探究影响光合作用的因素（实验）教案及板书设计

亲历实验探究基本步骤

理解影响光合作用因素

徐隽祎

摘要

通过经历并进一步深入探究生物学实验，帮助学生建立概念并理解各变量之间的关系，是高中生命科学教学的重要方式之一。在“等级考复习：影响光合作用的因素”一节教学中，教师创造一定的探究情境，利用电子书包教学辅助手段，提供机会让学生亲身经历影响光合作用因素的实验设计和实验过程，在科学实验的实施和总结过程中，归纳各影响因素与光合速率之间的关系。

关键词

光合作用

实验探究

电子书包

1

教学设计

1.1

教学内容分析 影响光合作用的因素在学科基本要求中要求为C级即运用和评价水平。[1]有关光合作用的知识，尤其是光合速率及其影响因素是考试的重点知识，这一知识点在简答题中较多以曲线坐标题形式出现，重点考察学生的识图能力、分析能力、图文转化能力和表述能力等。

1.2

学情分析

在本堂课前，学生已充分复习过光合作用的过程，同时学生能总结说出教材中影响光合作用的因素及其关系，但是对其原理一知半解。因此通过本节课，引导学生归纳影响因素，设计实验，设计图表，经历完整的生命科学探究实验的过程，提高对图表的理解能力。同时通过习题延伸和思考与讨论，将知识运用到解决实际问题中去。

1.3

教学辅助手段

金汇高级中学自创办以来秉承“三创”的办学理念，探索行之有效的教学方法。从不同学生不同基础的实际出发，分层指导、因材施教，针对性强，高效实用。2017年成为电子书包项目校第五期新学校，学校以“幸福校园、动感课堂”为指引，积极聚焦课堂，教学改革成效显著。

2

教学流程

学生课前自主完成“探究影响植物光合作用的因素”的实验预习报告

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学生根据预习报告实施实验，记录、分析数据，初步得出结论

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师生课堂利用电子书包技术共同修正、补充和完善实验预习报告

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学生分享实验过程中的感悟，分享实验结果

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学生进行实验误差分析，并完成实验报告（结论）

↓

师生总结各因素如何影响植物的光合速率

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思考与讨论：多肉植物在晚上释放氧气，这是真的吗？

3

教学目标

1）尝试探究环境因素对光合作用的影响，加深对光合作用过程中光反应和暗反应动态关系的理解，阐明外界环境如何影响植物光合速率。

2）经历完整的生命科学探究的基本步骤，掌握实验方法，提高科学探究的能力。

3）实验中尊重事实和证据，得出真实的结论，培养严谨、务实的求知态度。

4）经历讨论、修正、补充和完善实验报告的过程，培养表达沟通能力。

5）运用科学的思维方式，结合已学知识，探讨和解释实际问题。

4

重点与难点

1）重点：影响植物光合速率的因素，各因素如何影响植物光合速率。

2）难点：设计影响光合作用因素的实验。

5

教学过程

5.1 情境展现电影《流浪地球》中的片段，引出植物进行光合作用的条件 电影《流浪地球》讲述了太阳即将毁灭，已经不适合人类生存，而面对绝境，人类将开启“流浪地球”计划，试图带着地球一起逃离太阳系，寻找人类新家园的故事。电影的片头用一个长镜头引出了主人公刘启，这个长镜头引起了我的注意：是一棵水培的绿色植物。结合故事的背景来看，这棵植物能存活下来很不容易。

通过情境的展现，学生讨论为什么说这棵植物的存活很不容易？学生结合故事背景和已学知识思考后得到该植物存活不易是因为植物光合作用所需条件中光照是必要条件，适宜的温度对光合作用中酶的活性很重要等，而故事设定为地球远离太阳，地表温度零下80摄氏度等。

