跟着科学家的脚步探索光合作用

巫静

[摘   要]学生对于光合作用的概念比较熟悉，但是对于光合作用的发现历程却是陌生的。“光合作用”教学中，既要让学生构建出光合作用的反应过程，更重要的是让学生跟着科学家的脚步一步一步地去探索光合作用，学习科学家们的实验精神和严谨的科学态度。

[关键词]光合作用;教学案例;科学家

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）17-0092-02

“光合作用”这部分内容是生物七年级上册的重点和难点。学生对于光合作用并不陌生，大部分学生都能说出光合作用的概念，但是对于光合作用的发现历程却是陌生的。生物教师应更重视教会学生像科学家一样经历仔细观察、提出问题、作出假设、设计实验、得出结论等一系列科学探究的过程，由此让学生感受到对照性原则和单一变量原则对实验设计的重要性，及任何一个科学结论都是科学家们不懈努力地研究和不断完善而得出的。

【案例一】展示两千多年前亚里士多德提出的观点“植物的根是一张嘴，植物生活和生长所需的一切物质，都是通过根吸收土壤汁得到的。”提问学生是否认同他的观点，学生都表示不认同，因为他未能通过实验验证自己的观点，无法确定观点的正确性。既然学生已经意识到实验的重要性，教师就因势利导让学生提出简单的实验设想。

在让学生提出实验设想后再自然引出海尔蒙特的实验，学生能容易理解实验的过程并能顺利分析出实验结论。

【案例二】教师提问：“同学们，你们知道为什么普利斯特莱的实验一中的小鼠会死亡，蜡烛会熄灭吗？”学生回答：“因为小鼠的存活和蜡烛的燃烧都需要氧气，而密闭的钟罩里氧气是有限的，所以当氧气用完了，小鼠就会窒息而亡，蜡烛也会熄灭。”教师说：“这位同学对实验一的分析非常仔细。那我想再问一下为什么实验二中的植物也死亡了呢？”立刻有学生举手回答：“植物应该也是因为缺少氧气而死亡的。”有学生提出不同的意见：“我觉得植物是因为缺少二氧化碳而死亡的，因为植物进行光合作用需要二氧化碳啊！”教师进一步引导：“大家各说各有理，但是这些都是同学们的猜测，要想验证自己的猜测是否正确，应该怎么做呀？”学生齐声回答：“设计实验，加以验证。”教师：“普利斯特莱已经帮我们把实验设计好了，我们一起来分析实验三，看看它对于我们刚才的猜测的验证有什么帮助？”学生阅读相关实验内容后很快有了结论：“我认为实验二中植物死亡的原因是缺乏二氧化碳。因为如果植物死亡是因为缺少氧气的话，那么将绿色植物和存活的小鼠或者燃烧的蜡烛放在一起，第三组的实验现象应该是蜡烛更快地熄灭，小鼠和绿色植物更早地死亡，因为它们都在争夺有限的氧气。但是实验三中绿色植物和小鼠的存活时间以及蜡烛燃烧的时间都延长了，说明绿色植物提供了小鼠存活和蜡烛燃烧所需要的氧气;而小鼠呼吸和蜡烛燃烧释放的二氧化碳恰好可以被绿色植物利用。它们可以各取所需。”教师总结：“这位同学通过细致地观察和分析，给了我们一个让人信服的答案。大家同意他的见解吗？”学生表示同意，并报以热烈的掌声。“同学们通过这三组实验的分析，可以发现科学的发展过程离不开大胆设想、质疑，更离不开在细致分析后设计有效的实验，实验设计过程中要严格遵照对照性原则和单一变量原则。希望科学家的实验方法和精神可以给大家带来启发，以后学会用这些方法去探究大自然和生活中的种种问题！”

