《探究影响光合作用的因素》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《探究影响光合作用的因素》说课稿

一、使用教材

本实验是上海科技出版社高中《生命科学》第四章“生命的物质变化和能量转换”——“光合作用”中的学生实验。

二、实验器材

注射器、打孔器、烧杯、煮沸后急速冷却的水、导线若干、接线排、12V直流电源、5W 的LED灯珠、圆形加热膜、双金属片温控开关、耐高温彩色滤光片、铅丝若干、黑色纸盒。

三、实验设计思路和创新点

（一）发现问题

学生在预实验中发现传统实验的不足：

1.实验耗时较长，成功率低

例如，在“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验中，可通过调节不同照射距离来调节光强。但随着距离的增大，光强下降明显。若实验组的光照强度达不到植物的光补偿点，则导致实验失败。

2.自变量控制欠精确

在上述实验中，各烧杯间距相同，但光强的每次下降幅度不等，对自变量的控制欠精确。

3.实验干扰因素较多

例如，在实验中也可通过使用不同功率光源来调节光强。但白炽灯是热光源，不利于控制温度恒定，且各实验组间相互干扰。

基于此，学生们萌生了改进实验装置的想法。

（二）改建思路

学生通过查阅文献和市场调查，自主筛选合适的光源和加热设备，以期提高实验效率，减少实验误差。学生最终选择LED灯珠作为光源，选择圆形加热膜和双金属片控制温度，自主改进实验装置，搭建新型实验操作箱。

（三）实验创新

1.改进实验装置，提高教学效率——LED灯使实验更高效、可控、安全

高效性经过测试，一个5W的LED灯珠的光照强度与35W白炽灯相近。在“探究光照

强度对光合作用强度的影响”实验中，用LED灯珠替换白炽灯后，4光源实验组的光强可达到14000lx，能在6.5分钟内完成实验。1光源实验组（3500lx）也能在30分钟内完成实验。提升光强后，实验时长明显缩短，各组结果差异明显，实验效率显著提高。在“探究光质对光合作用强度的影响”实验中，彩色滤光片会显著降低光照强度，导致滤光后形成的单色光的光强低于植物光补偿点，导致实验失败，因此提高光强显得更为重要。本实验所选用的LED灯珠组合的原光强在7000-10500lx之间，经过滤光后形成的单色光的光强介于3000lx-4000lx之间，高于植物的光补偿点。

可控性在“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验中，学生通过调节光源数量来控制光强，设置了4个光强梯度，实现了自变量变化幅度稳定可控。在“探究光质对光合作用强度的影响”的传统实验中，单因素变量原则难以很好地实现。相同白光通过不同颜色滤光片后形成的单色光的光照强度实际并不相同。本实验中，学生通过调节LED小灯珠的开灯数量来调控各组单色光光强基本相同（均为3500lx左右）。

安全性LED灯功率低，学生自主搭建电路时只需使用12V直流电源。相比220V市电，实验操作的安全性大幅提高了。

除此以外，自制操作箱还具有其它优点，如“小巧的黑色暗室，各实验组间互不干扰”、“圆形加热膜+双金属片，温控效果好”以及“操作灵活简便，成本低廉”等。

2.完善教学过程，促进思维发展

①认知冲突提升学习动机，驱动思维深入发展

由于提高了实验的可控性，学生在探究过程中发现了新问题，如“白光的光合速率为何比蓝紫光低？”“红光实验为何失败？”这些实验现象与原有认知结构之间的碰撞激发了强烈的好奇心和求知欲。学生通过检查实验装置，反思实验过程，排除了操作中的问题后，开始积极查阅文献并分析讨论，最终找到原因后他们又提出了新的解决方案。学生在团队合作的过程中，自主摸索、领悟到科学探究的基本思路和方法，在尊重实证的同时，运用思维方法自主阐释生命现象和规律，此时他们产生强烈的“学习获得感”和自信心。

②双因素实验引导思维向广度发展，培养运用学科知识解决实际问题的能力

“探究温度和光强对光合作用强度的影响”实验是基于必做实验之上的拓展内容。有学生提出新问题“上海地区春季温度适宜但光照强度相对较弱，夏季温度高但光照强度大，哪个季节更适合植物生长呢？”这个问题涉及到多个因素对光合作用的影响，因此教师鼓励学生根据自己的兴趣，灵活地设计变量组合进行实验。本实验为进一步综合分析各因素对光合作用的影响提供了实验证据，同时又引导学生思考如何在生产实践中提高农作物产量。

