课题：探究影响光合作用的因素（实验方案设计）

1、探究影响光合作用的因素（第一课时）上海市延安中学王石一、设计思路：本节课教学内容为上海市二期课改教材生命科学（上海科学技术出版社，高中第一 册）学生实验“4.4探究影响光合作用的因素”的第一课时实验方案设计。按上海课标 的“知识与技能”分类标准，实验4. 4的教学内容属“实验c级”，是高中生命科学教材中 唯一的先由学生进行实验设计后再进行实施实验的教学内容。通过本节课的学习，应该让学 牛初步掌握实验设计的基本原则并能遵照这些原则设计一份较科学的实验方案，为下一课时 实施实验奠定基础。此前学生参与了“探究酶的催化特性”的实验过程并了解了光合作 用研究史上科学家们的研究思路，对如何进行实验设计已有

2、初步认识，所以在课前让每位同 学先凭口己的理解设计一份实验方案。在收到学牛设计的方案后进行粗略的批改，挑选出方 案中的典型问题，再根据所选择的探究因索类型，将学生分为若干小组。第1课时（即本课 时）以学牛设计的实验方案为素材，根据教学需耍，从不同的案例选取有代表性的某一板块 进行分析，归纳出实验设计的基本思路和应该遵循的基本原则，课后计同学对口己的方案进 行修改。在ppt上显示出的案例，如是作为优秀方案显示的，在该案例后附上设计者姓名, 如是作为具有典型缺陷的方案显示的，显示时略去姓名，上课时注意通过观察该同学反应, 借以判断这部分教学是否収得了较好的效果。第2课时按小组实施实验。由于能满足同

3、学们 研究的是自己感兴趣的影响因索并能按学生自己设计的方案进行实验,所以激发学生的探究 热情。本部分教学内容是对学牛进行探究能力培养的良好索材，但由于教材并未系统地介绍实 验设计中应该遵循的一些原则。教学过程必须以学牛“原牛态”的设计方案为案例，以学牛 在课堂上进行具体的案例分析过程中产生的问题为教学索材。在学生对实验设计仅停留在感 性认识的层面时，如何充分利川教学过程屮派生出的教学资源（问题）是本节面对的最人挑 战，对那些典型案例也很难在本教学设计文字稿中加以体现。木节课以学生设计的实验为案例，按照“明确实验1=1的一确定实验思路一设计实验方法 （步骤）一设计结果记录、处理方式”的顺序依次进

4、行分析和探讨，将确定实验思路的过程 围绕下图（ppt,按讲解过程由变量类型、处理思路、方法或原则逐级展示）所示的内容及 相互关系进行展开。学生在这条粗线条的引导f,通过听老师讲解和参与解决课堂屮衍生出 的问题，发现自己设计的方案中的缺陷，并逐步找到解决这些问题的思路。（自变量）实验变量无关变量反应变量处理的思路施加实验变量消除无关变量的影响检测反应变量方法或原則控制单实验 变量设置对照尽可能量化二、教学目标：1. 知识与技能：能设计探究影响光介作用因素的实验方案，理解并应用实验设计的某本原则和对实验变量进行控制的方法，学会设计记录实验数据的表格。2. 过程与方法：经历探究影响光合作用的因素的实

5、验设计过程及小组内对实验设计方案的研讨过程，学习实验设计的原则和方法。3. 情感态度与价值观：参与探究影响光合作用的因素的实验方案的设计与讨论，形成严谨的科学研究态度。三、重点和难点：重点：实验设计的原则及对实验变量的控制。难点：对实验中各种变量的分析及对不同变量的处理方法。四、教学过程：教学内容教师行为学生行为教学说明课前准备布置学牛设计实验方案。收集学生实验设计方案屮出 现的典型问题作为课堂案例 分析的材料。根据所选择的探 究因索类型，将学生分为若干 小组,每组57人。每位学牛通过借鉴课本中的 学牛实验和科学家的探究方 法或杳阅资料，独立完成实 验方案的撰写。期望能从学生 凭对实验设计 的

6、初浅理解而 自行设计的方 案中获得第一 手教学素材，使 教学更具有针 对性。引入以往我们基木都是按教材 设定的实验方法和步骤来完 成实验的，较少能体现大家的 探究能力。我们即将做的下一 个实验的实验方案将由人家 自己做主。由自己做主并不是 说可以随心所欲，实验方案一 定要科学、严密，否则将难以 实现研究的目标实验也就失 去它的意义。激发学生的探 究热情。人家撰写的实验方案包扌舌了 哪儿部分内容呢？看口己的方案，回答问题。 通过相互补充，最后答出实 验题1=1、tj的和原理、假设、 材料选择、仪器与试剂、实 验方法等内容。根据对设计方 案批改所拿握 的情况对不同 班级作不同处 理：比较好的班 级

