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高中生物《光合作用与能量转化》教学实践

在深度学习视域下,基于学生已经掌握的有关植物细胞的结构和功能开展高中生物学必修1第5章的最后一节“光合作用与能量转化”,是提升学生生物学核心素养的重要教学实践之一,开阔学生对植物叶绿体的深入探究和植物光合作用的发现及研究历史、过程及原理的知识视野,综合实验教学、问题情境创设、小组讨论探究等多重教学设计,突破学习的重难点,奠定后续生物学学习的坚实基础。

一、由浅入深,回顾旧学,引入课堂新知

在本节的课程教学设计中,教师采用旧学引入新课再创设问题情境的教学方式来提升学生的课堂专注度以及领悟本节课程学习的重难点。经过实验探究深度剖析有关叶绿体的知识体系,借此为光合作用主因素的深入研究做铺垫,教学过程中进一步助推了光合作用与能量转化的深度学习和全方位理解。

(一)情境引导

教师活动:引导学生分配角色。

学生活动:根据自己选择的角色,进行角色扮演,以生动的方式展现光合作用的过程。

(二)基于情境引导,开展教学任务

●任务一:水棉、好氧细菌实验

1.实验记录

教师:今天大家将通过水绵和好氧细菌来观察光合作用过程中氧气的产生。

水绵:有谁能告诉我,为什么我和好氧细菌成为这次实验的主角?

好氧细菌:你的叶绿体结构呈螺旋式带状,方便观察,而我会聚集在氧气产生的地方。

水绵:接下来,我会接受极细光束的照射,大家可以通过显微镜观察好氧细菌在我体内的分布情况。

好氧细菌:我只聚集在你被光束照射到的叶绿体部位附近,当整个装片暴露在阳光下时,我会分布在所有受光的叶绿体周围。

教师:这个现象说明了什么呢?

好氧细菌:这说明叶绿体是光合作用发生的地方,氧气是由叶绿体释放出来的。

2.小组合作,绘制叶绿体的结构和功能图示

(1)分工合作:小组成员根据个人特长分工,如绘图、资料搜集、文字标注等。

(2)资料搜集:每组根据教材或提供的资料,搜集关于叶绿体结构的信息。

(3)绘制结构图:绘图时,可以使用不同颜色或图案来区分叶绿体的不同部分。

(4)标注功能:小组成员讨论叶绿体的功能并在图示旁边用文字或箭头标注叶绿体的功能(见图1)。

●任务二:绿叶中色素的提取和分离实验

1.回归教材,关注实验注意事项

色素:我藏身于细胞之内,需要破坏细胞壁才能将我释放。

教师:为什么需要将绿叶剪成碎片呢?

学生:这样可以通过增大接触面积来研磨充分,让色素更容易释放。

教师:为什么要向剪碎的绿叶中加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇呢?

二氧化硅:我可以让绿叶的细胞更容易破碎。

碳酸钙:我能防止色素在研磨过程中被破坏。

无水乙醇:我很适合溶解并提取色素。

教师:同学们,在用纸层析法分离色素时,为什么要将滤纸条的一端剪去两角呢?

学生:这样做是为了防止出现弧形带,保证色素在滤纸上均匀扩散。

教师:接下来将滤液用毛细吸管沿着滤纸条底部画线,确保滤纸条插入层析液中并保持滤液细线在层析液之上。大家请耐心等待实验结果。

2.小组合作,开展实验

教师活动:将学生分成若干小组并向每个小组介绍实验步骤和注意事项。

学生活动:

?小组成员开展实验:(1)取绿叶;(2)剪碎;(3)加二氧化硅、碳酸钙、无水乙醇;(4)充分地研磨;(5)收集滤液;(6)制备滤纸条;(7)画滤液细线;(8)纸层析色素。

3.教师引导纠偏,小组交流讨论

教师引导:及时发现学生实验操作的问题并进行指导。

小组讨论:

?观察实验过程中的现象和数据:(1)色素提取液的颜色;(2)层析过程中色素带的数量、位置和颜色;(3)不同色素带的相对位置和间距。

4.探究各种色素对不同波长光的吸收问题

教师提出:引导学生思考不同色素对不同波长光的吸收情况。需要注意的是,绿叶中的四种色素吸收的光波长有差别,但是都可以用于光合作用。

学生探究:探究绿叶中四种色素对可见光的吸收特性。一般情况下,叶绿体中的色素只吸收可见光,而对红外光和紫外光等不吸收。叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大,类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大。

二、递进教学,课堂深入,增强学习力度

(一)光合作用的含义和探究历程

光合作用的探究历程源远流长,其起源可追溯至18世纪。植物、藻类以及某些细菌通过独特的生物机制——光合作用,巧妙地利用光能将无机物质转化为有机物质。这一转换过程不仅为生物体生长提供了所需的能量和物质,还对地球生态系统的物质循环和能量流动起到了至关重要的作用。

教师活动:让学生观察普里斯特利的实验中蜡烛在容器中燃烧的情况,引导学生分析光合作用的过程以及重要性。

学生活动:扮演科学家普里斯特利亲自体验实验过程。

总结反思:普里斯特利的发现改变了人们对自然界的认知,为光合作用的研究开启了新的篇章。教师还可以带领学生探讨其他科学家的实验,如表1所示。通过演绎科学家的实验故事,学生可以了解光合作用的含义和

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