在此基础上，教师引导学生结合光合作用的总方程式中寻找影响光合作用的各种因素。

5.2

视频配音形式有效复习实验原理——真空渗水法

在探究光合作用影响因素的实验中，所用到的实验原理——真空渗水法是学生较难理解的知识点，需要教师在课堂中的有限时间中进行有效复习。

故在课前实验过程中进行真空渗水法操作步骤的实况拍摄，经编辑和无声处理后在课堂中播放，学生现场为视频“配音”。在这个过程中，“配音”的学生提出了问题一系列帮助大家回忆和巩固知识：此时叶圆片为什么浮于水面？经过该操作后，叶圆片为什么下沉了？如何用真空渗水法处理后的叶圆片用作光合速率的指标？使叶圆片上浮的气体为什么不是植物呼吸作用产生的CO2？

学生经回忆得出：叶圆片的细胞间隙中有气体存在，密度较小；在抽拉活塞的过程中管内形成负压，肉眼不可见的气泡从细胞间隙排出，水进入填满空隙，密度和质量增大；不同叶圆片上浮所用时间不同，可用叶圆片上浮所需时间长短来衡量光合速率的大小；CO2易溶于水，不能以气体形式积累在细胞间隙。

5.3

师生修正、补充和完善实验预习报告，回顾实验过程及实验设计原则

利用电子书包教学辅助手段，以任务推送的形式，按报告内容分别展现学生预习报告中的常见错误。

评价实验步骤是近年来的热门考点之一，其重在体现学生的综合分析能力。实验步骤的设计不仅要满足实验设计原则，还需要关注各步骤之间的关联性和逻辑性。课堂中学生利用电子书包进行实时互评并及时修正，以图1为例：

图1

学生预习报告中的实验步骤

实验设计的基本原则有：单一变量原则、对照原则和可重复原则。学生可以在短时间内得出该实验中的单一变量为光照强度，是通过改变光源的距离来体现光照强度的强弱的，控制了实验温度为25℃，CO2浓度一定（2% NaHCO3溶液），溶液量为30mL，每个烧杯中5片叶圆片；实验步骤3中体现了相互对照，满足对照原则。同时，学生发现上图实验步骤缺少可重复原则，但是却难以用合适的文字来体现。经讨论提出了两种方案：①取18个烧杯，每三个一组设定相同条件，记录数据后取平均值；②添加步骤4:将实验步骤3重复三次，取上浮时间的平均值。

数据记录表的设计是实验设计中的难点，学生在设计时经常考虑的不全面导致设计内容有所遗漏。大部分学生在此项内容中能够把握实验设计的原则，但是对于表格本身的细节不明确，以图2-1和图2-2为例：

图2-1 学生预习报告中的表格设计（1）

图2-2 学生预习报告中的表格设计（2）

学生利用电子书包分别对两张表格进行评价：第一张表中NaHCO3溶液浓度梯度设计有误，实验组6中设计的4%浓度与其他实验组的浓度不成比例，应改为2.5%；表格中未体现可重复原则。第二张表中体现了可重复原则，却未见单一变量原则，应在表格中写出不变量；NaHCO3溶液浓度梯度仅3组，应再添加2组。最后在教师的引导下，学生发现两张表格均无标题，修改后添加标题为：探究CO2浓度与光合速率的关系实验数据记录表。

5.4

分享实验结果，分析实验误差，总结归纳各环境因素与光合速率的关系

课前，学生自行分组，产生CO2浓度探究小组、光质探究小组、温度探究小组和光照强度探究小组，并分别进行实验。各小组在将实验表格数据进行整理，并将其转化成线性图。学生在这一环节中发现了一些问题：根据表格数据直接绘制成的曲线图与书本和练习题中出现的曲线图不一致。下面以CO2浓度探究小组得到的数据为例：

