高中生物必修1第5章第4节第二部分探究实验“探究光照强弱对光合作用强度的影响”-教学文档

“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验说课稿

一、使用教材

人民教育出版社高中生物必修1第5章第4节第二部分探究实验“探究光照强弱对光合作用强度的影响”。

二、实验器材

（1）实验材料：红薯叶

（2）实验用具：打孔器、注射器、40W灯泡、60W灯泡、95W灯泡、200W灯泡、烧杯、铁架台、二氧化碳传感器、氧气传感器、密闭容器、电脑

（3）实验试剂：无菌水、CO2缓冲液

三、实验改进要点

（1）将因变量的检测方法改为“记录三种光照强度下叶圆片最先上浮的时间”，哪组叶圆片最先上浮，则该组光合速率最强，改进之后，不仅缩短了等待的时间，学生的注意力还会集中在叶圆片上浮的整个动态过程，学生的学习兴趣更浓。

（2）整个实验改用传感器采集数据，不仅解决时间上的问题，还有利于探索叶圆片上浮的本质是受到气体即CO2和O2含量变化的影响，还能进一步落实生物学学科核心素养：科学思维、科学探究等。

四、实验原理

（1）教材实验原理：利用真空渗水法排除叶片细胞间隙中的气体，使其沉入水中。在光合

作用的过程中，植物吸收CO2并排除O2，产生O2的多少与光合作用强度密切相关，O2溶解度很小，积累在细胞间隙从而使下沉的叶片上浮。因此可根据一定时间内叶片上浮的数量来比较光合作用的强弱。

（2）二氧化碳传感器原理：二氧化碳传感器敏感元件为红外辐射源和红外接收器。红外辐射源发出红外辐射。气体通过气泵进入气室，没有被CO2吸收的辐射由红外接收器吸收，并导致其温度升高而输出一个放大的电信号，通过传感器电路处理，即可转化为CO2浓度。（3）氧气传感器原理：氧气传感器电极由铅阳极、镀金阴极及特定的酸液组成。氧分子通过树脂薄膜进入，在阴极发生还原反应（消耗电子），还原产物（OH-）通过电解质酸液到达阳极并与铅发生氧化反应（生成电子），这两个反应将会使两极板间产生电流，通过传感器电路处理后即可转化为氧气浓度。

五、实验教学目标

（1）尝试探究光照强弱对光合作用强度的影响。

（2）掌握实验设计的基本原则。

（3）通过自主学习和小组合作学习，提高对实验的分析能力、图文转化能力和合作交流能力。

（4）培养质疑、求实、创新的科学精神和科学态度。

（5）体会科学研究在农业生产上的重要作用。

六、实验教学内容

（1）师生通过“探究活动单”，完善实验探究方法，并按照教材上的6个实验步骤逐一进行，通过不同瓦数灯泡来实现光照的强弱；

（2）实施第一种改进方法，将因变量的检测方法改为记录三种光照强度下叶圆片最先上浮的时间，节省实验时间，同时引发学生兴趣；

（3）实施第二种改进方法，整个实验改为利用传感器检测C02和02的变化情况，不仅节省实验时间，还能分析叶圆片上浮本质，还能进一步落实生物学学科核心素养；

（4）师生互动，通过本实验内容，让学生提出一些提高农作物光合作用强度的有效而实用的措施，如适当提高光照强度等，将理论和实践相联系，用科学指导农业生产。

七、实验教学过程

（1）课前准备

学生们自主学习教材104-105页，并分小组完成一份探究活动单，教师进行初筛。

表1 “探究环境因素对光合作用强度的影响”探究活动单

①小组展示，导入新课

上课后，选择1个小组进行展示，另1小组分析该实验的自变量、因变量、无关变量，师生共同完善该实验探究方案，并按照教材上的实验步骤逐一进行。

②进行实验，得出结论

a．打孔，注意避开大叶脉；

b．利用注射器抽真空，将叶片内的气体全部逸出

c．将抽去真空的叶圆片放入烧杯中，这时可明显地观察到叶片全部沉入底部，再放入黑暗中待用；

d．向烧杯吹气，提供光合作用所需的C02；

e．进入光照室，用不同瓦数灯泡实现光照的强弱，从右到左，光照强度逐渐增强。

f．学生观察实验现象，完成该表格。（表格中的数据是多个小组实验取得的平均值）表2 不同光照强度下一定时间内叶圆片上浮的数量

结论，在一定光照强度范围内光合作用强度随光照强度的增加而增强。

③改进实验，深入探究

但是同学们对表格深入分析后发现，其实早在5分钟内，就可以得出实验结论，不用再继续统计10min、15min上浮的数量，从而引导学生将实验进行第一种改进，将因变量的检测方法改为记录40W、60W、95W三种光照强度下叶圆片最先上浮的时间，哪组叶圆片最先上浮，则该组光合速率最强。接下来播放实验结果的视频，在95W高光强下，我们可以明显地观察到，此时的叶圆片最先上浮，几分钟后，在60W中光强下，叶圆片也逐渐开始上浮，通过这种方法改进之后，避免了无谓的等待，而且比起传统的数上浮的数量，学生更愿意观察叶圆片上浮的整个动态过程，同时也加深了学生对事实性知识的理解。

但同学们此时又会提出疑问，叶圆片为什么会上浮呢？他们开始回忆之前对光合作用的学习，便找到了答案，由于给予植株一定光照后，植株进行光合作用，释放02，这才导致了叶片的上浮。学生便问到：我们能否直接检测02的变化情况呢？学生思考后，便引导学生开始利用传感器进行第二种改进。接下来教师开始逐一介绍传感器的使用方法，向密闭容器中放入植株和二氧化碳缓冲液，封闭后再将二氧化碳传感器和氧气传感器同时连接密闭容器和电脑，电脑就直接对数据进行采集，不用打孔、抽真空等步骤，大大节省了实验操作时间，学生也可以从电脑上直接读取CO2和02的数值，还能让学生去探索叶圆片上浮的本质。

用这个装置在40W、95W、200W照射下测出的数据，得到两个曲线图，让学生分析曲线，得出实验结论。学生通过对曲线的分析可知，随时间的推移，无论哪种光照下，C02都逐渐减少，O2都逐渐增加，但同时学生们又惊讶地发现，在200W照射下，此时的光合速率反而比95W低，进而学生们开始进行激烈的讨论并得出，给予光照时，植株进行光合作用，吸收密闭容器内的CO2，释放02，但要想提高光合速率，应适当提高光照强度。通过传感器这种方法来改进教材实验，不仅解决了操作时间长的问题，还进一步提高了学生的实践能力，培养了学生的数据处理能力、实验分析能力、科学探究能力以及图文转化能力，这不仅是高考所向，同时也将生物学学科核心素养科学思维、科学探究等进一步落到实处，也实现了第3、4两个教学目标。

④依托实验、实践应用

最后师生进一步互动，同学们通过今天的实验，能提出一些提高农作物光合作用强度的有效而实用的措施吗？（学生：适当提高光照强度等）从而将本节实验内容与生活实际相联系，用科学指导农业生产。

八、实验效果评价

通过对本探究实验的学习和改进，基本达到了预期的效果，进一步强化了学生对探究实验设计基本思路和方法的认识。在实验过程中，让学生进行观察、发现问题、提出问题，并在原有的实验基础上，通过合作交流，改进实验，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，也有利于提高学生的科学探究能力，最后将理论与实践相结合，学以致用，培养解决生产生活问题的担当和能力，这就是生物学的奥秘！