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另辟蹊径研究影响光合作用速率的环境因素
另辟蹊径研究影响光合作用速率的环境因素河南洛阳●张旻
摘要：教师要了解“探究性学习”“假说——演绎”的作用和意义及《生物课程标准》对“能量之源——光与光合作用”的具体内容标准的要求，了解完成课标任务“研究影响光合作用速率的环境因素”的教学策略及其原因，并以具体的教学过程诠释这种教学策略及这种教学策略的意义。在教学过程中，教师要根据问题情境的作用，设置层层深入的问题串，以此来引导学生深刻思维，有效地完成课标任务。
关键词：探究性学习；假说——演绎；思维探究；实验探究
“假说——演绎”是现代科学研究方法中常用的一种研究方法。在生物学重大理论的发现中，如“孟德尔基因分离定律、自由组合定律”的发现，“DNA 复制机制”的发现，“假说——演绎”都起到了很重要的作用。可以说，“假说——演绎”的科学方法是生物学科学探究的重要方法，是学生应该具备的基本科学素养。
“研究影响光合作用速率的环境因素”是《生物课程标准》的具体内容标准对光合作用有关内容的要求。除此之外，《生物课程标准》对光合作用还有这样的要求——“说明光合作用以及对它的认识过程”。“说明”和“研究”都是《生物课程标准》中的知识性目标动词。“说明”属于理解水平，“研究”属于应用水平。《生物课程标准》不仅要求学生理解光合作用的原理、光合作用的探究历程，还要求学生能应用“光合作用原理”解决实践问题。
人教版提供的这些课程资源，除了探究的具体案例可具体操作具体研究，可以搞清楚“光照强弱与光合作用速率的关系”外，其他只是为“研究影响光合作用速率的环境因素”指出了研究的方向和目标。如何“研究影响光合作用速率的环境因素”，需要教师整合课内课外资源，研究学生已有的知识经验和认知基础，对各种教学方法用心取舍，采取适当的教学策略，才能有效地完成教学任务。
基于以上分析，我们知道，探究性学习是一种非常有效的学习方式“，假说——演绎”是逻辑上非常严谨实践中非常有效的科学研究方法。为了进一步加深学生对“光合作用原理”的理解，有效完成“研究影响光合作用速率的环境因素”的课标任务，让学生亲历思考和探究的过程，领悟科学的研究方法，培养学生的探究意识和创新精神，采用以下教学策略和教学过程能有效地完成“研究影响光合作用速率的环境因素”。
一、“研究影响光合作用速率的环境因素”的教学策略
教师组织引导→学生思维探究“影响光合作用速率的环境因素”→师生合作交流→提出“环境因素影响光合作用速率的方式”的假说，并建立数学模型→预期探究实验的结果→教师组织→学生探究实验→确认“环境因素影响光合作用速率的方式”，确认数学模型。
二、“研究影响光合作用速率的环境因素”的教学过程
1. 教师组织引导，学生思维探究，以数学模型的形式提出有关假说
（1）组织引导学生，思维探究“影响光合作用速率的环境因素”。
学生在探究“影响光合作用速率的环境因素”之前，已经学习了“光合作用原理”。《生物课程标准》要求学生“说明光合作用的过程”，即理解光合作用的过程。为了进一步加深学生对“光合作用的过程”的理解，完成课标“研究影响光合作用速率的环境因素”的教学任务，教师可以组织引导学生认真观察“光合作用的过程”，并由此让学生提出“影响光合作用速率的环境因素”的有关假说。
教学实践告诉我们，“高中学生的理性思维有一定的发展，但其理性思维缺乏深刻性连续性和严密的逻辑性”，所以教师对学生观察“光合作用的过程”提出“影响光合作用速率的环境因素”的有关假说，必须要有效地组织引导，以促进学生深入地思考，科学地提出假说。
问题是思维的起点。层层深入的问题，不仅能激起学生的探究欲望，还能逐步引导学生深刻地发现问题、思考问题，建构知识，经历探究的历程，体验步步成功的喜悦。所以，逻辑上层层深入的阶梯跨度符合学生认知特点的问题串，是引导学生观察“光合作用的过程”、提出“影响光合作用速率的环境因素”的有关假说的关键。教师应该在本部分的教学中，注意问题串的设计，以有效地引导学生深刻思维。
引导学生思维探究“影响光合作用速率的环境因素”的问题串，观察“光合作用的过程”，回答以下问题：（注：以单位时间光合产物计量光合作用速率或强度）
