光合作用一节的探究式CAI教学探索

2013-02-01王强

中国教育技术装备 2013年8期

■王强

以建构主义学习理论为指导，设计并开发“光合作用”一节的探究式CAI课件，并在教学实践的基础上，对探究式CAI在培养学生科学素质、突破教学难点的效度等方面进行初步分析，以探讨现代教育技术在生物教学中运用的有效性。

CAI这一教育技术目前正在中学生物课堂教学中频繁使用，但也出现许多问题。其主要原因是教育者过多地关注使用了多少CAI技术，而忽略了对“为什么要用CAI”“特定的教学内容适合用什么样的CAI”等问题的考虑。

基于对光合作用一节的课程特点和学习需求的分析，确立相应的教学行为目标，以建构主义学习理论为指导，设计并开发光合作用的探究式CAI课件，并进行教学尝试，对探究式CAI突破教学难点的效度作一个初步分析，以探讨现代教育技术在生物教学中运用的有效性。

1 探究式CAI概要

探究式CAI的在教学设计上, 明确了CAI课件主要辅助学生的“学”而非教师的“教”，通过计算机呈示多元化的问题情境，引导学生自己发现并解决问题，即像科学家那样去探索、解决问题。通过引导学生观察自然、思考科学真理的产生过程，或指导学生动手做科学，使他们逐步掌握科学的工作方法与手段，形成正确的态度与世界观，从而培养学生的创新意识和实践能力。

2 教学探索的想法与做法

课件的制作平台主要有Photoshop、Director、Premier、3Dmax等，集成平台为Authorware，以积件形式分成三部分内容，即：叶绿素的提取与分离实验教学、光合作用过程、光合作用的意义与生产实践。三者之间网状相连，制作技术思路为：在流程图中制作相应的热点，再利用跳转技术，对于每一个步骤进行具体分析，设置相应的图片、文字、语言、音乐情境，对学生进行诱导式提问。下面是教学思路及过程。

2.1 “叶绿素的提取与分离”实验设计的教学探索

“光合作用的实验”虽是一个独立的部分，但在具体教学时，则可结合相应的知识点，适时组织教学，如“叶绿素的提取与分离”可放在“光合作用场所”部分进行教学，主要起到指导学生实验的作用，教学地点则可以安排在有多媒体条件的实验室。

1）选叶。先展示几种不同植物、同一植物不同部位的叶片，然后设计问题：①不同叶片的颜色为什么有所不同？②叶绿体中色素究竟有哪些不同种类？各种色素的颜色分别是什么？含量如何？从而在问题的开始就形成一种探究氛围。在对学生的讨论分析后，再让学生从中选取相应的叶片。

2）提取叶绿素。利用多媒体技术，从不同视角分析叶绿素提取的原理；让学生比较不同有机溶剂在提取色素时的效果；鼓励学生使用不同有机溶剂组合来提取叶绿素。然后以视频形式向学生展示一段预先摄制好的录像《叶绿素的研磨与提取》。出于帮助学生理解实验中的关键步骤，增大探索的成功率，避免学生过多遭受失败而产生困惑的目的，相应出示下列问题：如何使叶片研磨得更充分、省力？研磨中色素是否会破坏？如果会，又该怎么办？如何控制有机溶剂的量并防止它的挥发。

3）分离叶绿素：利用CAI向学生分析层析法分离叶绿素的原理及其纸层析法的特点，并鼓励学生不要受先入为主印象的影响，大胆进行层析法的自主设计。为了指导学生正确地进行实验操作，在最后向学生展示一组事先摄制好的纸层析操作实验过程，让学生自己分析并讨论操作方法，并利用多媒体技术，对“制作滤纸条、画滤液细线”等关键的、同时通过演示实验又很难看清楚的步骤作特效分析。

在运用该CAI指导学生实验时，大大提高了学生创造的积极性。在学生实验过程中，发现学生有一些创造性成果：1）有的学生以圆形定性滤纸代替滤纸条，在滤纸的圆心先滴加滤液，后滴加层析液，制作出4种不同颜色的同心环带；2）有的学生以胡萝卜、萝卜叶代替菠菜叶，效果更好；3）有的学生提出以干粉笔做成层析柱，代替纸层析法，其效果也较为明显。这真正让笔者感到，探究式CAI远非一个“教”字可以了得。

