探究影响光合作用的因素(实验方案设计)

PAGEPAGE4探究影响光合作用的因素（第一课时）上海市延安中学王石一、设计思路：“探究影响光合作用的因素”为上海市二期课改教材《生命科学》（上海科学技术出版社，高中第一册）的学生实验4.4，按上海课标的“知识与技能”分类标准，该实验属“实验C级”，是整套教材中唯一一个要求学生自行设计方案的学生实验，因此该教学内容是对学生进行探究能力培养的良好素材，但教材并未系统地介绍实验设计中应该遵循哪些原则。此前学生参与了“探究酶的催化特性”的实验过程，并了解了历史上科学家们对光合作用的一些研究思路，虽然没有系统掌握实验设计的原则，但对如何进行实验设计已有一些感性认识，所以我在课前让每位同学先凭自己的理解设计一份实验方案，在教学中以学生“原生态”的设计方案为案例，以学生在课堂上对具体案例进行分析时生成的问题为教学素材，通过对具体案例的分析，适时归纳出实验设计的基本思路和应该遵循的基本原则，在师生对典型案例进行共同分析的过程中，要求学生逐步确立修正自己实验方案的基本思路。在学生对实验设计仅停留在感性认识的层面时，如何充分利用教学过程中派生出的教学资源（问题）是本节课面对的最大挑战。课前，我对学生的实验方案进行粗略批阅，借此进一步了解学生的基础，对学生容易出现的问题做到心中有数，以便在教学中加以解决。然后从学生的实验方案中收集典型案例（根据需要，从方案中截取具有典型问题的相应板块），并按实验设计中需要注意的不同事项进行归类，最后根据所选择的探究因素（光照强度、温度等）类型，将学生分为若干小组；课中，以学生设计的实验为案例，按照“明确实验目的→确定实验思路→设计实验方法（步骤）→设计结果记录、处理方式”的顺序依次进行分析和探讨，学生在这条粗线条的引导下，通过参与解决课堂中衍生出的问题，发现自己设计的方案中的缺陷，并逐步找到解决这些问题的思路。在同学们逐渐完善自己方案的过程中，师生一起对实验设计的基本思路和应该遵循的基本原则进行归纳；课后，同学对自己的方案进行修改，为第2课时实施自己的实验方案作好准备。在“确定实验思路”这一教学环节中，我将变量类型、处理思路、方法或原则等教学内容按下图所示的框架逐级展示，以期突破教学难点。二、教学目标：1．知识与技能：能设计探究影响光合作用因素的实验方案，理解并应用实验设计的基本原则和对实验变量进行控制的方法，学会设计记录实验数据的表格。2．过程与方法：经历探究影响光合作用的因素的实验设计过程及小组内对实验设计方案的研讨过程，学习实验设计的原则和方法。3．情感态度与价值观：参与探究影响光合作用的因素的实验方案的设计与讨论，形成严谨的科学研究态度。三、重点和难点：重点：实验设计的原则及对实验变量的控制。难点：对实验中各种变量的分析及对不同变量的处理方法。四、教学准备：1．每位学生通过借鉴课本中的学生实验和科学家的探究方法或查阅资料，独立完成实验方案的撰写。2．教师收集学生实验设计方案中出现的典型问题，并根据需要，从方案中截取相应的板块制成PPT。3.利用数字实验室（每个实验台边可坐8人，有2台电脑，能同步大投影中的内容），使每个学生都能看清教师提供的案例，为集体分析和讨论提供保障。4．根据所选择的探究因素类型，将学生分为若干小组，并安排好每组在实验室的座位。五、教学过程：教学内容教师行为学生行为教学说明引入以往我们基本都是按教材设定的实验方法和步骤来完成实验的，较少能体现大家的探究能力。我们即将做的下一个实验将由大家自己做主，你们将首次按照自己设计的实验方案完成实验。由自己做主并不是说可以随心所欲，实验方案一定要科学、严密，否则将难以实现研究的目标实验也就失去它的意义。PPT展示学生们设计的实验方案（集中摆放后拍摄的一张照片）大家撰写的实验方案包括了哪几部分内容呢？看自己的方案，回答问题。通过相互补充，最后答出实验题目、目的和原理、假设、材料选择、仪器与试剂、实验方法等内容。激发学生的探究热情。根据对设计方案批改所掌握的情况对不同班级作不同处理：比较好的班级采取集体回答的方式，对本部分问题较多（漏掉某些必要内容）的班级指定有典型问题的同学回答。[回答]实验要研究什么，哪些因素可能会影响光合作用，这些因素变化时将引起光合作用如何变化？（即实验目的）看PPT展示的光合作用反应式，根据教师的引导，将反应式中显示的信息分为反应物、产物、光照条件和反应场所（叶绿体）等方面，确定可从哪些方面开展探究。如有同学实验方案有偏离实验目的的情况，则结合该设计，由同学们一起分析如何使实验目的表述更清晰。