实验：使用高倍显微镜观察几种细胞教学设计
作者: 王婷婷 | 发布时间: 2023/10/31 15:19:09 | 632次浏览
探究环境因素对光合作用强度的影响的教学案例
一、教学指导思想和理论依据
《探究环境因素对光合作用强度的影响》是人教版高中生物必修1《分子与细胞》中的第4个探究实验，该实验中学生自主选择探究内容的空间大。依据普通高中《生物课程标准》中发展学生科学探究能力的目标要求，本节课以“自主质疑-伙伴互助-实例拓展”为主线，通过引导学生自主提出问题、设计和完善实验方案、实验操作等活动体验，突出对学生在课堂探究实验中的积极性、建构性和反思性等能力的培养。主要活动点有：
1、结合生产实际，学生提出探究的问题，培养敢于质疑、发散思维的思维品质。
2、学生依据实验条件与信息，设计、评价和完善实验方案，提高探究能力。
3、学生了解“传感器”在实验和生产中的应用，拓展设计实验的视野，感受技术对生物学研究的意义。
二、实验教学分析
基于必修1中“影响酶活性的条件”等前3个探究实验的活动体验，学生具备了一定的实验动手能力，但在设计可行性实验方案，合理的控制自变量、选择可观察的因变量、排除无关变量等问题上，仍是弱点，同时也是本节课的教学重点和教学难点。
（一）教学重点和难点
1、教学重点：
（1）引导学生自主完成实验设计。
（2）引导学生分析实验结果，阐明影响光合作用的因素。
2、教学难点：
（1）在实验教学的内容组织和时间安排上，适时地引领学生自主设计实验。
（2）在设计实验思路和可行的实验方案上，针对学生的问题实施有效的指导。
（二）教学策略
1、做预实验，预设和解决实验教学中的问题。
（1）摸索适宜的实验材料和用具，实验操作中的注意事项，以确保实验的有效进行。
（2）预设学生在实验中可能出现的问题。例如，如何选择适宜浓度的NaHCO3溶液等，针对问题设置培养学生探究能力的训练点，开发为学生活动提供支持的有效资源。
2、任务驱动，激发和支持学生自主解决问题。
教学过程以提高大棚果蔬的产量为背景，引导学生选择探究内容→设计实验方案→展示交流、评议完善实验方案→实施实验、分析结果。针对学生不能合理的设置自变量和测定因变量等问题，借助媒体手段，提供信息资源，帮助学生达成学习目标。
三、教学目标
1、通过实验过程和结果分析，阐明光合作用的影响因素。
2、依据设计实验的一般原则和实际条件，设计“探究影响光合作用的环境因素”实验方案，并完成相应的实验操作。
3、在互助和交流的活动中，培养质疑、创新的意识和科学严谨求实的态度，提高交流合作的能力。
四、课前准备
（一）预实验
1、选择适宜的实验材料用具
利用吊兰、大叶黄杨、小白菜、菠菜、韭菜等实验材料，组织部分学生进行预实验，经整理加工获得了以下为实验探究提供支持的素材。
（1）以吊兰为材料的实验
（2）以菠菜为材料的实验
（4）以大叶黄杨为材料的实验
2、实验用具和操作方法的选择
（1）用100ml的大注射器，可以避免在抽拉针管时活塞脱离，同时一次可以放较多的小叶片，提高实验的速度。
（2）注射器内的水量大约为总量的1/3；及时排出叶片逸出的气体，反复多次，可使小叶片尽快下沉，如图3。
（3）把处理后的叶片放入锥形瓶时，用玻璃棒把叶片分开，以免叶片重叠，影响实验效果。
（二）实验材料和器具
1、实验材料：菠菜、吊兰、大叶黄杨、质量分数3%NaHCO3溶液、冰块、热水、清水。
2、实验用具：打孔器、60W台灯、烧杯、100mL注射器、直尺、锥形瓶等。
五、教学过程
教学过程 | 教师的组织与引导 | 学生活动 | 教学意图 |
结合生产实际提出问题 | PPT：温室大棚图片。 质疑：在生产中，是否可以通过改变环境因素来提高光合作用强度？ | 依据已有的光合作用知识和生活经验，观察、思考，提出改变环境的CO2浓度、温度、光照等可以提高光合作用强度。 | 激发学生兴趣，培养问题意识，训练发散思维。 |
分析推理作出假设 | 引导学生依据已有的知识对探究的问题作出假设。 | 通过回忆光合作用原理做出合理的假设。 | 培养运用知识分析问题的能力。 |
设计、交流完善实验方案 | 1.自主选题分组 鼓励学生依据自己的兴趣和实验条件选择探究的问题，进行光照强度、CO2浓度、温度的探究。
2.理清实验思路 重点一：分析实验自变量、因变量。引导学生讨论： （1）本实验自变量和因变量分别是什么？ （2）如何有效控制自变量？
重点二：组织学生汇报交流 解决实验方案中设置自变量不准确，测定因变量不可行等问题。 （1）展示预实验结果（见课前准备的预实验结果中表1、表2、图1、图2），引导学生提取素材中的信息，选择实验材料和用具。
（2）引导学生参考书上的案例，确定因变量的观察指标。
3.完善实验方案 引导学生在导学案上（见附件）完成实验方案，巡视指导学生如何控制无关变量。 |
根据自己的兴趣进行选择探究的问题，3人一组，自由组合实验小组
思考、讨论。初步提出控制自变量的思路，明确实验中的因变量。 （1）通过调整光源与装置的距离控制光照强度。 （2）用不同浓度的NaHCO3溶液来控制CO2的浓度。 （3）利用热水和冷水来设置不同的温度。 （4）实验的因变量包括有机物、O2产生量和 CO2的吸收量等。