7、采取集体回 答的方式，对本 部分问题较多（漏掉某些必 要内容）的班级 指定有典型问 题的同学回答。制 定 实 验 方 案 的 流 程明 确 实 验目 的在进行此次实验设计时你们 最先考虑的是什么？强调明确实验目的重要性 如果在进行实验设计前未能 明确实验要研究什么、要解决 什么问题，整个实验方案就没 冇了立足z地。引导学生从光合作用反应式 来分析可以研究哪些影响因 素。冋答实验要研究什么，哪 些因素可能会影响光介作 用，这些因索变化时将引起 光合作用如何变化？（即实 验目的）看ppt展示的光合作用反应 式，根据教师的引导，将反 应式屮显示的信息分为反应 物、产物、光照条件和反应 场所（叶绿体）

8、等方面，确 定可从哪些方面开展探究。如有同学实验 方案有偏离实 验目的的情况， 则结合该设计， 由同学们一起 分析如何使实 验目的表述更 清晰。确 定 实 验 思 路我们的实验日的是探究光照 强度（c（）2浓度、温度）等因 素对光合作用强度的影响。光 合作用强度可通过哪些指标 反映出來？（如学生回答不 出，则引导学生将光合作用粗 略地当作一个化学反应来看， 让学生回答“化学反应的快慢 可以通过哪些指标反映出 来”）你们是如何测定这些指标的 变化的呢？找一位不是采用教材提供的 参考方案进行测定的同学，请 他将自己方案屮的检测手段 标出并作讲解（通过实物投影 展示）你是怎样想到用这种方法来 检测的

9、呢？讲述测定指标：反应物的 消耗速度或产物的产生速度。 测定方法：直接或间接测定，根据光合作用反应式显示的 信息回答：光介作用过程屮 co?、h2o的消耗速度或o2、 淀粉的产生速度。学生回答口己在实验中所采 取的检测方法。（较多同学会 选择教材中提供参考的方案 测定6产量可用真空渗 水法、溶解氧传感器测定法 等方法。）该同学介绍口c的检测措施 （极可能实验2. 1 “食物中 主要营养成分的鉴定”和实 验4. 1 “探究酶的催化特性” 等实验屮采用碘液检测淀粉 和用线香亮度检测氧气的方 法）学生冋答：前面学过（或查 阅资料得知）以学牛设计方 案中的测定指 标和方法为例， 从实验材料、方 法的可

10、行性、简 便性、科学性等 方面分析和评 价，在学牛设计 的方案中找些 典型问题加以 解决。有意识地让用 到已学过的实 验方法的同学 介绍，引导学生 应用已有知识 解决问题。如有 更新颖的方法， 也要给这些同 学展示的机会（测定干重增 加的半叶法等）尽可能量化。冇的指标变化生 物体可以通过性状的改变直 接表现出来，此时可通过肉眼 直接观察其差杲。対于不能直 接川肉眼观察到的（如木实验 中的淀粉、c02含量的改变）， 要通过生物学的原理使这些 指标的变化外显，要方便观察 或测量）探究光照强度因素对光合作 用强度的影响时，你是如何施 加影响因素的呢？（如同学回 答用不同功率的灯泡时，继续 问）如实验

11、室只有相同功率的 灯泡，你如何使植物接受不同 强度的光照呢？讲述可以看出我们对实验 对象施加某种影响（改变控制 的因素或条件）灰可能引起实 验对彖的某些现象或结果改 变。这实际上就是两类变量之 间的关系，我们学过的函数也 是反映变量间的关系的。提问函数是反映的哪2类变 量的关系？如果将实验中由“操作者所施 加的因索或条件”和实验过程 中“因冇意识的操作而引起的 变化或结果”都当成变量，那 么它们分别对应函数中的什 么变量？认真听教师归纳回答相同光源不同距离或 相同距离不同光源选以“光照强 度”为影响因素 的同学回答。也 可根据学牛设 计的方案的实 际情况设置相 应问题，找研究 其他因素的同 学

12、问答。讲述在实验设计中的自变 最称实验变量，如光照强度的 变化；因变量称反应变量，如 淀粉的生成量。实验变量与反 应变量间具有因果关系。实验 h的在于获得和解释这种前 因后果。你们能在口c的方案中找到回答口变量、因变量学生根据自变量和因变量的 关系，体会即将讲到的“实 验变量”和“反应变量”之 间的关系，并找到它们和自 变最、因变最的对应关系。冋答出：实验中由操作者所 施加的因素或条件是自变 量。实验过程屮由于实验变 量而引起的变化或结果是因 变量。从口己设计的方案中寻找这引导学生将数 学中函数的相 关知识迁移到 对实验中相关 变量的理解过 程中，除了能计 学生进行冇意 义的建构外，还 能让他

13、们意识 到实验设计过 程实际上包含 严谨的思维过 程。先由学生对各 自设计的方案 进行“变量分这两种方案吗？如能找到，请 标注出来，如找不到，要看看 缺少了哪个变量？（ppt显示 案例，対该方案中的实验变量 和反应变量进行标注） 在你设计的实验方案中是否 只有你施加的实验变量会影 响光合作用强度呢？还冇其 他的影响因素吗？（这个任务 有难度，町留给学生多点时 间。提示学生找到全部变量， 然后去除实验变量和反应变 量）讲述牛物的牛命活动往往 是错综复杂的，影响某一个生 命活动的产生和变化的因素 常常也很多。对实验结果产生 影响的因索除了我们有意施 加的实验变量外还存在能影 响实验现象或结果的其他

