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在现代教育理念中，传授知识已不能成为教育的唯一目的，现代教育更应该关注在传授科学知识的过程中如何促进学生掌握科学的研究方法。学生对科学方法的掌握仅靠模仿和记忆远远不够，科学思维形成的关键在于对科学方法进行实践。笔者所在学校校基于光合作用发现史的校本活动采用半开放的课堂，让学生在模拟科学家的实验设计的基础上完成光合作用的几个探究性实验，从而更好地理解科学实验设计思路。这些实验探究活动扩大了学生体验科学方法的范围，帮助学生更好地理解科学的本质。具体的教学研究尝试如下。
1、活动的提出
“光合作用的认识过程”是高中生物新课程《分子与细胞》模块的重点和难点内容，也是开展探究性活动的基本素材之一。大多数教师对这一内容的处理以讲授为主，从海尔蒙特、普里斯特利、英格豪斯、萨克斯到恩格尔曼、鲁宾卡门，再到卡尔文，所涉及的科学家与实验内容较多，受课时影响，教师对科学发现过程和科学方法的介绍往往比较简单，学生很难对科学家开展具体工作时的思维过程和实验方法进行深入的思考。从实际的教学效果看，难以激发学生参与科学史探究的热情。在高中生物教学中，教师应如何突破课时的制约，让学生真正领悟生命科学史经典实验的科学方法呢？
笔者将“光合作用的认识过程”中的某些经典实验通过校本模拟实验，让学生走向实验室，在亲历性的实践活动中理解光合作用的概念和过程，领悟经典实验的科学方法和科学精神。
该活动的学习目标是：通过科学史实认识实验对生物学发展的推动作用；掌握经典实验设计中的科学方法；学会评述光合作用的认识过程并概述光合作用的实质和意义。
2、活动的设计
2.1 绿色植物光合作用释放氧气
模拟英格豪斯的实验看似简单，学生根据如图1所示装置用排水法收集水藻在光下产生的气体是却遇上了许多问题，例如：怎样安装收集气体的装置？为什么水藻的叶片上明明有气泡产生，试管里的水却排不出去？排水法收集到气体的试管怎样取出才能避免氧气溢出？体验多次的失败后，活动小组决定对收集气体装置可做适当的改进，选择漏斗口直径为80 mm的漏斗，将漏斗颈切割至2～3 cm，置于500 mL的烧杯中，适当减少水藻的数量以避免水藻堵塞漏斗口。这些细节的改进大大提高了装置安装的成功率。
模拟实验只需用带火星的木条检测收集到的气体是氧气即可。
高中生如何在此基础上进行更多探究，活动小组注意到一定时间内通过排水法所收集到的气体量，即氧气的释放量可作为反映光合作用强度很重要的指标，操作定义为4 h内试管所收集的氧气的体积，以距试管底部的长度表示。由此设计了一系列的对照实验：比较黑藻与金鱼藻光合作用强度的差异、溶液中NaHCO3浓度对黑藻光合作用的影响、不同光照条件对黑藻光合作用的影响等。表1为不同浓度NaHCO4培养条件下的黑藻氧气释放量的记录表格。
该模拟活动通过改进实验装置，降低了操作技能的要求，使大多数学生均能很好地收集到光合作用产生的气体，并将此作为检测光合作用强度的因变量运用到其他的探究实验中。学生通过实验认识到选择叶表面积较大的黑藻，加入质量分数为O.8%的碳酸氢钠溶液，增强光照强度均能促进植物的光合作用。
2.2 绿叶在光下合成淀粉
该活动模拟萨克斯的实验，教材推荐的是天竺葵，由于天竺葵不易得到，活动小组选择南方常见叶片较薄的旱金莲作为实验的材料。将旱金莲放到黑暗条件下处理一昼夜后，取其中若干叶片，采取图2的处理，曝光6 h后检测曝光部分与遮光部分是否有淀粉生成。实际检测的结果多与预测不同，这或许与对植株的黑暗与光照处理时间长短有关，可是大多数活动小组发现无论如何调整黑暗与光照的时间，旱金莲同一叶片的遮光与曝光部分都有淀粉（这可能与旱金莲淀粉运输速度较快有关）。那么，应该如何设置对照实验呢？
