从尊重学生认知发展规律谈绿色植物光合作用的教学
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绿色植物的光合作用是初中生物的一个重要教学内容,其重要性在于:1.绿色植物通过光合作用把无机物合成有机物,实现了物质的转变;2.光合作用同时将光能转化为储存在有机物里的能量,实现了能量的转化;3.上述两点是进一步真正深入理解生态系统的结构,明确生物圈中人、动物、微生物和绿色植物关系的基础;4.光合作用知识是让学生了解其原理及在生产上的应用,能够让学生学以致用,也是对学生进行绿色环保教育的重要内容。综上所述,绿色植物光合作用是初中学生必须要掌握的重要的知识点。
但是,绿色植物的光合作用是微观的生命活动,内容抽象。对初中学生来说,要正确、全面地理解具有较大的难度。如何从学生认知发展规律出发,逐步呈现相关知识是值得研究的。
苏科版初中生物教材,对光合作用知识的安排非常合理,是学生学习了生物与环境、生态系统之后,从生物、环境中获取物质和能量的角度进行阐述的。笔者认为美中不足的是对人类认识光合作用的过程没有作出一定的叙述,并依此逐步呈现相关知识以及教学的时间是在七年级第一学期末的12月份底,冬季对光合作用的实验有一定的影响。
七年级学生的认知水平基本上是知道植物会进行光合作用,植物会吸收二氧化碳并放出氧气,并且大多数学生就认为植物吸收二氧化碳,放出氧气就是光合作用。先入为主,根深蒂固。以至于一部分学生在学过光合作用知识以后仍是这样认为的。所以,让学生认识光合作用产生有机物并实现光能转化是初中生物学教学的重点,为学生升入高中进一步学习打好基础。
从人类认识光合作用的历史过程看,比较复杂:
一、时间:两千多年前,亚里士多德(Aristotle)对植物营养的说法
早在两千多年前,人们受古希腊著名哲学家亚里士多德的影响,认为植物是由“土壤汁”构成的,即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。
二、时间:1648年,海尔蒙特(Helmont)的实验过程
海尔蒙特提出了水参与植物有机物合成的观点,但是没有考虑到空气对植物体内物质形成所起的作用。
三、时间:1771年,普利斯特里(Priestley)实验
最先用实验方法证明绿色植物从空气中吸收养分的是英国著名的化学家约瑟夫・普利斯特里。但他只是知道植物能净化空气,更新空气,但不知更新了空气的哪种成分;也没有发现阳光在这个实验中的关键作用。随后有人重复普利斯特里的实验,得出与他相反的结论,认为植物不仅不能把空气变好,反而会把空气变坏(这是由于植物同样有呼吸作用的缘故)。而这一现象连普利斯特里本人也难以解释。
这种截然不同的结论引起人们的极大关注,导致了1779年荷兰的简・英格豪斯进行了一系列实验,他的实验证实了普利斯特利的实验结果,确认植物对污浊的空气有“解毒”能力,同时指出这种能力是太阳光照射植物的结果,从而证明绿色植物只有在光下,才能把空气变好。
四、时间:1864年,萨克斯实验
萨克斯的实验使人们认识到,绿色植物在光下不仅能够释放氧气,而且能够合成淀粉等物质,供给植物生长发育等生命活动。1897年,人们首次把绿色植物的上述生理活动称为光合作用。这样,柳苗的生长之谜也终于被揭开了。
五、时间:1880年,恩吉尔曼(C.Engelmann)实验
证明了植物光合作用的放氧结构是叶绿体由光照引起的。
六、时间:20世纪30年代,美国科学家鲁宾和卡门的实验
1939年,美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen)利用同位素标记法进行了探究。实验证明光合作用释放的氧气来自水。
美国科学家卡尔文等人用小球藻(一种单细胞的绿藻)做实验,探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
很显然,以上第六点是今后高中学习的内容,初中生物学教学不应涉及,第五点也没有必要重点去讲述,教材要求重点理解并掌握的是第四点:萨克斯实验即光合作用实验。但如教材从海尔蒙特(Helmont)的实验直接跳到光合作用实验,笔者认为知识呈现显得有点突兀,不利于让学生从已知的知识过渡到新的知识。
所以,在教学过程中,向学生详细介绍第三点的相关内容是非常必要的。普利斯特里(Priestley)实验让学生知道“植物会吸收二氧化碳并放出氧气”或是“净化空气”这个已有知识的来源。有人重复普利斯特里的实验得出相反结论能让学生充满好奇心,了解植物也是有呼吸作用的(这一点对于很多学生来说是很容易被忽略或误解的)。这一知识为引入光合作用的条件――光照做好铺垫,也为下一章节《能量与呼吸》做好准备。荷兰的简・英格豪斯进行的一系列实验,是让学生知道光合作用条件的光照的必要性,在光合作用中引入能量转化的概念。在这个基础上,呈现光合作用实验的知识才显得顺理成章。
高质量地完成光合作用实验的教学任务是本节知识的关键所在。为图省事,播放实验录像的教学效果是不能代替学生亲自实验的效果的。但是教材安排的内容与季节不符。时值冬季,教材使用的“经典材料”天竺葵在这个时候几乎是无处可觅的;温度条件也制约光合作用的强度和实验时间。所以,选择合适的光合作用材料比较重要,小青菜或吊兰等容易寻找的材料都是可以的。选取的植物叶片不宜太幼嫩或太老。太幼嫩的叶片制造有机物不多,遇碘反应效果不明显,且老叶脱色不容易。温度和光照强度可以用白炽灯来控制。
做好实验是让学生得出光合作用的产物不仅仅是以前知道的氧气,还有更重要的是产生了有机物。是有机物的产生实现了物质的转变;是有机物的产生实现了能量的转化;是有机物的产生明确了生物圈中人、动物、微生物和绿色植物的关系。
总而言之,绿色植物的光合作用内容抽象,选择性地借助人类对光合作用历时三百多年的研究呈现知识,比较尊重学生认知发展规律,也能让学生知道经过这么多位科学家的共同努力,才对其生理过程有了比较清楚的认识。这里不仅包含着科学家们的艰辛劳动与智慧,还与社会科学技术的进步与发展密切相关。
参考文献:
[1]李荣季.《“光合作用”的实验改进》.《生物学教学》.2006年07期.
[2]《植物“光合作用”实验材料探寻》.《生物学通报》.1999.6.
[3]熊吴坚.《光合作用的实验改进》.《生物学通报》.1997年第9期.
作者单位:苏州市文昌实验中学