培养科学思维方式，让学生学会创新

赵国强

一、授课内容

人教版高中生物必修1模块中的第五章第四节第二课时中的第一个问题“光合作用的探究历程”。

《高中新课程标准（实验稿）》提出：“提高每个高中学生的生物科学素养是新课程标准实施中的核心任务。生物科学素养是公民科学素养构成中的重要组成部分。生物科学素养是公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识。”那么，在具体的生物课教学过程中如何来提高学生的科学素养呢？在新课程设计上有很多提高科学素养的素材，其中教材上有很多重要结论、原理的科学探究过程，应用好教材上的这些经典实验是培养生物科学素养的重要途径。

二、教学过程

早在两千多年前，古希腊哲学家亚里士多德根据经验推测得出结论：“植物的物质积累来源于土壤。”人们受其影响，认为植物生长发育所需的物质完全来自土壤。是不是这样的呢？假如你是科学家，你怎样设计实验来证明植物生长所需要的营养物质并非来自土壤呢？

（1）学生们进行讨论、交流。

（2）师生共同讨论。

师：大家是如何设计实验来证明植物生长所需要的营养物质并非来自土壤的呢？

某生：取生长旺盛的某种植物，在环境适宜的花盆里培养，生长足够的时间后，测量植物的增重量，花盆的重量的减少量加上浇水量，然后两者做差值，差值是植物吸收空气的增重量。

师：大家觉得他的方案正确吗？

生：有漏洞，因为植物吸收的水分大部分通过蒸腾作用散失了。

师：对对，很好。我们看看科学家们是怎样设计实验来证明植物生长所需的物质的（课件展示“光合作用的探究历程”）。1648年，比利时科学家海尔蒙特在大木桶内栽种植物（2.3千克），五年后，植物增重了74.4kg，在五年之间他仅向土壤浇水，而土壤才减少了0.57kg。同学们想想，海尔蒙特会得出什么结论？

生：建造植物体的原料是水分，不过他的结论不正确。

师：嗯，不过在一千多年前能有这样的认识就很难得了。海尔蒙特的实验说明水是植物必需的物质。那么，植物真的只需要水就能长大吗？早在1637年，我国明代科学家宋应星已注意到空气和植物的关系，提出“人所食物皆为气所化”的观点。1771年，最先用实验方法证明绿色植物从空气中吸收养分的是英国著名的科学家普利斯特利。请同学们阅读教材101页第一自然段，普利斯特利是怎样设计实验的，证明了什么？

生：普利斯特利的实验证明了植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。

师：嗯，很好，但人们严格按照普利斯特利的实验要求重复他的实验，有的能成功，有的失败，为什么呢？可以怎样进一步实验？

生：普利斯特里做实验的时候没有注意到光的影响，故后人重复的时候有的成功，有的失败了。1779年，荷兰英格豪斯做了500多次植物更新空气的实验，得出结论：光在植物更新空气的过程中起关键作用。

师：遗憾的是受当时化学发展水平的限制，人们并不知道植物吸收和释放的是什么气体。1785，由于发现了空气的组成，人们才明确植物在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳。既然植物在更新空气成分时吸收光，那么光去哪儿了呢？同学们阅读课本。

生：1845年，德国植物学家梅耶根据能量转化与守恒定律指出：光能转换成化学能储存起来。

师：那么，植物在吸收水和二氧化碳、释放氧气的过程中，把光能储存在什么物质中呢？（同学们阅读102页相关内容）

生：1864年， 萨克斯把天竺葵叶片黑暗处理一段时间，一半曝光一半遮光，然后碘蒸气处理，结果曝光一半呈深蓝色，遮光一半不变色。由此得出结论：绿叶在光合作用中产生了淀粉，光能转换成化学能储存在淀粉中。

师：嗯，也就是说萨克斯证明了植物吸收的光储存在淀粉中。请同学们思考，（1）为什么要进行黑暗处理？（2）一半曝光、一半遮光的目的是什么？

生：暗处理是为了让叶片充分饥饿，一半曝光、一半遮光的目的是作对比，通过对比可以得出绿叶吸收的光转化在什么物质中。

师：对对！光合作用的探究历程到此，反应物是水和二氧化碳，产物是氧气和淀粉，那么，产物中的氧气是来源于水还是二氧化碳呢？请同学阅读课本，看科学家们是怎样设计实验的来证明氧气来源的。

生：美国的鲁宾和卡门用同位素标记法设计了对比实验，分为两组，第一组给植物提供未标记的C02和标记的H2180，第二组给植物提供标记C18O2和未标记的H20，然后检测氧02。结果发现在第一组实验中检测到了802，第二组未检测802，说明光合作用释放的02来源于反应物H20。

师：很好！这样产物的氧气的来源就搞清了，那么光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？同学们阅读课本，回答问题。

生：美国的卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C在合成有机物过程中的去向，称为卡尔文循环。

师：对！卡尔文用的方法和鲁宾和卡门的一样，但是在检测CO2中14C的去向要比检测802大多了。另外，卡尔文循环是很复杂的生化反应过程，在高中教材中没有详细介绍卡尔文循环过程，大学教材会详细介绍卡尔文循环，同学们考上大学后若对此感兴趣可继续深造。

三、教学反思

在新课改教材编排中，有很多经典的科学发现的实验，在教学中应用好这些实验，能有效地培养学生的科学思维方式，为未来培养创新性人才作铺垫。另外，教师要充分调动学生的积极性，在教学过程体现学生为主体的地位，这样才能使学生在学习过程中形成自己的思维方式。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.高中新课程标准[M].北京：人民教育出版社，2003.

（甘肃省通渭县第二中学）