高中生物学人教版2019：教学设计《基于”假说演绎法“探究环境因素对光合作用强度的影响》.docx

教学设计

课程基本信息

学科

生物

年级

高一

学期

秋季

课题

基于假说演绎法探究环境因素对光合作用强度的影响（实验课）

教科书

书名：高中生物人教版必修一教材

出版社：人民教育出版社

教学依据

1.教材地位

《基于假说演绎法探究环境因素对光合作用强度的影响》是人教版普通高中教科书必修一第5章第4节《光合作用原理和应用》的“探究·实践”内容。光合作用是细胞的重要代谢，教材通过科学方法构建光合作用重要概念，而本节课是教材最后的重要环节，有助于加深对光合作用内容的理解，同时培养学生处理实验数据、分析结果及结论、解决实际问题等实验思维能力和实验设计、探究能力。

2.学情分析

2.1学生已学习叶绿体、光合作用的基本过程等知识，对光合作用原理、物质和能量变化等已有了一定的理解和掌握。

2.2学生已具备实验设计、操作和探究等基本能力，但缺乏综合分析、探究和解决实际问题等能力。

2.3高一阶段的学生在自主学习能力和深度学习能力方面也存在不足。

教学目标

学科核心素养：

生命观念

通过概述环境因素影响光合作用强度的变化趋势及应用，形成细胞生命活动过程中存在“物质与能量变化”的生物学观点。

科学探究

通过实验设计的原则和相关实验原理，自制实验装置、改进反应器和操作方法进行实验探究，提高科学探究能力。

科学思维

通过“假说-演绎”法，利用已有的材料进行合理实验设计和操作，记录并处理、分析数据，得出结论，促进思维发展。

社会责任

基于生物知识和实验，关注社会生活问题，尝试为“如何在生产实践中提高农作物产量”提出合理建议，提高社会责任意识。

教学内容

教学重点：

以科学思维、科学探究的生物学核心素养为指导思想，以“假说-演绎”为研究方法，探究环境因素影响光合作用强度的变化趋势和应用。

教学难点：

实验变量的分析与控制。

教学过程

一、实验原理、实验器材和教材经典实验存在问题

(一)实验原理

1.光合作用原理：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程，主要包括光反应和暗反应两个阶段。总反应式为：CO2+H2O（光、酶）→（CH2O）+O2。

2.真空渗水法：利用针筒注射器将叶肉细胞间隙的空气排出，再充以水分，让叶圆片沉于水中。在光合作用过程中叶圆片会产生O2，O2在水中溶解度很小，所以会积累在细胞间隙甚至叶圆片表面，使水下的叶圆片上浮。根据叶圆片上浮所需时间长短，比较光合作用的强弱。

(二)实验器材

新鲜菠菜或绿萝、普通活页打孔器、20mL注射器、医用输液软管（或橡胶管）、长形LED灯条（每个灯珠1.5W，每条6W）、配制好的不同浓度梯度的NaHCO3溶液（用煮沸后急速冷却的水配制）、长形纸盒（普通快递盒等）、鱼线（尼龙高强缝纫线）、标记笔、尺子等。

(三)教材经典实验存在问题

·在装置方面：

教材用5WLED灯做光源，通过调整光源与烧杯距离实现对自变量控制：

调整照射距离来调控光照强度，烧杯间距相同，但光强每次下降幅度不同，造成自变量（光照强度）变化幅度不同。

同一光源进行多个实验组会对实验结果产生一定影响：由于光源互相干扰，不同光源发出的光线之间会发生叠加，有可能改变自变量。

光源多为单测光不均匀照射，叶片受光面积小，耗时较长。

·在反应器、操作方法方面：

1.反应器：教材采用注射器和烧杯相结合，注射器用于真空渗水法使叶圆片下沉，烧杯作为光合作用使叶圆片上浮的容器。在实际的操作中，注射器内下沉的叶圆片需要倒出后再一个个夹入烧杯，操作繁琐，耗时长。

2.操作方法：采用真空渗水法时，需用手堵住注射器前端小孔并缓缓拉动活塞，重复几次使叶圆片内气体逸出。实际操作时，发现一手堵紧注射器前端并紧握注射器，另一手很难同时拉动注射器活塞，常常是赌不紧、拉不动、无法快速抽出叶圆片内的气体，影响课堂实验进程。

二、实验教学过程

本实验主要以科学思维、科学探究的生物学核心素养为指导思想，以“假说-演绎”为教学策略，探究环境因素影响光合作用强度的变化趋势和应用，重点探究光照强度、CO2浓度对光合作用强度的影响。

课前教师通过预实验，选用菠菜效果较好（菠菜四季均能种植，便于实验取材，且颜色深绿、叶片大且肥厚，实验现象明显），绿萝次之。

基于情境，提出问题

【播放视频】幻灯片播放“智能植物工厂”视频，以餐桌上常见的蔬菜创造情境引导学生思考：提高“植物工厂”中蔬菜产量的措施有哪些？

学生观看后用简短的词汇概括：合理密植、通风、补充蓝光和紫光、施肥等。

【启发思考】这些增产措施都蕴含哪些生物学原理？

学生分析得到：通过调控某种环境因素增加光合作用强度。具体调控水平需借助实验来探究。

【展示装置】接着展示自制实验装置，激发学生探究此装置实验效果的欲望。

实验装置俯视效