既然同一叶片的遮光与曝光部分构成一组对照实验，能不能在同一植株选择遮光叶片和曝光叶片进行实验对照呢？活动小组将旱金莲植株放到黑暗条件下处理一昼夜后，将部分叶片用黑纸片两面遮盖起来，对植株曝光6 h，然后将曝光和遮光的叶片同时摘下，将遮光的叶片去掉一半（以区别照光的叶片）。把两组叶片放入盛有酒精的小烧杯里，隔水加热以溶解叶片中的色素，清水漂洗后放到培养皿里。滴加碘液可以观察到曝光组叶片呈蓝色，遮光组未见蓝色，这说明光合作用的产物除了氧气还有淀粉。
改用旱金莲进行实验可能产生的误差，可以通过采摘生长状况相同的同一部位相似叶龄的叶片进行实验来减少误差。
通过这个实验的多次尝试，学生对实验设计中控制无关变量的方法有了切身的体会，从而进一步认识到萨克斯采用天竺葵的同一叶片进行对照实验的巧妙，并能将该方法很好地迁移到利用同一植株的不同叶片进行实验对照，提高了实验设计和实验分析的能力。
2.3 合成淀粉的场所是细胞的叶绿体
该实验常规的做法是利用银边天竺葵中天然白色部分与绿色部分进行对比，说明只有含叶绿体的绿色部分能合成淀粉。这是一个基于推测的简单判断，能否利用显微镜真实地感受叶绿体是合成淀粉的产所呢？
由于旱金莲叶片较薄，可直接剪取少量叶片，在高倍镜下观察叶表皮中保卫细胞的叶绿体。取活动
2.2 中检测到淀粉的曝光组叶片制成临时装片观察叶表皮中保卫细胞的叶绿体，可以清楚地看到被染成蓝色的叶绿体，而遮光组的叶表皮中细胞未见明显蓝色的叶绿体。
也有部分学生在遮光组的叶表皮细胞中看到了被染成蓝色的叶绿体，通过分析，学生再次认识到对植株的黑暗处理时间可能影响到实验的结果，并且黑暗处理时间与植株的种类与大小都有一定的关系。该活动也让学生体验了“眼见为实”的微观世界，对生物学知识的认识不再局限于记忆与背诵。
2.4 探究光照强度对光合作用的影响 本实验传统的方法是叶片打孔抽气法，通过调节台灯与叶片之间的距离或台灯的瓦数，观察叶片上浮所需的时间，传统实验课堂耗时较多，误差不容易控制。
本活动采用光合作用测定仪器——U-6400便携式光合仪对叶片的光合作用进行测定，可以根据一定时间内叶室内C02的变化以及气体流速、温度、大气压等环境参数来计算光合作用的速率，光合仪能敏感记录进出叶室的C02浓度的变化，每3 min记录一次，在短短的30 min中自动生成大量的数据，该活动环节的目的在于培养学生处理大量原始数据及分析实验结果的能力。
对比进出叶室C02浓度的变化，绘出光照强度与二氧化碳变化量的关系，如图3所示。
引导学生对该曲线进行分析，可以认识到以下三点：
①光合作用需要光；
②光合作用需要CO2；
③一定条件下，随光照强度的增强，光合作用也增强。
该活动将传感器、数据采集器和计算机结合起来，不需黑暗预处理便可测定即时光合作用，高效省时，解决了传统实验数据测定不可靠的问题，利用计算机对数据进行初步的处理，得到直观简便的图像，便于学生对实验数据进行讨论，让学生从多个侧面认识光合作用的过程，这种主动积极的建构过程，有利于使知识转化为个体内在的认知结构，同时该活动也让学生进一步认识到科学技术对生命科学发展的推动作用。
3、活动的反思
模拟英格豪斯和萨克斯实验的两个活动是在初中实验基础上的拓展和延伸，针对高中生的思维特点，教师应该引导学生针对实验设计和实验过程中出现的具体问题进行探究实验。活动三则利用高中生物课程标准规定的实验“使用高倍显微镜观察绿色植物的叶绿体”来观察“用碘液染色的旱金莲叶片的叶绿体”，从而验证绿色植物光合作用的场所是叶绿体。活动四则将计算机数据采集系统引入校本课堂，让学生近距离地体验现代化的检测手段对生命科学研究的直接推动作用，在收集和处理科学数据的过程中通过提高分析和解决问题的能力。
