在实验探究活动中构建生物科学概念

1.设计思想

综合教材中多个探究实验以建构一个科学概念的课型是一种新的教学尝试.本节课的探究活动是为生物学概念建构怎么写作的.

基于以上认识,根据人教版实验教科书必修1中“能量之源――光与光合作用”教学内容,综合“绿色植物叶绿体的观察”和“绿叶中色素的提取和分离”两个实验内容,设计本探究性实验课“探寻绿色植物的奥秘”.通过探寻绿色植物的奥秘的思路将细胞结构、色素成分和光合作用的功能联系,帮助学生构建完整的“光合作用”的科学概念,并在学生自己寻求科学奥秘的过程中锻炼科学思维能力和动手实践的能力.图1是本节课实验探究与相关科学概念构建的教学关系图.

2.教学分析

2.1 教学内容分析

必修1“能量之源――光与光合作用”是生物学中一个重要的科学概念,学生要建立这个概念不仅要从结构、功能等角度由浅入深、由小到大逐步建立相关下级科学概念,其中“绿色植物光合作用离不开色素,高等植物光合色素分布于叶绿体中”是基础科学概念之一.高中生物新教材中安排的多个探究实验与传统演绎式教学的实验不同,探究实验是带着科学问题、寻求科学证据、解释科学问题的过程.围绕高中生物必修1中“能量之源――光与光合作用”这一重要概念,本节课将必修1中“绿色植物叶绿体的观察”和“绿叶中色素的提取和分离”两个实验加以综合,开展“探寻绿叶中的奥秘”的探究性实验教学,让学生自己在实验操作中观察现象、发现证据,解释“绿色植物光合作用离不开色素,高等植物光合色素分布于叶绿体中”这一科学概念.

2.2 学生学情分析

由于“绿色植物叶绿体的观察”和“绿叶中色素的提取和分离”实验对学生动手能力及操作技能上要求有所不同,通常采用的2人一组的实验分组方式会导致学习效果参差不齐.合理配置共同协作是解决问题共同取得良好学习效果的保证,基于上述原因,本节课将全班分成6个探究小组,每个小组6～7人,尽量将各层次学生和男女生均匀分配到各小组,开展“合作探究性学习”.

3.教学目标

3.1 知识目标

①通过观察,表述出绿色植物叶片中色素的分布位置；

②通过对绿色植物叶片中色素的提取和分离实验,说出光合色素的种类；

③通过实验结果的对比分析,简单解释不同植物光合色素种类的区别.

3.2 能力目标

①使用显微镜的操作和制作临时装片的制作技能；

②在有关的实验和探究中,学会发现问题、寻求科学证据和进行理性的思维.

3.3 情感、态度与价值观目标

相互交流、合作和评价,学会欣赏别人帮助别人,反思自身的不足.

4.教学策略与手段

建构主义学习理论认为,在建立科学概念和对科学概念进一步的理解时,学生自己的观念及具体经验是居于中心地位的.在此认识基础上,符合学生认知规律的科学课堂应该是注重学生体验,让学生像科学家一样探索和理解未知世界,即探究性教学是学生获取生物学概念的有效模式.探究性教学应该是“围绕科学问题展开的寻求证据解释问题的过程”.它离不开“获取事实证据――实验过程”,更离不开“根据事实汪据对科学问题做出回答――解释问题”.这说明了生物教材中设置的探究实验不是简单的实验技能的训练过程,而应该是怎么写作于生物科学概念的建立.在此认识基础上,本探究实验课设计教学环节如图2所示.

5.教学过程

5.1 提出问题,引出课题

教师提供资料：

(1)韭菜和韭黄的培育的区别和口味上的区别.

(2)玉米白化苗和正常苗的颜色和长势的区别.

(3)普利斯特里实验发现只有绿叶才可以在光下更新空气.

引导学生发现问题：植物生长离不开绿叶等.

确定课题,引出新课：探寻绿叶的奥秘.

设计意图：教师利用生动的资料引发学生的学习兴趣,提出科学问题“绿叶与光合作用密切相关”.

5.2 开展探究Ⅰ

分析问题,确定探究方向：绿叶为什么绿色

引导学生讨论：

(1)研究方法：观察法(借助显微镜)

(2)研究思路：制作临时装片→低倍镜观察→高倍镜观察.

开展分组探究：

(1)全班级分成6个小组,组内每两个学生合作制作一个临时装片,可以讨论后选择不同的材料来制作装片.

(2)将观察结果做简单记录.

设计意图：为了让学生理解“绿叶与光合作用密切相关”,引导学生从结构上寻求科学证据.

5.3 交流评价,形成概念

小组汇总,讨论得出结论：绿叶中有叶绿体.

教师再补充证据：将电镜下拍摄叶绿体结构及模式图与同学讨论,叶绿体中色素分布于类囊体结构的薄膜上.

解释科学问题：绿叶之所以呈现绿色是因为细胞中有绿色的结构叶绿体,并且色素分布于分布于类囊体结构的薄膜上.

设计意图：根据不同小组的不同成果作为证据进一步明确：“绿叶呈现绿色与叶绿体有关”.

5.4 开展探究Ⅱ

分析问题,确定探究方向2：绿叶中色素有几种

引导学生讨论：

(1)研究方法：色素提取和分离.

(2)研究思路：色素提取→色素分离.

提供资料,学习原理：

(1)光合色素可溶于有机溶剂；

(2)不同色素在层析液中的溶解度不同,随层析液在滤纸上的扩散速度不同.

引导学生时论：

(1)可选择的有机溶剂有什么

(2)如何制备滤纸条

(3)如何画滤液细线

(4)如何进行纸层析

开展分组探究：全班级分成6个小组,小组内分工,研磨过滤提取；建议每位学生各制作一张滤纸条层析.

设计意图：为了让学生更深一步理解“绿叶与光合作用密切相关”,引导学生从成分上寻求科学证据.

5.5 交流评价,形成概念

教师组织讨论交流,得出结论：绿叶中有四种色素,颜色各不同,含量也各不同.

教师补充资料,解释问题：将不同色素的吸收光谱实验简单介绍,将实验结果与同学开展讨论,说明绿叶中提取到的色素与光的吸收有关系,并呈现不同的吸收特征.归纳光合色素有两类四种,分别是：叶绿素包括叶绿素a(呈蓝绿色)和叶绿素b(呈黄绿色)；类胡卜素包括胡萝卜素(呈橙)和叶黄素(呈).

设计意图：根据不同小组的不同成果作为证据进一步明确：“绿叶呈现绿色与色素有关”,“绿叶中的色素与光合作用有密切关系关系”.

5.6 总结

教师提问：根据同学们的观察,描述绿叶呈现绿色的奥妙有什么

(问题开放,关注要点：绿叶中呈现绿色的细胞器是叶绿体；绿叶中的光合色素有四种.)

设计意图：检验教学目标达成的情况,重点在检查绿叶呈现绿色的证据的描述.

6.课后作业

由于教学时间的原因,在课上无法完全完成教学目标的检验,对实验技能原理的总结安排课后来完成,包括以下作业：

(1)独立完成实验报告；

(2)小组学生归纳在实验过程中出现的与教师描述不同或与其他小组不同的实验现象,并尝试分析可能的原因.(现象提示如：①高倍镜下视野发白,叶绿体颜色不明显；②提取到的色素滤液色浅；③滤纸条上没有明显色素分离带；④色素带出现不止4条或只有3条等.)