在PPT上显示出的案例，如是作为优秀方案显示的，在该案例后附上设计者姓名，如是作为具有典型缺陷的方案显示的，显示时略去姓名。上课时注意通过观察该同学反应，借以判断这部分教学是否取得了较好的效果。思考作答根据光合作用反应式显示的信息回答：光合作用过程中CO2、H2O的消耗速度或O2、淀粉的产生速度。回答自己在实验中所采取的检测方法。（较多同学会选择教材中提供参考的方案——测定O2产量可用真空渗水法、溶解氧传感器测定法等方法。）该同学介绍自己的检测措施（极可能实验2.1“食物中主要营养成分的鉴定”和实验4.1“探究酶的催化特性”等实验中采用碘液检测淀粉和用线香亮度检测氧气的方法）学生回答：前面学过（或查阅资料得知）认真听教师归纳[回答]相同光源不同距离或相同距离不同光源[回答]自变量、因变量学生根据自变量和因变量的关系，体会即将讲到的“实验变量”和“反应变量”之间的关系，并找到它们和自变量、因变量的对应关系。回答出：实验中由操作者所施加的因素或条件是自变量。实验过程中由于实验变量而引起的变化或结果是因变量。从自己设计的方案中寻找这两类变量，并对这两类变量进行标注。从自己设计的方案中寻找除了实验变量和反应变量外的其他变量。认真听教师讲解该同学在自己方案中标出有哪些无关变量，并向大祭介绍自己的处理办法及理由。同学们一起对该同学的设计方案进行分析，并找出自己处理办法的可取之处和欠缺之处。认真听教师讲解学生回顾已经做过的6个实验，找出与这些对照类型相对应的对照设置方式。（1）空白对照（“探究酶的催化特性”中加其他物质的试管与加入蒸馏水的试管间的对照）（2）自身对照（质壁分离中洋葱细胞形态的前后对照）（3）相互对照（“探究酶的催化特性”中加Fecl3和加入新鲜猪肝匀浆的两支试管间的对照）看自己的方案，加深对“设置对照”的理解。以学生设计方案中的测定指标和方法为例，从实验材料、方法的可行性、简便性、科学性等方面分析和评价，在学生设计的方案中找些典型问题加以解决。有意识地让用到已学过的实验方法的同学介绍，引导学生应用已有知识解决问题。如有更新颖的方法，也要给这些同学展示的机会（测定干重增加的半叶法等）选以“光照强度”为影响因素的同学回答。也可根据学生设计的方案的实际情况设置相应问题，找研究其他因素的同学问答。引导学生将数学中函数的相关知识迁移到对实验中相关变量的理解过程中，除了能让学生进行有意义的建构外，还能让他们意识到实验设计过程实际上包含严谨的思维过程。先由学生对各自设计的方案进行“变量分析”，然后教师再通过PPT对典型的案例进行分析，引导学生对实验设计的理解从感性层面逐渐向理性层面转化。如果学生不能主动回答，则根据事先批阅实验设计方案时掌握的情况，分别找对实验变量处理不够严密的同学回答，在同学回答时及时进行纠正。最后让处理得比较好的同学回答，让该同学学生体会到成功的喜悦。学生往往会笼统地讲到将消除不掉的无关因素都控制成相同状态，例如以光照强度为研究对象的同学会注意到“温度应相同”，但不考虑具体控制到多少度，这个温度是否适合）加深对课本中已做过的验证性实验的设计思路的理解，减少学生对“空白对照”等术语的陌生感。如不将这些术语与学生已有知识进行有机的联系，会增加学生理解的难度。设计实验方法（步骤）[讲述]整个实验步骤的设计应围绕如何施加实验变量、控制无关变量和获取反应变量而展开。我们有了实验的思路后，需要把思路转化成具体的实验步骤。要使得你写的实验步骤具有可操作性，我们应该注意哪些问题呢？（提供典型的有缺陷的案例让学生分析、归纳）讨论并归纳出：理顺实验步骤的顺序；步骤一般需要分段(编号）叙说；试管（或烧杯等）要给予编号，如Ａ、Ｂ或甲、乙；叙说中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语等。同学核查自己的方案，作初步修改。强调从“思路”层次过渡到“文字表达”层次的一些注意事项设计实验结果的记录和处理方法[讲述]实验的结果要采取一定的方式进行记录。对原始数据还要进行处理整理，否则难以分析出规律性的东西，经过处理和整理的数据，如用表和图表达则可更直观。同学们在记录实验结果时，采用了哪种方式呢？同学展示自己设计的用于记录实验结果的方式，其他同学评价。文字、图、表等各种不同的结果记录形式，体现了对信息的不同处理方式。由于时间有限，本节课不对如何将这些形式进行相互转换作过多展开小结我们知道了实验设计的基本步骤和应当遵循的一般原则。大家在完成一份实验设计方案后，要检查它是否科学应有一些具体的判断标准，大家看看应该有哪些判断标准呢？小组讨论，归纳1.目的明确吗？2.是否有效地控制和消除了无关变量对实验