【教学设计】《探究环境因素对植物光合作用强度的影响》教学设计

《探究环境因素对植物光合作用强度的影响》
一、教材分析
本实验是人教版必修一《分子与细胞》中光合作用部分的内容，属于光合作
用原理具体应用的探究实验。

这个实验对学生的要求较高，但是本实验在课文中只是以探究材料的形式出现，并没有具体的实验步骤，因此在实验中会碰到以下问题：1、环境因素选什么？2、一节课时间够不够？3、实验操作是否简便？4、实验效果是否明显？基于此，据高中生物必修教材中学生实验开设情况调查[1]的数据，本实验的开设率仅为 4.2%。

因此为了在课堂上顺利开展此实验，提出
以下解决方案：1、选择光照强度、CO2浓度为环境因素，2、将课前实验与课堂实验相结合，3、选材上注重成本与实验效果，4、实验流程易操作、易观察、易记录。

二、学情分析
高一学生学习了光合作用的基础知识，明白了光合作用发生的条件。

同时他
们经过之前的实验，也积累了一定的实验探究能力。

但是学生对如何在实验过程
中控制CO2浓度尚不清楚，同时对实验设计不熟悉，无法做到灵活运用，实验操
作上也需要进一步规范。

三、教学目标
1、知识目标
学会真空渗水法的操作;描述环境因素对光合作用强度的影响
2、能力目标
初步学会控制实验变量，设计可行的实验方案并实施
3、情感态度与价值观
（1）在探究、设计“影响光合作用的因素”实验中，体会科学实验的严谨性、科学性
（2）通过共同探究的学习活动，学会与他人合作。

在小组活动中体验团队合作精神。

四、教学重难点
1、重点
设计科学的实验探究环境因素对光合作用强度的影响;利用真空渗水法对绿叶小圆片抽气
2、难点
能根据控制变量原则和对照原则设计实验。

五、教学策略
本实验将学生课前实验与课堂实验相结合。

学生在课前自主设计方案，完成
探究光照强度对植物光合作用强度影响的实验。

课堂实验为探究CO2浓度对植物光合作用强度影响。

实验采取了探究式的教
学法，它包括分组讨论，学生设计方案，进行实验操作，在实验过程中观察现象，记录数据，尤其是记录实验过程中出现的问题，形成成果，并在师生与生生间进行交流与评价。

六、教学过程设计
1、学生课前实验成果展示
学生在课前自主设计方案，完成探究光照强度对植物光合作用强度影响的实验，记录实验结果（表1），并在师生与生生间评价与交流。

注：表1为学生的实验成果之一。

LED灯的功率（W）15 15 15
台灯与烧杯的距离（cm）10 20 30
叶片漂起的数量5min 0 0 0 10min 8 5 5 15min 9 7 6 20min 10 8 7
2、引入
根据S.T.S教学设计理念，出示世界粮食危机的图片（图1、图2），由此引导学生从光合作用的角度思考如何提高粮食产量，激发学生的兴趣，从而让学生明白本实验的社会意义，同时也明确了探究的要求。

实验结果记录表 1
3、实验材料的选择
课本提供的实验材料是：菠菜叶（图3）。

菠菜叶在人教版必修一“观察叶绿体的实验”中也有涉及，这是一种很常用的实验材料，但在“打孔”的实际操作中，发现小圆叶片易出现卷边或破损，极易影响实验效果。

我尝试了地瓜叶、青菜叶等多种实验材料，在经过反复实验的基础上，最终选择了青菜叶（市面上常见，如图4），因为青菜叶易获取、成本低，操作简便，实验效果明显。

图4
图3
4、使用打孔器对叶片进行打孔
实验中发现小圆叶片直径如果太小，不易下沉；太大，实验效果不明显，经过多次实验，最终选择了直径为 1.0cm的孔径进行打孔，使小圆叶片（图5）大小适宜，实验效果明显。

