彭凱

[摘要] 生物學(xué)教學(xué)涉及理論掌握、實(shí)驗(yàn)操作，每一環(huán)都與客觀事實(shí)、真理緊緊相扣，所以在教學(xué)中貫徹邏輯思維的培養(yǎng)，能很好地幫助培養(yǎng)學(xué)生的理解能力和科學(xué)探究能力。以“能量之源—光與光合作用”一節(jié)內(nèi)容為例，緊扣科學(xué)探究的基本原則，讓學(xué)生連貫性地掌握光合作用的探究過(guò)程，在邏輯思維上形成流暢的探究線。

[關(guān)鍵詞] 邏輯思維;光合作用;高中生物學(xué);光反應(yīng);暗反應(yīng)

聯(lián)合國(guó)教科文組織發(fā)表的《教科文組織理科教師手冊(cè)》內(nèi)容顯示，近50個(gè)國(guó)家500多位教育家強(qiáng)調(diào)的最重要的教育目標(biāo)，總共有16項(xiàng)內(nèi)容。對(duì)這16項(xiàng)教育目標(biāo)的重要性進(jìn)行先后排序，其中幫助學(xué)生邏輯思維能力發(fā)展的目標(biāo)位居第二?？梢?jiàn)，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力是非常重要的。高中生物學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)性學(xué)科，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，旨在提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)能力。在此，將邏輯思維貫穿課堂教學(xué)過(guò)程，更好地幫助學(xué)生掌握知識(shí)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力。

一、關(guān)聯(lián)所學(xué)，要點(diǎn)明晰

前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)細(xì)胞呼吸，知道了細(xì)胞呼吸的本質(zhì)是分解有機(jī)物，并將儲(chǔ)存在有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能釋放出來(lái)合成ATP，為細(xì)胞中的生命活動(dòng)提供能量。啟發(fā)學(xué)生思考：有機(jī)物是如何產(chǎn)生的？根據(jù)能量守恒原則，有機(jī)物中的化學(xué)能從何而來(lái)？通過(guò)思考這兩個(gè)問(wèn)題，逐步引導(dǎo)學(xué)生回憶起初中掌握的綠色植物光合作用的內(nèi)容，回答出有機(jī)物是由光合作用產(chǎn)生的，并認(rèn)知到儲(chǔ)存在有機(jī)物中的化學(xué)能是由光能轉(zhuǎn)化而來(lái)的。此外，要探究光合作用的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，需要回顧細(xì)胞器譯介教學(xué)中有關(guān)葉綠體的內(nèi)容，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生的思維轉(zhuǎn)向類(lèi)囊體薄膜上的色素，認(rèn)識(shí)到光合作用與色素有著重要的關(guān)系。

[設(shè)計(jì)意圖]通過(guò)回顧本節(jié)內(nèi)容前面的知識(shí)，讓學(xué)生一步步深入思考能量和物質(zhì)的來(lái)源，追根溯源，逐漸進(jìn)入本節(jié)探究的內(nèi)容“能量之源—光與光合作用”。從光合作用的概念，引入葉綠體的功能，讓學(xué)生對(duì)葉綠體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生濃厚的興趣，回憶鞏固前面學(xué)習(xí)的葉綠體相關(guān)的內(nèi)容，將前面一筆帶過(guò)的色素重新提到關(guān)注點(diǎn)，進(jìn)一步探究色素的相關(guān)內(nèi)容，引出色素提取和分離的實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引問(wèn)而探

1.色素提取

原理：綠葉中的色素能溶解在無(wú)水乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑中。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）取材：稱(chēng)取5 g新鮮綠葉，剪碎，放入研缽中。

（2）研磨：將氧化硅、碳酸鈣放入無(wú)水乙醇溶液中進(jìn)行充分研磨。

（3）過(guò)濾：漏斗基部放一塊單層尼龍布，將研磨液迅速倒入漏斗中進(jìn)行過(guò)濾。

（4）收集：用小試管收集色素濾液，及時(shí)將試管口用棉塞塞緊。

2.色素分離

原理：不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨著層析液在濾紙上擴(kuò)散快，反之則慢。這樣，綠葉中的色素就會(huì)隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離開(kāi)。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）制備濾紙條。將干燥的定性濾紙剪成略小于試管長(zhǎng)與直徑的濾紙條，并剪去濾紙條一端的兩個(gè)角;在距離剪角一端1 cm處用鉛筆畫(huà)一條細(xì)的橫線。

