基于探究的探究研究植物光合作用发现史中的经典实验Word格式文档下载.docx

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经历科学探究的一般过程：

提出问题建立假设实验探究收集和处理事实得出结论；

初步学会合作交流、建立模型、提出假设、控制实验条件、设置对照等方法。

（）态度、情感和价值观：

领悟科学知识真实可信，但它不是绝对真理；

激发科学兴趣，感受实事求是的科学态度、坚忍不拔的意志品质；

树立“怀疑、创新、进取”的科学精神。

4用广义知识观分析实验设计能力广义知识观将认知领域的知识分为三类：

第一类为陈述性知识，回答世界是什么的问题；

第二类为可以相对自动化的程序性知识,或称为智慧技能，是关于如何做事的知识；

第三类为策略性知识。

根据JRAnderson的AcT理论26-28，设计实验能力属于智慧技能中应用操作步骤的能力，安德森认为智慧技能的学习一般要经过三个阶段：

第一阶段，陈述性知识阶段，知识表征形式是命题网络，有关实验设计原则的知识，如控制变量、设置对照等实验设计规则以命题形式进入学习者原有的知识网络；

第二阶段，经过在变化情境中的练习，以命题形式表征的陈述性知识转化为以产生式形式表征的程序性知识，如控制单一变量这一实验设计原则，其产生式表征的规则是：

如果有多个因素影响实验结果，那么控制其它因素不变,而仅改变其中的某一因素,观察其对实验结果的影响；

第三阶段，许多小的产生式联合成大的产生式系统，由最初需要有意识地回忆规则，经过练习逐步达到自动执行的程度，如，通过一个完整的探究活动，促使学生综合地、创造性地应用实验设计规则，较熟练地设计实验方案，提高智慧技能的自动化水平。

由此可见，培养实验设计能力的关键在于实验设计规则的掌握和变式练习。

本节课中的有关光合作用的学习是陈述性知识学习，实验设计学习属于智慧技能，即人们应用概念和规则对外办事的技能。

5任务分析起点能力：

学生在小学阶段已知道植物能进行光合作用，对光合作用的原料、产物、场所、动力等也有所了解；

学生已经历过科学探究的一般过程；

或隐性或显性地接触过合作交流、建立假设等方法。

目标分析：

本活动以光合作用发现史中的经典实验为载体，旨在引导学生对经典实验的分析，建立光合作用的模型，掌握设计实验的规则，进而能创造性地设计实验进行科学探究，领悟科学精神，提高生物科学素养。

对光合作用、科学探究的一般过程、合作交流等的初步了解起点习得光合作用的原料、产物、场所、动力等，从而建立模型使能目标一分别习得控制实验条件、设置对照、选择实验材料等规则使能目标之二综合运用实验设计规则，在新情景下设计实验方案终点目标6活动准备：

实验器材：

烧杯、金鱼藻等水草、玻璃棒、水、不同瓦数的电灯泡等。

powerpoint动画：

展示经典实验过程的系列图片，并且设置真实的问题情景等。

7活动过程及分析

（1）回顾原有知识，寻找新知识固定点师：

“民以食为天”，动物需要以食物来维持生命,一棵小树长成一棵参天大树其质量增加几百至几千倍，它的食物是什么呢?

生：

学生发散思维并回答：

植物的食物从土壤中的肥料、是阳光、是水、是空气等，甚至有的学生说叶绿体也是植物的食物、是由植物通过光合作用制造。

分析：

探究式教学,应建立在学生已有的探究能力和认知基础上，通过提问激活、尊重、提升学生的原有知识，创造条件帮助学生在自己原有的认知图式上,建构新的认知结构。

（2）设置问题情境，告知学习目标师：

生物学是一门以观察和实验为基础的科学,那么，科学家是怎样设计实验探索发现光合作用的呢？

今天我们要学习、模仿科学家设计实验的方法，争取自己也能创造性地设计实验探究光合作用的奥秘。

激发兴趣，诱导产生探究心向。

“良好的开端是成功的一半”，设置疑难问题引入课题,激发学生的认知冲突，使学生的精神保持亢奋状态，为课堂学习提供良好的心理氛围；

通过告知学习目标，让学生意识到学习活动的意义指向,使学习的目标成为一种有力的探究动机。

（3）呈现学习材料，小组合作探究利用多媒体图文结合逐个展示有关经典实验，引导学生针对引导性问题进行合作探究，逐渐建构有关的光合作用知识、形成实验设计能力，部分设计如下述。