①影响光合作用的外界因素有哪些？
②光照强度是怎样影响光反应产物的？又是怎样影响光合作用速率的？
③CO2 浓度首先影响了光合作用的哪个反应？又是怎样影响光合作用速率的？
④温度是直接影响光合作用的速率的吗？它是怎样影响光合作用速率的？
以上问题串，不仅引导学生进一步观察研究了光合作用的过程，加深了学生对“光合作用的过程”的理解，而且为引导组织学生提出“影响光合作用速率的环境因素”的有关假说构建相关的数学模型奠定了认知基础。
2. 在思维探究的基础上，引导组织学生构建数学模型，提出“影响光合作用速率的环境因素”的有关假说
以以下问题串，引导学生深刻思维，提出“影响光合作用速率的环境因素”的有关假说，建构相关的数学模型。
“建构‘环境因素影响光合作用速率的方式’的数学模型假说”问题串：
（1）随着光照强度的增强，光合作用速率能无限增强吗？为什么？你能“以光照强度为横坐标，以光合作用速率为纵坐标”，画出光照强度影响光合作用速率的坐标图吗？
（2）随着外界CO2 浓度的增加，光合作用速率能无限增强吗？为什么？你能“以CO2 浓度为横坐标，以光合作用速率为纵坐标”，画出CO2 浓度影响光合作用速率的坐标图吗？
（3）温度如何影响酶的活性？温度如何影响光合作用速率？你能“以温度为横坐标，以光合作用速率为纵坐标”，画出温度影响光合作用速率的坐标图吗？
通过对以上问题的讨论回答，以及师生之间对答案的交流评价，学生能正确地画出“光照强度影响光合作用速率的坐标图”“CO2 浓度影响光合作用速率的坐标图”“温度影响光合作用速率的坐标图”，亦即“‘提出’影响光合作用速率的环境因素”的有关假说，建构了相关数学模型”。
二、组织引导学生在假说基础上，预期“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验的结果
1. 组织引导学生学习“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验
引导学生深刻学习的重要相关问题串：（1）本实验的目的是什么？（2）自变量是什么？本实验是怎样控制自变量的改变的？（3）因变量是什么？以什么为观察指标，捕捉因变量的变化？
2. 以问题串引导组织学生预期实验结果
相关问题串：
依据“光照强度影响光合作用速率的数学模型”假说，回答下列问题：
（1）随着光源逐渐靠近植物，光照强度会怎样变化？
（2）光源越近，光合作用速率应该怎样变化？
（3）随着光源逐渐靠近植物，单位时间浮起的叶片数量应该如何变化？
在以上问题串的引导下，学生只能预期出一个唯一的实验结果，即“随着光源逐渐靠近植物，单位时间浮起的叶片数量应该越来越多”。
3. 组织学生实施“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验，确认“影响光合作用速率的环境因素”的有关假说的正确性、科学性
4. 组织学生课外设计实施“探究CO2浓度对光合作用强度的影响”“探究温度对光合作用强度的影响”实验，确认“影响光合作用速率的环境因素”的有关假说的正确性、科学性
三、教学反思
《生物课程标准》对“研究影响光合作用速率的环境因素”的要求是知识目标中的“应用”水平。要达到“应用”水平的教学，必须引发学生的深刻思维，引导学生自主地建构知识。本部分教学，以层层深入的问题串，组织引导学生思维探究、实验探究；教学逻辑程序上“假说——演绎”。这样的教学策略，不仅可以使学生通过深刻思维，获得可以解决实践问题的知识，进一步加深对光合作用原理的理解，还能培养学生的创造性思维能力和建构数学模型的能力。学生因此亲历“假说——演绎”的过程，也能受到科学研究方法的教育。
由于引导学生探究的问题串在逻辑上有层层递进的关系，在问题阶梯的跨度设计上符合学生的认知水平，经过教师的精心组织引导，教学中，学生不断体验到成功的喜悦。这种连续不断的成功喜悦，不仅激发了学生进一步探究的欲望，更培养了学生进一步学习生物其他科学知识的兴趣。
（河南省洛阳市第三中学）
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