（2）畫(huà)濾液細(xì)線。用毛細(xì)吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫(huà)一條直的濾液細(xì)線;待濾液干后，再重復(fù)畫(huà)一兩次。

（3）色素分離。將適量的層析液倒入試管（或燒杯）中;將濾紙條（有濾液細(xì)線的一端朝下）輕輕插入層析液中;用棉塞塞緊試管口。

（4）觀察現(xiàn)象。濾紙條上出現(xiàn)四條寬度、顏色不同的色素帶。

[設(shè)計(jì)意圖]課本上的實(shí)驗(yàn)在閱讀之后，會(huì)讓人覺(jué)得復(fù)雜無(wú)頭緒，并且并不理解其中的原理和具體情況。通過(guò)將探究色素的實(shí)驗(yàn)分成提取和分離，按照一定的探究邏輯，讓學(xué)生一步步探究關(guān)于色素的內(nèi)容，并將抽象復(fù)雜的知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)具體化，讓學(xué)生感受到前面出現(xiàn)頻率較高的色素這種物質(zhì)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)而取得，并且能夠理解消化，更提升學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力。

3.色素相關(guān)內(nèi)容鋪陳

通過(guò)色素的提取和分離，能從濾紙條上觀察到色素的具體情況：色素在層析液中溶解度的高低，致使在濾紙條上出現(xiàn)不同高低的色素帶;色素的含量不同，致使濾紙條上出現(xiàn)不同寬度的色素帶。

根據(jù)不同色素的顏色、含量，引發(fā)學(xué)生思考。正由于葉綠素a和葉綠色b的含量最多，且它們是藍(lán)綠色和黃綠色，所以葉子呈現(xiàn)出來(lái)的是綠色的。通過(guò)此知識(shí)往后延伸，當(dāng)天秋天來(lái)臨的時(shí)候，葉綠色不斷分解，葉綠素含量降低，葉子呈現(xiàn)的便是類(lèi)胡蘿卜素的顏色，即葉子泛黃。在天氣寒冷的時(shí)候，人類(lèi)需要補(bǔ)充能量，植物同樣需要補(bǔ)充有機(jī)物，于是在植物體內(nèi)聚集了可溶性的糖，而可溶性的糖又轉(zhuǎn)化成了花青素，所以葉子變紅。

色素并非只有它的物理作用，向外界展現(xiàn)出它的顏色有更重要的作用，即在光合作用里面起到的重要作用：吸收—傳遞—轉(zhuǎn)化光能。色素能夠吸收和轉(zhuǎn)化光能，這兩點(diǎn)很容易理解，但對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，色素有傳遞光能這一功能，還是比較費(fèi)解的。通過(guò)幾種色素的內(nèi)容，向?qū)W生介紹傳遞的概念。

[設(shè)計(jì)意圖]通過(guò)解決日常生活中學(xué)生的疑惑，讓他們更加堅(jiān)信色素的內(nèi)部變化引起了客觀的現(xiàn)象，并且抓住了學(xué)生的好奇心和求知欲，引入色素的相關(guān)內(nèi)容，讓學(xué)生理解色素的功能，為前面光合作用如何轉(zhuǎn)化光能并生成有機(jī)物提供了一個(gè)階段性的答案。

三、史學(xué)探秘，延展思維

通過(guò)一個(gè)個(gè)科學(xué)探究史，不斷填滿光合作用反應(yīng)的材料、條件、產(chǎn)物，讓學(xué)生理解探究歷程，并更加深刻地理解每一種物質(zhì)的參與緣由。

教師說(shuō)明Van Helmont的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，即將一株2.3 kg