实验课是培养学生探究能力的良好载体，“光合作用的认识过程”是基于科学史模拟实验的校本课程中的活动内容，该内容是必修课的拓展和延伸，由学生选修，4人组合形成学习小组，采用半开放的课堂，给学生创造了一个体验与实践的机会。该活动突破了教学体系的封闭性和教学时间的束缚，大大丰富了学生体验探究的范围，对学生巩固光合作用的知识，培养学生实验设计与实验分析的能力，提高科学素养具有重要的意义。
1、活动的提出
“光合作用的认识过程”是高中生物新课程《分子与细胞》模块的重点和难点内容，也是开展探究性活动的基本素材之一。大多数教师对这一内容的处理以讲授为主，从海尔蒙特、普里斯特利、英格豪斯、萨克斯到恩格尔曼、鲁宾卡门，再到卡尔文，所涉及的科学家与实验内容较多，受课时影响，教师对科学发现过程和科学方法的介绍往往比较简单，学生很难对科学家开展具体工作时的思维过程和实验方法进行深入的思考。从实际的教学效果看，难以激发学生参与科学史探究的热情。在高中生物教学中，教师应如何突破课时的制约，让学生真正领悟生命科学史经典实验的科学方法呢？
笔者将“光合作用的认识过程”中的某些经典实验通过校本模拟实验，让学生走向实验室，在亲历性的实践活动中理解光合作用的概念和过程，领悟经典实验的科学方法和科学精神。
该活动的学习目标是：通过科学史实认识实验对生物学发展的推动作用；掌握经典实验设计中的科学方法；学会评述光合作用的认识过程并概述光合作用的实质和意义。
2、活动的设计
2.1 绿色植物光合作用释放氧气
模拟英格豪斯的实验看似简单，学生根据如图1所示装置用排水法收集水藻在光下产生的气体是却遇上了许多问题，例如：怎样安装收集气体的装置？为什么水藻的叶片上明明有气泡产生，试管里的水却排不出去？排水法收集到气体的试管怎样取出才能避免氧气溢出？体验多次的失败后，活动小组决定对收集气体装置可做适当的改进，选择漏斗口直径为80 mm的漏斗，将漏斗颈切割至2～3 cm，置于500 mL的烧杯中，适当减少水藻的数量以避免水藻堵塞漏斗口。这些细节的改进大大提高了装置安装的成功率。
模拟实验只需用带火星的木条检测收集到的气体是氧气即可。
高中生如何在此基础上进行更多探究，活动小组注意到一定时间内通过排水法所收集到的气体量，即氧气的释放量可作为反映光合作用强度很重要的指标，操作定义为4 h内试管所收集的氧气的体积，以距试管底部的长度表示。由此设计了一系列的对照实验：比较黑藻与金鱼藻光合作用强度的差异、溶液中NaHCO3浓度对黑藻光合作用的影响、不同光照条件对黑藻光合作用的影响等。表1为不同浓度NaHCO4培养条件下的黑藻氧气释放量的记录表格。
该模拟活动通过改进实验装置，降低了操作技能的要求，使大多数学生均能很好地收集到光合作用产生的气体，并将此作为检测光合作用强度的因变量运用到其他的探究实验中。学生通过实验认识到选择叶表面积较大的黑藻，加入质量分数为O.8%的碳酸氢钠溶液，增强光照强度均能促进植物的光合作用。
2.2 绿叶在光下合成淀粉
该活动模拟萨克斯的实验，教材推荐的是天竺葵，由于天竺葵不易得到，活动小组选择南方常见叶片较薄的旱金莲作为实验的材料。将旱金莲放到黑暗条件下处理一昼夜后，取其中若干叶片，采取图2的处理，曝光6 h后检测曝光部分与遮光部分是否有淀粉生成。实际检测的结果多与预测不同，这或许与对植株的黑暗与光照处理时间长短有关，可是大多数活动小组发现无论如何调整黑暗与光照的时间，旱金莲同一叶片的遮光与曝光部分都有淀粉（这可能与旱金莲淀粉运输速度较快有关）。那么，应该如何设置对照实验呢？
既然同一叶片的遮光与曝光部分构成一组对照实验，能不能在同一植株选择遮光叶片和曝光叶片进行实验对照呢？活动小组将旱金莲植株放到黑暗条件下处理一昼夜后，将部分叶片用黑纸片两面遮盖起来，对植株曝光6 h，然后将曝光和遮光的叶片同时摘下，将遮光的叶片去掉一半（以区别照光的叶片）。把两组叶片放入盛有酒精的小烧杯里，隔水加热以溶解叶片中的色素，清水漂洗后放到培养皿里。滴加碘液可以观察到曝光组叶片呈蓝色，遮光组未见蓝色，这说明光合作用的产物除了氧气还有淀粉。