【案例三】教师：“同学们阅读完课本90页中普利斯特莱的实验一、二、三后，谁能告诉我这些实验遵循了哪些实验原则？”学生回答：“遵循了对照原则。”教师：“能具体地说一说如何形成对照的吗？”一名学生回答：“小鼠实验和蜡烛实验进行对照。”教师：“设计对照实验的目的是为了找到想要研究的因素对实验的影响作用。那么在普利斯特莱的这个实验中，他想要研究的因素是小鼠或是蜡烛吗？”另一名学生回答：“普利斯特莱想要研究的影响因素是绿色植物对周围空气成分的影响，所以应该是‘单独放在密闭玻璃钟罩里的燃烧的蜡烛与‘一盆绿色植物和燃烧的蜡烛共同放在密闭玻璃钟里这两个实验构成一组对照实验，‘单独放在密闭玻璃钟罩里的小鼠与‘一盆绿色植物和小鼠共同放在密闭玻璃钟罩里这两个实验构成另一组对照实验。”教师：“这位同学总结得非常准确完整。”教师接着出示课件（如下图），说：“我现在将普利斯特莱的实验一和实验三的实验图放在一起对比，构成了刚才这位同学总结出来的两组对照实验。大家对照课件上的图片，说一说这个实验遵循的另一个重要的实验原则是什么。”学生回答：“单一变量原则，这个实验的单一变量是植物的有无。”教师总结：“很好。这两组对照实验中由于植物的存在，使得蜡烛燃烧或者小鼠存活的时间延长。”进而得出实验结论：植物可以更新因蜡烛燃烧或小鼠呼吸而变得污浊的空气。

【案例分析和反思】

“案例一”中，教师以亚里士多德的观点引入这节课的学习，目的不仅仅是为了否定他的结论直接引入海尔蒙特的实验，而是利用“这个结论不是建立在科学实验研究的基础上得出”的这个情境，试着让学生提出简单的实验设想，体现学生的学习主体地位，调动学生的学习主动性和参与性。学生在教师的引导下提出了实验设想，既获得了成就感，也能更自然地进入实验的具体实施过程，也就是海尔蒙特的实验过程。通过定量分析，更加直观地得出实验的结论，让学生感受到科学家设计实验的智慧。

“案例二”涉及教师对课堂的预设问题。在备课时，想到学生在分析完普利斯特莱的第一组实验后，很有可能也会认为第二组实验中植物死亡的原因也是因为缺少氧气。与其直接否定学生的结论，不如让学生通过分析第三组实验自然而然地得出正确的结论。这样，既可以培养学生大胆质疑和假设的精神，更重要的是让他们学会通过实验设计和分析去验证或反驳自己的假设。

“案例三”，教材中普利斯特莱的实验中只有实验三的插图，而并没有实验一和实验二对应的插图。为了让学生对于这组实验有完整的认知并强化实验设计中对照原则和单一变量原则的重要性，利用课件出示了实验一与实验三对应的图片，并分别将小鼠的实验与蜡烛的实验分开进行对照。这样，可以帮助学生更清晰地看出这几组实验之间的关联，以及体会到严格遵守对照性原则和单一变量原则对于保证实验结论可靠性的重要性。

通过这节课的教学，笔者对科学发展史在学科教学中所起的作用进行了认真的思考和反思，得出以下结论：

第一，对于初一学生，由于他们第一次正式接触生物这门学科，所以更多地认为生物学科只是对一些自然现象的了解和动植物种类的认知。殊不知，生物和小学的自然学科是有很大区别的。进入初中阶段，学生需要学会更加主动地参与到学习和探究的过程中，意识到不能永远停留在前人留下的成果上，而是应该继续通过科学探究去获取科学知识，认识世界并改造世界。科学的探究方法和科学家的探究精神正是通过科学发展史的学习而领悟和感受的。其实学生对于光合作用的概念已经非常熟悉了，所以本节课的重要目标除了让学生最后能够构建出光合作用的反应过程外，更要让学生跟着科学家的脚步一步一步地去探索光合作用，学习科学家仔细观察、大胆假设、合理巧妙地设计实验、认真分析实验结果的实验精神和严谨的科学态度，并且应用到自己的学习中。

第二，学习的主体永远是学生，教师需要充分利用好教材中的资料，对教学内容进行合理规划和安排。而探究性课堂，学生的思维比较发散，所以需要教师对课堂进行预设，对于课堂中可能出现的问题，要有准备以及巧妙的处理方法，处理得当甚至可能成为整节课的亮点。虽然学生是探究的主体，但是需要沿着教师设定好的路线进行探究，否则会显得课堂散乱没有主线。教師既然是幕后导演，那就需要认真设定好课堂中的每一个环节，由浅入深、逐级递进地引领学生进入科学探究的秘境。学生通过思考获得的知识一定比简单告知的内容要印象深刻得多。

第三，在科学发展史的教学中学生可以学到很多巧妙的实验设计方法以及了解更多先进的生物技术，在这个过程中会有图片信息和数字信息，如果学生善于进行图形和文字之间的转换，以及数据分析，对于他们后期学习能力的提升是非常有帮助的。

（责任编辑 黄春香）