师：

公元前3世纪，亚里斯多德曾经做过一个经验推测，说土壤就是植物体的全部食物来源。

1648年，“生物化学之父”凡、海尔蒙特做了一个简单而有意义的实验，推翻了这一观点：

海尔蒙特把一棵2.5千克的柳树苗栽种到一个木桶里，桶里盛有事先称过的土壤；

以后，他只用纯净的雨水浇灌树苗，还专门制作了桶盖；

5年过去了，柳树逐渐长大；

他发现柳树的质量增加了80多千克，而土壤却只减少不到100克。

师生共同讨论下面几个问题：

1、海尔蒙特是带着什么问题研究的？

2、你认为这个实验可以得出什么结论？

3、实验中，为什么起初的90.8kg泥土必须是干燥的？

为什么要用雨水浇柳树？

为什么要加桶盖?

4、你认为海尔蒙特忽视了哪个重要因素，使得他的实验结论从现在来看并不正确？

总结得出设计科学实验的方法排除干扰因素，控制实验条件等。

1771年，普利斯特利做了如下实验：

他把一点燃的蜡烛和一小白鼠分别放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭，小白鼠很快死去；

他把一盆植物和一点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻璃罩里，发现植物能够长时间地活着，蜡烛也没有熄灭；

他又把一盆植物和一小老鼠一同放到一个密闭的玻璃罩里，他发现植物和小白鼠都能够正常地活着。

学生四人一组讨论下列问题：

1、普利斯特莱实验的实验目的、实验基本方法、实验结论是什么？

2、人们重复他的实验，有的能够成功，有的失败,你认为失败最可能的原因是什么？

总结出设计科学实验的方法排除干扰因素，控制实验条件；

设置对照组；

运用老鼠和蜡烛创造条件，使在自然环境中无法观察到的空气成分变化间接地表现出来等。

荷兰科学家英格豪斯进一步实验：

虽然植物和老鼠在一起，如果在黑暗条件下，老鼠还是死亡，只有在光照下，老鼠才安然无恙。

这表明，只有在阳光的照射下，绿色植物才能净化空气。

小组合作讨论：

英格-豪斯实验中两个实验装置唯一不同的是什么？

和普利斯特利实验的设计相比，哪些地方改进了？

1864年，德国科学家萨克斯的实验：

把一种植物的叶片放在暗处几小时，然后再把这片叶片一半照光，一半遮光，过一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，发现遮光一半叶片的颜色没有发生变化，而照光的那一半则呈深蓝色。

1、你认为这个实验可以得出什么结论？

2、这个实验是对照实验吗？

实验中所需控制的单一变量是什么？

巩固设计科学实验的方法控制实验条件、设置对照、利用淀粉显性实验现象、去叶绿素排除干扰有利于观察等。

1880年，德国的科学家恩吉尔曼的实验：

把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。

通过显微镜观察，发现好氧细菌只集中在带状叶绿体被光照到的部位附近；

如果上述临时装片完全暴露在阳光下，好氧细胞则集中在叶绿体所有受光部位的周围。

1、你认为这个实验能得出什么结论？

2、为什么要用水绵做实验材料？

3、为什么要选极细的光束照射，好氧细菌在这个实验中起什么作用？

4、为何要把临时装片放在没有空气、黑暗的环境里？

总结出设计实验方法设置对照组、控制实验条件、选择适当的材料、显性实验现象等。

以上设计过程归纳如表3-2。

表3-2“研究植物光合作用发现史中的经典实验”的部分教学设计经典实验引导性问题（部分）光合作用知识的建构实验设计能力的形成用例规法得出规则对规则进行变式练习海尔蒙特实验（1629年）为什么要用雨水浇柳树？

