情況設(shè)置相應問題，找研究其他因素的同學問答。引導學生將數(shù)學中函數(shù)的相關(guān)知識遷移到對實驗中相關(guān)變量的理解過程中，除了能讓學生進行有意義的建構(gòu)外，還能讓他們意識到實驗設(shè)計過程實際上包含嚴謹?shù)乃季S過程。先由學生對各自設(shè)計的方案進行“變量分析”，然后教師再通過PPT對典型的案例進行分析，引導學生對實驗設(shè)計的理解從感性層面逐漸向理性層面轉(zhuǎn)化。如果學生不能主動回答，則根據(jù)事先批閱實驗設(shè)計方案時掌握的情況，分別找對實驗變量處理不夠嚴密的同學回答，在同學回答時及時進行糾正。最后讓處理得比較好的同學回答，讓該同學學生體會到成功的喜悅。學生往往會籠統(tǒng)地講到將消除不掉的無關(guān)因素都控制成相同狀態(tài)，例如以光照強度為研究對象的同學會注意到“溫度應相同”，但不考慮具體控制到多少度，這個溫度是否適合）加深對課本中已做過的驗證性實驗的設(shè)計思路的理解，減少學生對“空白對照”等術(shù)語的陌生感。如不將這些術(shù)語與學生已有知識進行有機的聯(lián)系，會增加學生理解的難度。設(shè)計實驗方法（步驟）[講述]整個實驗步驟的設(shè)計應圍繞如何施加實驗變量、控制無關(guān)變量和獲取反應變量而展開。我們有了實驗的思路后，需要把思路轉(zhuǎn)化成具體的實驗步驟。要使得你寫的實驗步驟具有可操作性，我們應該注意哪些問題呢？（提供典型的有缺陷的案例讓學生分析、歸納）討論并歸納出：理順實驗步驟的順序；步驟一般需要分段(編號）敘說；試管（或燒杯等）要給予編號，如Ａ、Ｂ或甲、乙；敘說中盡量要用規(guī)范的實驗術(shù)語，不能用含糊的口語等。同學核查自己的方案，作初步修改。強調(diào)從“思路”層次過渡到“文字表達”層次的一些注意事項設(shè)計實驗結(jié)果的記錄和處理方法[講述]實驗的結(jié)果要采取一定的方式進行記錄。對原始數(shù)據(jù)還要進行處理整理，否則難以分析出規(guī)律性的東西，經(jīng)過處理和整理的數(shù)據(jù)，如用表和圖表達則可更直觀。同學們在記錄實驗結(jié)果時，采用了哪種方式呢？同學展示自己設(shè)計的用于記錄實驗結(jié)果的方式，其他同學評價。文字、圖、表等各種不同的結(jié)果記錄形式，體現(xiàn)了對信息的不同處理方式。由于時間有限，本節(jié)課不對如何將這些形式進行相互轉(zhuǎn)換作過多展開小結(jié)我們知道了實驗設(shè)計的基本步驟和應當遵循的一般原則。大家在完成一份實驗設(shè)計方案后，要檢查它是否科學應有一些具體的判斷標準，大家看看應該有哪些判斷標準呢？小組討論，歸納1.目的明確嗎？2.是否有效地控制和消除了無關(guān)變量對實驗