14、因 索和条件，这些因素与我们的 实验目的无关，称无关变量。提问在你的实验方案屮考 虑到了无关变量的存在吗？ 你是如何消除它对实验结果 的影响的？（以某一同学的设 计为案例，让该同学谈谈自己 的处理办法及理由，实物投影 显示）大家认为该同学在消除无关 变最对实验结果的影响时，哪 些方面做得比较好？还有他 控制得不够好的或者还没考 虑到的无关因素吗？两类变量，并对这两类变量 进行标注。从自己设计的方案屮寻找除 了实验变量和反应变量外的 其他变量。认真听教师讲解析”，然后教师 再通过ppt対典 型的案例进行 分析，引导学牛 对实验设计的 理解从感性层 面逐渐向理性 层面转化。如果学牛不能 主动冋答，

15、则根 据事先批阅实 验设计方案时 掌握的情况，分 别找对实验变 量处理不够严 密的同学冋答， 在同学回答时 及时进行纠正。最后让处理得 比较好的同学 冋答，让该同学 学生体会到成 功的喜悦。该同学在自己方案屮标出有 哪些无关变量，并向大家介 绍自己的处理办法及理由。同学们一起対该同学的设计 方案进行分析，并找出口己 处理办法的可取之处和欠缺 之处。学生往往会笼 统地讲到将消 除不掉的无关 因素都控制得 相同，例如以光 照强度为研究 対彖的同学会 注意到“温度应 相同”,但不考 虑具体控制到 多少度，这个温 度是否适合）为消除无关变量对实验结果 的干扰，在设计实验时我们应 该遵循哪些原则呢？讲述

16、控制变量原则：在实验 时，只改变某一影响因素（即 实验变量），控制其他因素（即认真听教师讲解无关变量）不变，来观察实验 变量对实验结果的影响。这样 能够排除其他影响实验结果 的因素的干扰，清址地显示实 验变量对实验结果的影响。衣 控制变量时，一般采用对照的 手段。通过设置实验对照对 比，既可排除无关变量的影 响，又可增加实验结果的可信 度和说服力。你们设计的方案中采用了对 照手段吗？（这个问题主要是 想引起学生对“对照”的关注， 不许学生作答）一般有哪些设置对照的方式 呢？（考虑到这个问题难度较 大，可预先设置一道连线题， 左侧为三种常见的对照类型， 右侧为做过的实验中的一些 具休对照形式，供

17、当学生回答 有困难时使用）我们做过的实 验中有哪些类型的对照呢？再看看你们采用了哪些对照 方式？学生回顾已经做过的6个实 验，找出与这些对照类型相 对应的对照设置方式。（1）空h对照（“探究酶的催化特性”屮 加其他物质的试管与加入蒸 傑水的试管间的对照）（2）口身对照（质壁分离中洋葱细胞形态 的前后对照）（3）相互对照（“探究酶的催化特性”中 加fecb和加入新鲜猪肝匀 浆的两支试管间的对照） 看自己的方案，加深对设旨“对照”的理解。加深对课本中 已做过的验证 性实验的设计 思路的理解，减 少学生对“空白 对照”等术语的 陌生感。如不将 这些术语与学 生已有知识进 行冇机的联系， 会增加学生理

18、 解的难度。设计 实验 方法（步 骤）讲述整个实验步骤的设计 应围绕如何施加实验变量、控 制无关变量和获取反应变量 而展开。我们冇了实验的思路 后，需耍把思路转化成具体的 实验步骤。要使得你写的实验步骤具有 可操作性，我们应该注意哪些 问题呢？（提供典型的有缺陷 的案例让学生分析、归纳）讨论并归纳出：理顺实验步 骤的顺序；步骤一般需要分 段（编号）叙说；试管（或烧 杯等）要给y编号，如a、b或屮、乙；叙说中尽量要 用规范的实验术语，不能用 含糊的口语等。同学核查口 c的方案，作初 步修改。强调从“思路” 层次过渡到“文 字表达”层次的 一些注意事项设计 实验 结果 的记 录和 处理 方法讲述实验的结果要采取一 定的方式进行记录。对原始数 据还要进行处理整理，否则难 以分析出规律性的东西，经过 处理和整理的数据，如用农和 图表达则可更直观。同学们在记录实验结果时，采 用了哪种方式呢？同学展示自c设计的用于记 录实验结果的方式，其他同 学评价。文字、图、表等 各种不同的结 果记录形式，体 现了对信息的 不同处理方式。 rtr于时间有限， 本节课不对如 何将这些形式 进行相互转换 作过多展开小结我们知道了实验设计的基本 步骤和应当遵循的一般原则。