植物需要水控制实验条件普利斯特莱等实验（1771年）实验中的老鼠和蜡烛有什么作用？

植物吸收CO2，放出O2设置对照组、显性化实验现象等控制实验条件萨克斯实验（1864年）实验中控制的单一变量是什么？

植物在光下制造出淀粉控制单一变量等控制实验条件、设置对照组等恩格尔曼实验（1880年）为什么要选择水绵做实验材料？

植物在叶绿体中释放出氧气恰当地选择实验材料控制单一变量、设置对照组等分析：

为什么要图文结合呈现经典实验？

初中学生注意力不够集中，通过文字、图片结合呈现故事性的实验过程，提高信息载体的新意、美感程度，唤起学生的心理注意；

初中生处于形象思维向抽象思维过渡的阶段,并且抽象思维在一定程度上仍要以具体形象作支柱，图表有利于学生对所学内容的良好知觉，加快学生获取信息的速度，有效地支持学生的自主学习和协作式探索；

另外，左脑主要进行抽象思维，右脑主要进行形象思维，左右脑的功能同时开发，相互补充，人的创造能力才能更好地形成并发挥出来。

为什么要设计引导性问题？

初中学生有强烈的好奇心和求知欲，但他们往往只满足于新奇的现象，所以要根据教学内容有计划地设计和展示序列化、分层次的学习目标，为探究学习提供“支架”，引导学生定向探究，持久地进行思维活动。

怎样习得关于光合作用的陈述性知识？

序列化的问题引导学生探究分析经典实验，从而“发现”光合作用的原料、产物、场所、条件等知识，这是主动积极、产生式的建构过程，有利于使知识转化为个体内在的认知结构，促进学生对知识的理解和提取；

通过系列经典实验的展示和分析，让学生感悟到科学是发展变化的探究过程，不是绝对的真理。

怎样习得关于实验设计能力的程序性知识？

首先,学生在教师提供的经典实验和有关问题引导下，经过讨论和信息反馈，逐个“发现”实验设计规则设置对照实验、排除干扰、控制单一变量、恰当地选择实验材料、显性化实验现象（如，运用老鼠和蜡烛创造条件，使在自然环境中无法观察到的空气成分变化间接地表现出来）等实验设计规则，这是奥苏泊尔同化论中的上位学习的一种形式，是从例子到规则的学习，简称例规法，使学生的认识从直观到概括、从个别到一般；

然后，引导学生将实验设计规则迁移到新的实验情景中去，经过在变化情境中的练习，促进学生对规则的理解和掌握，逐步使各条规则由陈述性知识转化为程序性形式,使相应的规则向办事的技能转化。

（4）归纳习得知识，建立知识模型光合作用的知识模型图师：

几代科学家历经二百多年，才基本弄清植物的光合作用过程。

可见，科学是相对真理，科学是一个探究的过程，同学们不要只记住结论，更重要的是理解科学家们的设计思想。

请归纳以上四个实验的结论，在图中用文字或符号表示出光合作用的原料、产物、条件、场所等。

学生获得知识的标志是大脑中储存和建立了很多准确而又彼此联系的信息网络，把光合作用场所、条件、产物、原料等分散的知识整合成一个整体并表示出它们的关系，还应用表象策略，把言语信息集合到学生熟悉的植物图片模型上，通过双重编码形成模型，将新接受的信息与大脑中原有的信息紧密联系，建构成新的认知体系，促进知识的理解、记忆和提取。

（5）综合应用规则，设计实验方案师：

在20世纪,至少10次有关光合作用的研究成果荣获诺贝尔奖,探索并没有结束，希望你也能参加到科学研究中！

请同学们运用实验设计规则，探究一个真实问题：

今天妈妈从水族馆卖了几棵水草回来，让小明放在水族箱內，说水中就会有较多的氧气让鱼儿呼吸，充满疑惑的小明想让这几株水草释放出更多的氧气。

让水草释放出更多的氧气的办法有哪些?

你可以设计实验来证明你的想法吗？

小组合作探究，先作出假设，然后设计实验步骤、选择实验器材，最后代表阐述讨论结果及实验结论。

表3-3探究“怎么样才能让水草释放出更多的氧气？

”探究：

怎样才能让水草释放出更多的氧气？

探究动机今天妈妈特地从水族馆卖了几棵水草回来，让小明放在水族箱內，说水中就会有较多的氧气让鱼儿呼吸了，充满疑惑的小明就想让这几株水草释放出更多的氧气供鱼儿呼吸。

你能帮助小明想想吗？

问题讨论与回答一、让水草释放出更多的氧气的办法有哪些?