观察、分析预实验结果，做出判断和选择。 （1）据表1、2分析，用吊兰、大叶黄杨做实验材料费时，不宜在课堂上做。 （2）据图1分析，菠菜做实验材料，效果好，且省时。 （3）据图2和表2分析，叶片中叶绿素含量高，则光合作用速率强，应选深绿色的叶片做实验材料。 （4）选取浓度为1～3%的NaHCO3溶液进行实验。 依据光合作用的过程，分析得出原理是以小叶片的上升速度为光合作用强度的测定指标。
思考讨论，设计实验方案并作出预期结果，各组间相互展示交流，评价完善。 |
学生自主选择探究内容，体现学生的自主性。
通过设置开放性的问题引发学生思考，使学生综合运用已有的化学和物理知识来解决生物问题，培养综合分析能力。
通过分析预实验，培养学生获取和处理信息的能力，体会预实验在实验研究中的作用，培养学生科学严谨的态度。
提高学生的实验设计能力。
锻炼学生的表达能力，相互倾听、互助的能力。 |
实验操作 展示评价
| 巡视指导学生实验操作，发现学生的优点，解决出现的问题。 1.主要解决的问题 依据预实验总结出的实验技巧，解决学生在实验中出现的问题。 （1）排出小叶片中的气体时，说明针筒内水量不宜过大。 （2）用玻璃棒将NaHCO3溶液里的叶片分开，以防重叠。 2．鼓励学生的创新设计 学生在实验中有独到的实验思路和操作体会。 （1）学生为了避免锥形瓶之间彼此遮光，有的组做了如下的实验设计，使3只锥形瓶不在一条直线上。
（2）有的小组用大叶黄杨和菠菜进行实验，结果发现大叶黄杨的叶片革质，不易于使叶中的气体逸出、下沉。 | 依据实验方案，进行具体实验操作。不同实验小组的实验装置如下： （1）探究温度对光合作用强度的影响。
（2）探究光照强度对光合作用强度的影响。用60W台灯与装置的不同距离控制光强。
（3）探究不同浓度的NaHCO3溶液对光合作用强度的影响。
依据导学卡，记录实验结果。 | 实施实验方案、 培养学生的动手操作能力和小组合作解决问题的能力。
体会到实验选材的意义 |
分析实验结果得出实验结论
| 组织各实验小组展示实验结果，并反思实验中成功的经验和改进的建议。
请学生代表到黑板上绘制出实验结果。
归纳扩展，环境中的水分含量和无机物质的成分及含量也会影响植物的光合作用
质疑：有无更好的方法直接测定的O2释放量或CO2的吸收量？ | 展示实验结果。依据结果，绘制成曲线图。分析得出结论。
（1）环境因素CO2浓度、光照强度、温度对光合作用均有影响。 （2）适宜的提高CO2浓度、光照强度和温度能提高光合作用的强度
| 培养学生的表达能力和信息转化能力。将实验数据转化成曲线，能用数学方法表述实验结果。
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拓展视野 实践应用
| 介绍传感器，并作演示实验
进一步质疑： （1）传感器测得溶液中的氧含量是否是光合作用产生的氧的总量？ （2）请同学在课下设计用传感器来测定光合作用强度的实验方案。
屏幕展示：气象百叶窗和光质控制大棚图片，体现科学技术在生产中的应用。 |
观看传感器的实验，读出实验数据。感受仪器技术应用于实验的意义。
思考、讨论。 （1）不是，因为溶液中的氧含量是光合作用产生的氧量与呼吸作用消耗的氧量的总合。 （2）提出思路：除老师的以上操作外，还需测得在黑暗条件下的同样时间内溶液中氧的消耗量。
思考、领会。 |
体会现代技术手段，为科学探究带来的便捷和技术支持。
培养学生综合运用知识解决问题的能力
扩展学生视野，渗透“科学、技术、社会”思想教育。 |
六、总结反思
1、培养实验技能与发挥学生的自主性相得益彰。
本节课，从选择探究内容、确定材料、设计方案、实验操作、汇报与交流结果等几个方面都是通过学生自主来完成的。实践证明，学生在思考、交流、讨论、动手活动中积极性高，能在实验中自省，伙伴互助完成探究内容。如学生对同一个实验内容有不同的实验设计方案；在一个实验组，选用不同的材料，体会选择材料在实验中的作用等，提高了实验探究能力。
2、做好预实验是组织和设计实验教学内容的重要环节
教材中的实验案例既有引领示范作用，但也有适用范围的局限性。教师可以依据课标要求、学生和学校实际情况，课前对实验的活动内容进行充分的实践与分析，从中找出实施实验教学中可能出现的问题，挖掘实验资源，使教学指导更具有针对性和启发性。如在准备本实验教学的过程中，教师发掘了训练学生获取信息的素材，总结了实验选材的经验和操作技巧，从而优化实验指导的方法和过程，提升实验教学的质量与效率。
3．全面理解和规划高中生物学实验的教学目标
做好实验教学的整体与局部的规划安排，是系统地、循序渐进地落实教育目标的保障。如本节实验教学制定的目标是依据该实验在高中生物学实验的整体位置上来确定的，如果没有前面的“探究植物细胞的失水和吸水”等实验做铺垫，本节课也很难体现学生活动的自主性。在日常组织教研教学中，做到立足三维教育目标，有计划地、循序渐进地全面落实课程标准的目标要求。
