夏 天

(浙江省余姚市第四中学 315400)

1 教材与学情分析

“探究环境因素对光合作用的影响”是浙科版高中生物学必修1[1]第3章第5节“光合作用”中的活动，也是高中生物学中的一个开放性探究实验。通过本实验学生可体验科学探究的一般流程。在本实验前，学生已经进行过“验证活细胞吸收物质的选择性”“探究酶的专一性”“探究pH对过氧化氢酶的影响”等相关的验证和探究实验，初步掌握自变量、因变量和无关变量的概念，以及对照实验、控制变量、设置浓度梯度、重复实验等实验设计基本知识。

实验装置的设计是本实验的难点之一。但学生在初中阶段进行过“绿叶在光照下制造淀粉”“光合作用产生氧气”“沉入水底的叶圆片为什么会浮上水面”等实验[2]，了解相关的实验装置，可通过启发引导学生设计实验装置。此外，《浙江省普通高中生物学实验手册(必修1·分子与细胞)》[3]也提供了很多参考实验装置。在义务教育阶段，学生已在数学课和信息技术课中掌握了统计表和统计图的类型及绘制，并在高中信息技术课中进一步巩固。因此，学生能够设计实验表格、绘制折线图，具备以图表形式呈现实验结果的能力。

2 教学目标

根据浙江省普通高中学科教学的相关指导文件[4～5]，结合本实验的特点，可确定主要教学目标是使学生能对研究的问题设计实验方案、对研究结果作出假设和预期、能处理和解释数据、得出合理的结论。

3 教学准备

除准备实验材料、试剂和用具外，还要完成导学案的设计、下发和批阅，实验分组以及预实验。

3.1 导学案设计、下发和批阅 导学案分为5个部分：一、学习目标。二、思考题：①根据同学们已有的生物学知识和人们的生产、生活经验，列出影响光合作用的环境因素。②在大家列出的影响光合作用的环境因素中，选择其中的一种因素，分析这种因素是如何影响光合作用的。在小组范围内讨论，对这个问题提出本组的假设。三、实验设计：根据你们组的假设，设计单因子对照实验方案。①你们组的实验中，自变量、因变量和无关变量是什么？②实验中，如何定义自变量，怎么控制无关变量？③实验中，通过什么方法测量因变量(光合速率/光合强度)？④实验装置设计。四、实验结果与分析(表格与坐标图)。五、实验结论。

在实验前两天下发导学案，以小组为单位完成思考题和实验设计。实验前一天上交导学案，教师进行批阅。

3.2 预实验 科技新苗小组进行预实验，确定实验方案——叶圆片法，设置各子实验的梯度实验，并录制预实验视频。

4 教学过程

4.1 导学案思考题分析 以PPT的形式呈现学生的回答，请小组代表进行分析，并进行充分讨论。从而完成科学探究中“提出问题、作出假设”这两步。

4.2 设计单因子对照实验，确定实验方案 首先，PPT回顾初中《科学》中“绿叶在光照下制造淀粉”“光合作用产生氧气”和“沉入水底的叶圆片为什么会浮上水面”3个实验。再简要分析实验手册中的参考实验装置。接着，以PPT的形式呈现学生的实验设计，请小组代表介绍各自的实验设计。介绍完后，其他学生提问，该小组解答。为了统一实验方案，最后由科技新苗小组代表汇报预实验情况，确定实验方案——叶圆片法(即初中“沉入水底的叶圆片为什么会浮上水面”实验所采用的方法)，并播放预实验视频，演示实验操作。从CO2浓度、温度和光强度3个角度探究环境因素对光合作用的影响，每个子实验由3组完成，即3次重复实验。至此，完成科学探究的“设计实验方案”。

4.3 分组实验 本实验分为3个子实验：①探究CO2浓度(NaHCO3浓度)对光合作用的影响：设置蒸馏水、0.5% NaHCO3浓度、1% NaHCO3浓度和1.5% NaHCO3浓度4组；②探究温度对光合作用的影响：设置10℃、20℃、30℃和40℃共4组；③探究光强度(光源与实验装置之间的距离)对光合作用的影响：设置遮光、15 cm、10 cm和5 cm共4组。当NaHCO3浓度作为无关变量时，浓度为1%；当温度为无关变量时，为室温；当光强度(光源距离)为无关变量时，保持5 cm。

光合速率用单位时间内上浮的叶圆片数量来衡量。在实验进行到5 min和10 min时，分别记录上浮的叶圆片数量。学生分为9组，每个子实验由3组完成。得到实验结果后，将实验数据记录在导学案和黑板上。至此，完成科学探究的“进行实验”。

4.4 实验数据分析，得出实验结论 学生根据实验数据求出均值，并作复式折线图。教师引导学生讨论实验结果的呈现是否正确，并补充图表规范的相关知识。

然后，学生分析表格数据和折线图，得出实验结论：①CO2浓度：在一定范围内，NaHCO3浓度增加，光合速率加快；②温度：光合作用存在最适温度，在此温度之前，光合速率随温度升高而加快，在此温度之后，光合速率随温度升高而下降；③光强度：光合速率随光强度增加而增加，但达到光饱和点后，光强度再增加光合速率不再增加。至此，完成科学探究的“分析实验数据、得出实验结论”。最后，教师以流程图的形式总结科学探究的一般流程。

5 教学反思

本实验强调了学生的实验设计能力和数据分析、呈现能力，以及掌握科学探究的一般流程。若要充分锻炼学生的这些能力，至少用2课时来进行本活动，第1课时完成“提出问题，作出假设，设计实验方案”，第2课时完成“进行实验，分析实验数据，得出实验结论”。本实验还可培养学生严谨缜密的科学思维、实事求是的科学态度。例如，在本实验中，应注意衡量的因变量实际上是表观光合速率。再如，在实验过程中，一个小组因操作错误而没有数据，让该组数据缺省即可。

此外，可以根据教材提供的可选材料(黑藻或金鱼藻、水、冰块、NaHCO3、精密pH试纸、100 W聚光灯、温度计、大烧杯、不同颜色的玻璃纸)进行相关的拓展实验。

(基金项目：浙江省余姚市2017年度教研课题“基于核心素养的高中生物实验创新与教学研究”，No. jy17104403)