图5
5、真空渗水操作
利用自制的真空渗水简易装置（图6）进行对小圆叶片进行抽气。

该装置是
利用一次性的医疗注射器，加装“可移动头”改造而成，不仅操作简便，成本低，而且实验效果明显，适合于高中生物课堂的大规模推广使用。

图6
6、设计实验方案，进行实验
为保证探究活动顺利有序开展，引导学生回顾以下问题：
①什么叫自变量、无关变量和因变量？
②设计对照实验要遵循哪些原则？
教师再提供一定浓度梯度的NaHCO3溶液，引导学生思考：
在你的探究实验中，用什么方法控制自变量？怎样检测因变量？
学生讨论：自变量为CO2浓度，推测通过设置一系列浓度梯度的NaHCO3溶液来控制CO2的浓度，通过使计算每个小圆叶片上浮的平均时间，作为检测指标。

在实验过程中，针对大多数学生的疑问：NaHCO3溶液如何控制CO2的浓度？在教师引导下，学生利用DISLAB CO2传感器（图7），测定各组NaHCO3溶液中CO2的浓度，从而使学生明白，NaHCO3溶液在实验中的重要作用：提供光合作
用所需的CO2，维持CO2浓度。

图7
学生四个人为一组，分工合作，交流讨论，同时设置好对照组（图8），进行
实验。

在实验过程中，设计表格（表2）记录实验数据，同时记录实验过程中出
现的问题。

7、实验数据的处理与评价
将测得的数据（上浮时间、CO 2浓度）通过EXCELL 软件，将其转化为数学曲线，让学生初步学会建构数学模型。

同时学生按小组形成实验报告，进行小组间的评价交流。

七、教学反思
1、探究式实验教学法。

在教师的指导下，学生通过自主、合作、理性的探究性学习，发展科学探究能力，体现了新课程“倡导探究性学习”的理念。

本实验具有较强的开放性，依
靠单个学生无法独立完成，客观上要求学生以小组为单位进行实验，
无论是设计
实验方案，还是实验操作，均需要学生分工合作，紧密配合，因此通过本节课的实验，学生能深刻地体会到合作学习的意义，从心里认同探究式学习。

2、正视学生在实验过程中出现的问题，培养学生解决问题的能力
学生在实验之前，已具备了一定的实验设计能力，在“探究影响酶活性实验”中，学生初步学习了怎样通过控制单一变量和设置对照实验的原则，进行科学的实验设计，但是还不熟练。

在设计实验方案和进行实验的过程中，学生都会产生
很多问题，比如，为什么
NaHCO 3溶液能提供CO 2？怎样证明小圆叶片上浮是氧
实验结果记录表 2
图8
气作用的结果？CO2能不能使小圆叶片上浮？为什么个别小圆叶片上浮后又下沉？怎样设计直观的表格来记录数据？等等。

对于这些问题，我引导学生进一步思考，大胆假设，自主设计实验来探究，完成了对本节课的二次开发，进一步提
高学生的生物科学素养。

3、创新点
（1）材料：选择了青菜叶，因为青菜叶易获取、成本低，操作简便，实验效
果明显。

（2）自制真空渗水简易装置（图9）。

不仅操作简便，成本低廉，而且效果明显，适合于高中生物课堂的大规模推广使用。

图9
（3）由于学生在实验过程中，对NaHCO3如何控制溶液中CO2的浓度，心中还是存有疑问，因此我通过CO2传感器直接测定NaHCO3溶液中CO2的浓度，通过定量检测，促进学生对实验原理的理解。

（4）设计了带有光源的透明实验装置（图10），使实验操作简便，实验现象易观察。

图10
4、不足与改进
（1）在实际操作过程中，发现对学生的探究能力要求较高，少数学生跟不上，因此，在分组时，要注意学生的学习能力，做到合理搭配。

（2）实验的时间安排还有待进一步优化。

[1]参考文献：《高中生物实验创新研究》硕士学位论文杨晓锋陕西师范大学2013。