四、实验原理

利用真空渗水法排除叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶圆片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，主要积累在细胞间隙，降低了叶圆片的密度，可使原来下沉的叶片上浮。因此，根据叶圆片上浮所需时间长短，能比较光合作用的强弱。

五、实验教学目标

1．应用实验设计的原则和相关实验原理，改进实验装置，提高科学探究的能力。

2．根据实证尝试阐明环境因素对光合作用的影响及规律，从而培养科学思维。

3．通过实证，为形成“物质与能量”的生物学观点奠定基础。

4．运用科学的思维和方法，尝试为“如何在生产实践中提高农作物的产量”提出建议，提高社会责任意识。

六、实验教学内容

本实验分为2课时。第一课时：设计并书写实验方案；第二课时：实施实验方案。在第

二课时中，各小组的主要实验内容如下所示。

实验一：探究光照强度对光合作用强度的影响

实验二：探究光质对光合作用强度的影响

实验三：探究温度对光合作用强度的影响（略）

实验四：探究CO2浓度对光合作用强度的影响（略）

实验五：探究双因素变量对光合作用速率的影响

七、实验教学过程

1．设计方案改进装置

“实验方案的设计与书写”分为“教师引导”和“学生主体”两部分。教师引导学生明确实验目的，并提供规范的实验设计书写框架。学生作为教学主体，首先分组讨论、书写实验设计方案，随后各组交流、改进实验方案。接着，教师组织学生在拓展课上进行实验准备并做预实验。学生针对传统实验的不足，主动改进实验装置，搭建了新型实验操作箱。

2．实施实验获取数据

学生首先用真空渗水法制备叶圆片，使叶圆片沉于水底，遮光备用。随后取100mL烧杯若干，各倒入80mL 25℃左右的2%NaHCO3溶液。在每个烧杯中放入叶圆片10片，将各组烧杯放入自制实验操作箱开始实验。观察并记录每片叶圆片的上浮时间。在实验过程中，用ipad将实验数据记录在准备好的表格中便于及时进行数据分析。

3．分析数据得出结论

学生取叶圆片上浮时间的平均值的倒数作为光合速率的衡量指标，制成折线图或柱状图。

（1）实验一结果表明：随光强上升，光合速率显著上升。

（2）实验二结果表明：①相同光强下，紫光组的光合速率最高，蓝光次之，橙光再次之，绿光最低。②相同光强下，白光组的光合速率低于蓝紫光和橙光组。③出现红降现象。

（3）实验三结果表明：①相同光强下，25℃条件下光合速率最高，35℃次之，15℃最低。②在弱光条件下，不同温度梯度的光合速率差异不大，随光强增强，光合速率差异变大。

4．激发兴趣深层探究

学生在实验过程中发现了不少新问题，例如“如何探测到植物的光饱和点？”“如何提高紫光、蓝光和橙光的实验结果的差异？”“红光实验为何失败？”通过查阅文献和组内讨论，他们提出一些新的解决方案，例如增加光源数量，提高光照强度；选择光饱和点和光补偿点更低的阴生植物进行实验；购买多种彩色滤光片进行筛选，选择对光合作用有效的滤光片进行实验等。

八、实验效果评价

教师在实验前期进行准备，在过程中加以引导。从实验设计、搭建装置，到实施实验、获取数据，再到分析讨论，提出解决方案，学生在整个实验过程中进行了充分的自主探究。

科学探究的道路从来不是线性的。从白炽灯到LED灯，从侧向光源到垂直光源再到垂直6光源（最高光强可达35000lx），从“相同垂直光源+不同颜色滤光片”到调节不同单色光达到光强基本相同，从单因素变量到多因素组合，为了让实验更可控、更高效，学生经历了多次失败后还能重新开始，在提出问题、查阅文献、讨论改进方案、摸索新实验方法的过程中不断推进探究过程，展现出坚韧不拔的科学精神，提高了认识问题的思维层次，非常难能可贵。

综上，本实验通过改进实验装置，提高了教学效率；通过完善教学过程，促进了思维发展，提高了探究能力，有效地落实了教学目标，突出了教学重难点。