图3-1

CO2浓度探究小组的数据记录表

图3-2

CO2浓度探究小组绘制的第一张曲线图

图3-3

CO2浓度探究小组绘制的第二张曲线图

首先，学生根据表格数据，以CO2浓度为横坐标，叶圆片平均上浮时间为纵坐标绘制曲线，发现曲线（图3-2）随浓度的增加而下滑，明显与所学知识不相符合。而后经过讨论，学生发现叶圆片的平均上浮时间不能直接代表光合速率，其原理就与物理学科中公式：速度=路程/时间是一样的。于是学生决定取时间的倒数表示光合速率，绘制出第二张曲线图（图3-3）。

在此过程中，出现的实验误差经过查阅资料、该小组讨论思考后，归纳出以下原因：（1）第二次实验的平均上浮时间较第一次实验的平均上浮时间略有缩短，系正午日光较上午日光光强增大，温度升高导致；（2）NaHCO3溶液浓度为0%和0.5%实验组均未观察到叶圆片上浮现象，系浓度较低，光合作用较弱，所需观察时间更长所致。

在课堂中，每个实验小组派代表上台与大家分享自己的实验结果并分析了实验误差，流畅的发言、严谨的表述获得了师生的一致好评。在这个过程中，学生经历完整的生命科学探究的基本步骤，提高科学探究的能力；通过数据处理理解了各影响因素与光合速率之间的关系，有效提高了提取、分析数据的能力，增强了科学探究中的合作精神，训练了口头表达能力等。

5.5

为《流浪地球》中的植物创设生长条件，首尾呼应，巩固知识

学生经过亲历实验、总结知识，对本节课的重点内容已有进一步的理解，为巩固强化，在教师的提问下，学生共同为《流浪地球》中植物的茁壮成长创设一定的条件。学生经讨论认为，若希望这棵植物茁壮成长，则必须提供除太阳光以外的蕴含能量的光线，可来自于电影中的可控核聚变；另外必须将地下城的室温控制在较温暖的温度，以保证酶的活性······

5.6

情境展现网传问题，思考讨论，探索新知

教师首先创设情境：近年来，多肉植物成为了众人的新宠，由此很多人发出了这样的疑问：多肉植物可以置于卧室中养殖吗？听说多肉植物会在晚上释放氧气，这是真的吗？请根据资料和所学知识，进行科学探究。

资料1：对于多肉植物，由于这一类植物的细胞采用“景天科酸代谢途径(CAM)”。所以与其它的C3、C4植物有所不同，这一类植物在白天气孔关闭，不发生或者极少发生着气体交换。而在夜晚则不同，它们会进行光合作用和呼吸作用的气体交换，表观上还是释放的氧气远远多于二氧化碳，这一点与其他植物是大大不同的。[2]

资料2：溶解氧传感器测定法

溶解氧传感器可精确测出液体中氧的含量变化，利用溶解氧传感器测量植物叶片光合作用中释放氧气的量，就可以比较精确的了解植物光合作用的强度。[3]

在课堂的最后，学生通过阅读资料，利用本节课所学知识，尝试解决现实问题。结合光合作用的影响因素，对多肉植物的光合作用提出假设，并设计实验思路。

6

教学反思

本节课从《流浪地球》这部火爆的电影入手，从实施实验到撰写报告，利用电子书包教

学辅助手段，引导学生在课堂中对实验报告进行修正、补充，同时上台分享实验成果；利用实验中出现的误差，引导学生分析反思实验过程，深入理解各影响因素与光合速率之间的关系。在本堂课中，学生科学探究的能力，团队合作的能力、数据分析的能力、文字表达的能力都有所提高的同时，对影响植物光合速率的因素和各因素如何影响植物光合速率也有了充分的了解，极大提高了课堂效率。通过对网传问题情境的分析和讨论，学生达到“科学-技术-社会”的应用。

主要参考文献

[1]上海市教育委员会教学研究室.上海市高中生命科学学科教学基本要求（试验本）.华东师范大学出版社.2017 [2]岳莉然. 九种多肉植物在室内环境中固碳和蒸腾特性的研究[D]. 东北林业大学, 2004. [3]上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会.生命科学高中第一册（适用本）.上海世纪出版有限公司，上海科学技术出版社.2007