2.2 光合作用过程的教学

光合作用是一个极为复杂的生理过程，它是一系列在细胞亚显微结构中进行的、多种酶催化下的各器官组织统一协调下的生物化学反应的总和。由于它是一种微观、动态的生理现象，因而学习过程就缺乏相应的直观和生活情境，学生只能被动接受教师组织的知识结构，而不能主动探索科学。

采用探究式CAI后，笔者改变以往的以陈述方式讲科学模式，而采用探究方式学科学：以植物光合作用的产物为起点，逆向思维，思考光合作用中物质转变与能量转化过程与来源，进而思考反应场所等问题。通过展示叶肉细胞显微结构、叶绿体亚显微立体结构、光反应和暗反应循环动画等情景，把学生带入真实场景，使学生学习兴趣高涨，并产生探究欲望。在对光合作用中的物质转变、能量转化一步步逆推分析讨论后，再采用多媒体技术对光合作用全过程进行剖析讲解：以光合作用中的物质转变与能量转化为两条主线，以同位素示踪技术为研究手段，以光反应、暗反应为时间先后顺序，叶绿体基粒片层簿膜及叶绿体基质为空间先后顺序，系统分析光合磷酸化、水的光解、CO2的固定与还原等生理过程。并从叶绿体中基粒片层薄膜垛叠现象，提出生物体普遍存在的一种通过折叠扩大表面积的方法；从细胞是一个统一整体的概念出发，提出控制光合作用过程的信息流的概念；从能量转化与守衡的角度出发，让学生定量研究太阳光子的能量转化为C6H12O6中的能量时的守衡现象。

由于光合作用过程是在一瞬间完成的，而运用CAI组织教学时，即可视学生的理解与掌握程度，随时停顿、放慢速度，或重复播放，提高学习效率，以优化教学过程。在总结讨论阶段，可利用多媒体技术中的箭头指向物体表面时闪烁的效果，帮助学生提高对光合作用受到光照、温度、CO2和H2O影响的认识，加深对于ATP、酶、化学反应动态平衡等知识的理解与迁移运用能力。

2.3 光合作用的意义与生产实践中应用部分的教学

基于STS（科学—社会—技术）的教学思想，也为了培养学生的创造与实践能力，并给一部分热爱生物学并且学有余力的学生提升自身的空间，所以这部分内容在教学设计时予以较高的重视。

光合作用的意义极为重要，但在传统教学中，教师一般是通过罗列一些空洞的数字，从而阐述光合作用是自然界最基本的物质与能量代谢这一基本事实，缺乏具体的生活情境，造成知识空洞，因而不利于培养学生科学的生物学态度和正确的价值观。

在采用CAI后，笔者试图通过相关做法来突破教学难点。从一株水稻在光合作用方面所做的贡献谈起，利用实物图片，配合文字质疑，让学生认识到：1）光合作用确实存在于自然界，存在于人们生活空间的每一个角落；2）植物光合作用所制造的有机物和O2，对于维持生态系统的动态平衡具有实在的价值；3）通过列表分析世界50年来粮食产量变化，让学生认识到科技进步、尤其是人们在光合作用研究方面所取得的进步对于提高粮食产量所起的作用；4）引导并让学生自己评价光合作用的意义，评价生态恶化对于人类进步的影响。

光合作用与生产实践的关系，主要通过大田合理密植、大棚种植两个生产实例，探索光合作用在生产中的应用。以大棚种植为例，通过一组预先摄制好的录像，展示一学生参观现代化农业示范基地的大棚种植园的过程。以学生的角度观察大棚内的温度控制、人工补充光照、气肥补充、空间合理利用等措施与光合作用的关系，并引导学生从不同角度，考察影响大棚种植的经济效益的因素，力求体现学习与生产实践相联系的精神，并建议学生从本地区的自身特点出发，探索如何将光合作用与当地城市绿化、个人生活、农业生产相联系，真正实现学习与个人进步、社会发展相结合的STS精神。