二、根据上题的答案，参照如图的装置，你可以设计一个实验来证明你的想法吗？

1、在这个实验里，需要用到哪些器材？

2、请把你的实验步骤依序写出來。

3、实验结果是什么？

你得到什么结论？

你还可以用什么方法来使水中的氧气增加，供鱼儿呼吸？

掌握智慧技能的行为指标是看学生能否在实际情境中应用规则做事，而不是学生能否陈述规则，所以，需要引导学生将实验设计规则独立地应用于解决新问题，促使智慧技能达到自动化；

这个探究活动要求学生进行综合、归纳、创造的思维活动，这属于信息加工阶段，有利于启动学生的大脑内化力、培养学生创造能力，学生在设计实验时，提出将雪碧倒入水中，增加水中的二氧化碳，促进水草光合作用，创造的火花可见一斑。

设计真实的问题情景。

先从日常的“民以食为天”真实现象入手，然后运用光合作用的系列经典实验学习实验设计方法，最后探究“怎样才能增强水草的光合作用？

”这个真实的问题。

设计真实的问题情景，将科学概念与生活现实相联系，“怎样才能增强水草的光合作用”是生活中的实际问题，充分考虑教学任务的情境性和真实性，是开展探究式教学的有效切入点，并体现了“从生活走向科学，从科学走向生活。

”的理念，使学生对所学知识有亲切感。

心理学研究表明，当外部刺激引起主体的情感活动时，就更容易成为注意的中心，有利于培养学生探索的兴趣，从而强化理解和记忆。

（6）课后继续探究师：

叶脉是运输水的结构，你能根据这个实验原理，设计实验证明水是光合作用的原料吗？

你也可以设计实验探索其他问题。

加涅认为学生学习的结果是其才能发生相对持久的变化,而设计实验方案又是高级的智慧技能，需要组合若干规则解决复杂问题，不是一朝一夕能被学生掌握的，它需要多次进行变换情景练习才能逐步达到自动执行的程度。

8设计和实施活动注意事项：

课堂组织形式：

先以全班为单位开展讨论，然后以学习小组为单位开展研究，这样既体现了组织形式多样化，还体现了循序渐进的教学原则。

在小组合作探究时必须进行简单的分工，引导真正的合作。

经典实验呈现形式：

经典实验的实验过程最好是以图片形式呈现，并辅以少量文字解释，一方面，生动直观的图片、鲜明的视觉刺激有利激发学生的兴趣，有利于学生进行形象思维，减轻学习负担，另一方面，以图片形式呈现的实验装置为学生自主设计实验选择、实验器材时提供支架，有利于学生较快地提高实验设计能力。

进行思维训练：

开展多种形式的思维训练，如，对经典实验的分析，利用闭合的聚合思维归纳光合作用条件、原料、产物、场所等，并抽象化而建立模型，在建立假设时还需要开放的发散思维，在进行实验设计时需要综合所学的知识和技能，更需要培养创造性思维，以形成科学的、严谨的实验设计方案。

9教学特色“真正理解并学以致用”是整节课的中心目标。

首先，教师介绍体现了理性之美的经典实验,为学生提供典型的榜样和范例，引导学生对实验现象进行科学推理，培养思维的缜密性，并引导学生从经典实验中挖掘、学习科学巨匠独到的科学思想和科学方法；

为了有利于学生真正理解实验设计方法，采用“螺旋式教学法”海尔蒙特实验的排除干扰因素、普利斯特莱实验的排除干扰因素和设置对照实验、英格豪斯实验的控制单一变量和设置对照实验、恩格尔曼实验的巧妙选材以及创造条件显性化实验现象等，使学生在课堂中多次接触具有启发性的实验设计方法。

然后，通过开放的发散思维建立假设，并综合所学的知识和技能当堂模仿设计并实践探究实验，有助于学生“学以致用”。

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