关于初高中“光合作用”衔接教学的策略研究

关于初高中“光合作用”衔接教学的策略研究

  海盐县教育局教研室  宋  旻

  海盐县博才实验学校  胡东伟

【摘要】本文通过对比分析初高中“光合作用”教学内容与目标，确立两者间的教学关联与区别，从而研究在新课程中，如何以初中教学为主体有效地开展初高中生物教学的衔接。笔者通过实践探索，以“光合作用”为例，较为系统地归纳了初中《科学》衔接高中《生物》的四个“链点”，即知识点衔接、科学史衔接、实验操作衔接、探究活动衔接。

【关键词】光合作用  衔接教学  初中科学   高中生物

浙江省自1993年开始，在初中阶段将物理学、化学、生物学及自然地理学进行整编为《自然科学》课程，又在2003年，进一步将四门学科进行整合为《科学》课程，并全部由一位教师执教。综合课程《科学》较之传统的物化生物分科课程有许多不可替代的优越性，是新课程改革的大势所趋。但无庸讳言，综合课程相对弱化了原初中生物教学的学科性，而现行高中理化生仍然是分科教学，其中高中《生物》新课程教学仍然是高一年级不设生物学课，高二年级开设生物学课。许多高中生物教师反应，学生进入高二开始学习《生物》时表现出生物素养不足，再加上高中教学内容课时较紧，自主学习内容又多，初高中生物教学衔接显得有点困难。

显然，要弥补这一不足，需要初中科学教师和高中生物作出共同的努力，作为初中科学教师要尽可能地了解高中生物教学内容与要求，科学合理地做好教学拓展与衔接；作为高中生物教师也应该更多地了解初中生的现状，尽可能地做好承上启下的铺垫与衔接。

本文笔者将以初中教学为主体，以初中《科学》与高中《生物》共有的“光合作用”内容为例，浅析初高中生物教学的衔接。

一.初高中“光合作用”教学内容对比

1.初中光合作用教学内容与教学目标

（1）初步掌握光合作用定义：绿色植物在阳光的作用下，利用二氧化碳和水等物质制造有机物质，并释放氧气的过程。

（2）以活动、实验、探究多种途径验证光合作用反应过程表达式如图一，并渗透部分科学史。

二氧化碳+水                  有机物（主要是淀粉）+氧气

叶绿体

光

图一

（3）通过“绿叶在阳光下制造淀粉”的学生实验来练习简单的植物生理实验，提高生物实验操作技能，培养学生求真的科学验态度与精神。

（4）初步理解光合作用意义：制造有机物；消耗二氧化碳，释放氧气。

（5）描述光合作用与呼吸作用的区别与联系。

（6）组织 “光合作用需要二氧化碳吗？” 探究活动，在教学过程中，有机渗透过程与方法，提高学生探究生命活动的兴趣。

2.高中光合作用教学内容与教学目标

（1）进一步掌握光合作用定义与表达式：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，并且释放氧气的过程，其表达式如图二。

                光能

CO2  +  H2O            (CH2O)  +   O2

                         叶绿体

                       图二

（2）说出叶绿体亚显微结构，进一步树立结构与功能相适应的生物学观点。

（3）说出叶中色素种类和作用，能利用色素对不同波长的光的吸收特点指导农业生产。

（4）通过“绿叶中色素的提取和分离”的学生实验认识叶片中色素种类，进步掌握植物生化实验的操作技能。

（5）通过了解光合作用的科学史，加深对光合作用研究过程的认识，领会科学技术（同位素示踪法）与科学的关系，提高学生对科学过程的领悟，培养学生质疑、创新，勇于探索的科学精神与态度。

（6）掌握光合作用过程中光反应与暗反应两阶段的生化原理，理解光合作用是自然界物质代谢与能量代谢的基础。

（7）说出光合作用原理的应用。

（8）尝试探究“环境因素对光合作用强度的影响”。

3、初高中光合作用教学的联系与区别

对初高中光合作用的教学内容与目标稍作比较，不难发现，两个学段的教学有着不可分割的紧密联系，但也有明显不同的侧重。

（1）初高中内容前后关联承递。在光合作用的定义上大体相同，高中进一步强调光能捕获与叶绿体结构特点；通过不同的学生实验“绿叶在阳光下制造淀粉”与“绿叶中色素的提取和分离”，培养的却是相同的植物生理生化实验操作技能；初中介绍部分部分科学史，而高中则介绍较完整的光合作用科学史，但都是为了增强学生对科学、技术与社会（STS）的认识，不断提高学生对科学过程的领悟，培养学生科学态度与精神；初高中分别从宏观及微观两个水平理解光合作用的意义，初中的宏观感性水平为高中的微观理性水平打基础；通过不同的探究活动“光合作用需要二氧化碳吗？”和“环境因素对光合作用强度的影响”，培养的是相同的生物学实验思想（控制变量法对照实验），不断提高学生亲身独立探索科学的能力。这些内容初高中教学关联紧密，前后承递，不失为初高中互为衔接教学的“链点”。