的小柳樹(shù)種植在98.8 kg的干土中，用雨水澆灌五年，長(zhǎng)成重76.7 kg的植株，而土壤減輕0.1 kg，由此得出結(jié)論植物是從水中取得生長(zhǎng)所需的物質(zhì)的。此時(shí)，教師可以在板書(shū)中填補(bǔ)光合作用化學(xué)反應(yīng)式中的反應(yīng)物H2O。緊接著通過(guò)1771年的普利斯特利實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：植物可更新空氣。順著科學(xué)史的進(jìn)程展示1779年英格豪斯實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而說(shuō)明只有在陽(yáng)光下，綠葉才能更新空氣，并填補(bǔ)光合作用化學(xué)反應(yīng)式，反應(yīng)條件需要在光照下。然后，教師引入1785年化學(xué)家發(fā)現(xiàn)空氣的組成，人們明確了綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳。再根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律提示學(xué)生，植物進(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。最后，用1864年薩克斯實(shí)驗(yàn)說(shuō)明結(jié)論：綠色葉片光合作用產(chǎn)生了淀粉。如此一來(lái)，填充完善光合作用反應(yīng)式。

[設(shè)計(jì)意圖]通過(guò)回顧科學(xué)史，運(yùn)用填補(bǔ)法讓學(xué)生慢慢掌握本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容——光合作用的過(guò)程。這樣對(duì)于光合作用的具體反應(yīng)過(guò)程和步驟學(xué)生就能清楚理解，更好地掌握本節(jié)的重難點(diǎn)內(nèi)容。

四、反應(yīng)解析，深度理解

通過(guò)科學(xué)史的探究，學(xué)生已經(jīng)掌握了光合作用的化學(xué)反應(yīng)式。此時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生回顧細(xì)胞呼吸的過(guò)程，不僅掌握細(xì)胞呼吸的化學(xué)反應(yīng)式，更通過(guò)具體反應(yīng)階段掌握反應(yīng)式中元素的來(lái)源與去路。這樣，在光合作用之中，學(xué)生會(huì)好奇我們所探究出來(lái)的反應(yīng)式中各元素的來(lái)源和去路，并且也想探究光合作用是否分步驟進(jìn)行。

引入材料：魯濱和卡門(mén)利用同位素標(biāo)記法，發(fā)現(xiàn)了光合作用釋放的O2來(lái)自水。通過(guò)魯濱和卡門(mén)的實(shí)驗(yàn)，我們找到了O2的來(lái)源，并通過(guò)該過(guò)程掌握光合作用產(chǎn)生O2的光反應(yīng)階段，了解相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容。通過(guò)這個(gè)突破口，結(jié)合光合作用反應(yīng)式，我們能推算出每一種元素的來(lái)源和去路。通過(guò)氧元素的同位素標(biāo)記法掌握氧元素的轉(zhuǎn)換過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其他元素轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生濃厚的興趣，并進(jìn)一步探究。最后，引入20世紀(jì)40年代卡爾文實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明卡爾文循環(huán)的過(guò)程，用14C標(biāo)記的14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，而后追蹤檢測(cè)其放射性，使學(xué)生掌握光合作用的暗反應(yīng)階段。

[設(shè)計(jì)意圖]以光合作用方程式入手，探究元素的來(lái)源與去路，并一步一步揭開(kāi)光合作用的兩個(gè)階段。光合作用的過(guò)程一直都是高中必修一的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，如果能讓學(xué)生從邏輯出發(fā)，深刻掌握整個(gè)反應(yīng)過(guò)程，便能更好地理解相關(guān)內(nèi)容。

光合作用是人教版教材必修一的重點(diǎn)內(nèi)容，前面是細(xì)胞呼吸的相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生了解了生物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)化。通過(guò)前因后果一點(diǎn)一點(diǎn)擊破，讓學(xué)生立刻轉(zhuǎn)換到生物體內(nèi)能量的來(lái)源，并通過(guò)已有知識(shí)不斷回憶與光合作用有關(guān)的內(nèi)容，從而引入葉綠體的內(nèi)容、色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)，探究色素的功能，然后又引入探究光合作用的具體內(nèi)容。通過(guò)知識(shí)點(diǎn)的環(huán)環(huán)相扣，不斷解釋前面的內(nèi)容，并更新內(nèi)容，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)重難點(diǎn)內(nèi)容的過(guò)程中有清晰的思路，有明確的思維，這樣才能更好地掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

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