改用旱金莲进行实验可能产生的误差，可以通过采摘生长状况相同的同一部位相似叶龄的叶片进行实验来减少误差。
通过这个实验的多次尝试，学生对实验设计中控制无关变量的方法有了切身的体会，从而进一步认识到萨克斯采用天竺葵的同一叶片进行对照实验的巧妙，并能将该方法很好地迁移到利用同一植株的不同叶片进行实验对照，提高了实验设计和实验分析的能力。
2.3 合成淀粉的场所是细胞的叶绿体
该实验常规的做法是利用银边天竺葵中天然白色部分与绿色部分进行对比，说明只有含叶绿体的绿色部分能合成淀粉。这是一个基于推测的简单判断，能否利用显微镜真实地感受叶绿体是合成淀粉的产所呢？
由于旱金莲叶片较薄，可直接剪取少量叶片，在高倍镜下观察叶表皮中保卫细胞的叶绿体。取活动
2.2 中检测到淀粉的曝光组叶片制成临时装片观察叶表皮中保卫细胞的叶绿体，可以清楚地看到被染成蓝色的叶绿体，而遮光组的叶表皮中细胞未见明显蓝色的叶绿体。
也有部分学生在遮光组的叶表皮细胞中看到了被染成蓝色的叶绿体，通过分析，学生再次认识到对植株的黑暗处理时间可能影响到实验的结果，并且黑暗处理时间与植株的种类与大小都有一定的关系。该活动也让学生体验了“眼见为实”的微观世界，对生物学知识的认识不再局限于记忆与背诵。
2.4 探究光照强度对光合作用的影响 本实验传统的方法是叶片打孔抽气法，通过调节台灯与叶片之间的距离或台灯的瓦数，观察叶片上浮所需的时间，传统实验课堂耗时较多，误差不容易控制。
本活动采用光合作用测定仪器——U-6400便携式光合仪对叶片的光合作用进行测定，可以根据一定时间内叶室内C02的变化以及气体流速、温度、大气压等环境参数来计算光合作用的速率，光合仪能敏感记录进出叶室的C02浓度的变化，每3 min记录一次，在短短的30 min中自动生成大量的数据，该活动环节的目的在于培养学生处理大量原始数据及分析实验结果的能力。
对比进出叶室C02浓度的变化，绘出光照强度与二氧化碳变化量的关系，如图3所示。
引导学生对该曲线进行分析，可以认识到以下三点：
①光合作用需要光；
②光合作用需要CO2；
③一定条件下，随光照强度的增强，光合作用也增强。
该活动将传感器、数据采集器和计算机结合起来，不需黑暗预处理便可测定即时光合作用，高效省时，解决了传统实验数据测定不可靠的问题，利用计算机对数据进行初步的处理，得到直观简便的图像，便于学生对实验数据进行讨论，让学生从多个侧面认识光合作用的过程，这种主动积极的建构过程，有利于使知识转化为个体内在的认知结构，同时该活动也让学生进一步认识到科学技术对生命科学发展的推动作用。
3、活动的反思
模拟英格豪斯和萨克斯实验的两个活动是在初中实验基础上的拓展和延伸，针对高中生的思维特点，教师应该引导学生针对实验设计和实验过程中出现的具体问题进行探究实验。活动三则利用高中生物课程标准规定的实验“使用高倍显微镜观察绿色植物的叶绿体”来观察“用碘液染色的旱金莲叶片的叶绿体”，从而验证绿色植物光合作用的场所是叶绿体。活动四则将计算机数据采集系统引入校本课堂，让学生近距离地体验现代化的检测手段对生命科学研究的直接推动作用，在收集和处理科学数据的过程中通过提高分析和解决问题的能力。
实验课是培养学生探究能力的良好载体，“光合作用的认识过程”是基于科学史模拟实验的校本课程中的活动内容，该内容是必修课的拓展和延伸，由学生选修，4人组合形成学习小组，采用半开放的课堂，给学生创造了一个体验与实践的机会。该活动突破了教学体系的封闭性和教学时间的束缚，大大丰富了学生体验探究的范围，对学生巩固光合作用的知识，培养学生实验设计与实验分析的能力，提高科学素养具有重要的意义。