（2）初高中教学侧重不同。初中主要侧重感性与宏观，高中更侧生理性与微观。例如对叶绿体的亚显微结构、光合作用过程中光反应与暗反应阶段的生化反应。对这些内容，不宜对初中生过多引入，但对学有余力的学生可作适当引导与渗透，为高中后继教学设下伏笔。

二、初中“光合作用”教学衔接高中教学的“链点”

初高中光合作用教学衔接

知识点衔接

科学史衔接

探究活动衔接

实验操作衔接

图三

如前分析，对初高中“光合作用”衔接教学应作全面系统的梳理，笔者归纳了如图三的整体教学思路。

1、知识“链点”。显然，在初中教学光合作用定义与表达式之后，引导学生兴趣性思考叶绿体如何捕获光能是知识教学衔接点。如何生动有效地组织此内容的教学衔接呢？

第一，教师适时组织兴趣小组在光学显微镜下观察被子植物的叶绿体形态。学生一般都能成功地发现如图四的细胞质中叶绿体的显微结构。学生肯定兴致高昂，希望继续探究。

第二，教师可在课外通过卡片阅读或多媒体播放的形式向学生呈现如下兴趣阅读材料。

叶绿体的亚显微结构与吸收光能的色素分布：在电子显微镜下观察叶绿体，可以看到叶绿体的内部结构，其外表有双层膜，内部有数量极多的基粒，各基粒之间充满基质。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成（如图五），吸收光能的色素就分布在这些囊状结构的薄膜上。1克菠菜叶片中的这些囊状结构的总面积可达60m2，分布在上面的色素种类有叶绿素和类胡萝卜素，它们对光能的吸收如图六。这些色素吸收的光都用于光合作用，因为叶绿素对绿光吸收最少，所以绿光被被反射出来，叶片就呈现绿色了。

图四

图五

图六

通过这些有机的、适时的拓展活动，学生将潜移默化地对中绿体有了进一步感性的认识，对绿叶能进行光合作用也理解更深刻。同时也提高地学生阅读与识图的能力。

2、科学史“链点”。在初中光合作用教学中，较多的教学时间用于组织学生验证并形成光合作用的表达式。在教师引导各种学生设计各个验证实验或活动时，是结合生物经典实验，有机地渗透光合作用科学史的好时机。在高中教材中光合作用科学史包含了9个经典实验，其中以下实验可在初中教学加以组织与渗透。

1648年，荷兰医生海尔蒙特（Jan Baptista Van Helmont）栽培柳树的实验。实验内容如图七，他把2.5Kg的柳枝栽培在装有100Kg土壤的木桶里，并只用雨水浇灌。5年后，他发现柳树增加了80Kg，而土壤只减少了0.1Kg。由此，他第一次指出，水分是植物建造自身的原料。这一科学史内容可作为引导学生设计实验证明水是光合作用原料的背景材料。

图七

图八

1771年，英国科学家普利斯特利（J.Priestley）蜡烛燃烧和小鼠实验。实验内容如图八，他把蜡烛和小白鼠分别放在没有绿色植物的A、B装置中，蜡烛很快熄灭，小白鼠很快死亡，而在C、D装置中加入绿色植物把装置放在光下，蜡烛能继续燃烧，小白鼠也能较好生存。由此他得出结论：植物可以更新空气。这一科学史内容可作为引导学生设计实验验证光作作用产生O2的背景材料。

1779年，荷兰科学家英格豪斯(J.Ingen-housz)继续500多次植物更新空气的实验，结果发现：普利斯特利实验只有在阳光照射下才能成功；植物体也只有绿叶才能更新污浊的空气。然而，当时受化学水平的限制，人们尚不能对此作出较好解释，直到1785年发现了空气组成，人们才明确绿叶在光下放出了O2，吸收的是CO2。1845年，德国科学家梅耶（R.Mayer）根据能量转化与守恒定律指出，植物在进行光合作用时，把吸收的光能转换成化学能储存起来了。这些科学史内容可根据教学情况简略带过，意在向学生呈现一个科学过程。

1864年，德国植物学家萨克斯（J.von Sachs）实验。实验内容如图九，他把绿叶先在暗处放置几小时，目的是消耗叶片中的营养物质。然后，他让叶片一半曝光，另一半遮光。过一段时间后，他用碘蒸气处理这叶片，发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。这一实验证明了光合作用的产物除氧气外还有淀粉。这一科学史内容可作为引导学生设计实验验证光作作用产生淀粉等有机物的背景材料。

图九

光合作用释放的O2来自CO2还是H2O呢？1939年，美国科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门(M.Kamen) 利用放射性同位素标记示踪实验有力证明光合作用所释放的氧气来自水。

那么，光合作用产生的有机物又是怎样合成的？20世纪40年代后，美国科学家卡尔文（M.Calvin）用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C转化成有机物中C的途径，这一途径称为卡尔文循环。这些科学史内容可简略介绍，意在让学生理解科学技术与科学发展的互为关系。

上述科学史的特点是具体生动，且初中生也容易接受理解，所以在初中教学过程中加以拓展渗透是可行的，也是有意义的。这不仅提高了学生的生物素养，也为高二学生自学教材相关内容打下了较好基础。

3、实验操作“链点”。初中光合作用教学中安排的学生实验是“绿叶在阳光下制造淀粉”。本实验的教学目标有二，其一是知识性学习目标，让学生理解绿叶在阳光下能进行光合作用制造淀粉。通过学生亲自动手实验，增加知识传授的可信度，学生对“绿叶能进行光合作用形成淀粉产物”的理解自然更加深刻，这无疑对高中生继续深入理解光合作用的光反应与暗反应最终形成糖类是有益的。其二是技能性学习目标，让学生练习做简单的植物生理实验。综观高中生物，对生理生化的实验操作技能要求是较高的，例如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”，“绿叶中色素的提取和分离”也是其中之一。所以，借助初中的实验教学，提高学生生物实验操作能力，形成生物实验规范意识，养成科学的实验习惯，对初高中生物衔接教学是大有裨益的。

初中光合作用实验用到器材与药品有烧杯、试管、滴管、酒精灯、培养皿、镊子、95%的酒精、碘酒等，这些都是生理生化常用实验物品。学生练习的实验操作有植物培养、水浴加热、漂洗等。学生通过设计实验、操作实验的亲身体验，生物实验素养将得到有效提高。学生通过本实验，对实验观察细致性的认识提高了，对实验操作细节的科学性体会加深了，对实验习惯与规范严谨性的领悟更深了，对生物实验的兴趣也高了。如能将这实验教学做实了，必将有效促进了高中生物实验教学的顺利进行。

4、探究活动“链点”。初高中新课程共同的特点是更加凸现科学过程与方法，尤其强调探究教学。初中光合作用教学内容中设置了“光合作用需要二氧化碳吗”（如图十），高中则安排了“环境因素对光合作用强度的影响”的探究。笔者以为，虽然两者探究内容不同，但探究活动要素与控制变量的实验思想是完全一致的。

因此，在初中的探究活动中，教师如果能科学有效地引导学生开展探究活动，提高探究的综合素质，对初高中生物衔接教学是相当有益的。首先，教师要启发引导学生有序地进行以下探究步骤：大胆提出问题；查找资料后合理假设；科学设计实验方案；细致严密地进行实验操作；有条理地表述实验现象、结果或处理实验数据；最后得出科学结论。第二，大量的生物探究活动中包含了控制变量的实验思想。在“光合作用需要二氧化碳吗”探究中，学生如果理解实验变量与控制变量，进行科学合理地设置实验组（加NaOH溶液）和对照组（加水），那么就基本形成了控制变量的对照实验思想。如此，就为高中生自主探究“环境因素对光合作用强度的影响”作了较好的准备，学生只须针对具体实验设计好实验变量与相应指标就可以了，这将大大缩减高中教学的课时，降低高学生自主学习的难度，提高他们自主探究的成功率。

上述四个初中《科学》衔接高中《生物》教学的“链点”正如图三所示，它们彼此间是互为渗透，有机组合的。它们共同的特征是：在有效完成初中《科学》教学任务时，更好地担负起初高中衔接教学的责任。

【参考文献】

.朱清时主编.《科学》（八年级下）.杭州：浙江教育出版社，2005年11月第1版

.朱正威，赵占良主编.《生物1》.北京：人民教育出版社，2007年2月第2版

.陈阅增等编.《普通生物学——生命科学通论》.北京：高等教育出版社，1997年

.胡继飞，郑晓蕙主编.《生物学教育心理学》.广州：广东高等教育出版社，2002年3月