“捕获光能的色素与结构”一节教学中生命观念的解读与渗透

“捕获光能的色素与结构”一节 教学中 生命观念 的解读与渗透

代红春

乌鲁木齐市实验学校

摘要：生命观念是生物学核心素养的基础和支柱。怎样从小处实处真实解读生命现象，利用课堂的教学活动真实渗透生命观念，这是我们日常教学中要反复思考的核心问题。以“捕获光能的色素与结构”一节为例，聚焦叶绿体，以落实生命观念核心素养为目的进行教学设计，观察生命现象，思索相互关系，解释特性，认识生物的独特性复杂性，深刻理解生命的本质，形成结构与功能观、物质与能量观，科学的自然观和世界观。

关键词： 独特性 复杂性 生命观念 结构与功能观

“捕获光能的色素”是第5章第4节“光合作用过程”内容的铺垫，在本模块中教学中起着承上启下的作用，是细胞能量来源的重要内容。本节课以知识讲述和实验相结合进行布局，通过实验操作进行知识细节的学习，注重知识体系的呈现和核心要点的建构，而且本节是高中阶段的重要实验，教师在教学过程中要教会学生将抽象知识与具体实验操作相联系，快速理解植物光合作用的物质和结构基础。

1. 创 设情境，以问导学

光 合作用对学生来说既熟悉又陌生，熟悉的是植物的光合作用似乎人人都认同它是植物的特殊本领，植物进行光合作用需要光，而为什么植物具有这项本领，为什么需要光？光的用途是什么？是不是所有的植物都能进行光合作用？……这些认知的疑惑我们很难用宏观现象去解释，语言描述也很苍白，很难将之解释清楚，挑选恰当的微视频，将生物知识中微观、深奥的科学原理清晰地展现到学生眼前，搭建合理的宏观与微观衔接的阶梯，打通思维的屏障，更好的理解生命现象。例如引课时利用微视频动态清晰的呈现植物的根系吸收水分，气孔吸收二氧化碳，植物将水和二氧化碳转化成有机物，使植物从小长大，转变成人类需要的物质和能量的过程，将抽象的光合作用通过运动的水分子、二氧化碳的动态变化，有机物与我们食用的水果、蔬菜有机联系，既在上课之初很快的吸引了学生的眼球，也深入浅出帮助学生源于生活的内化光合作用，建构内涵更丰富的光合作用的概念。课中色素分子的作用环节利用科普微视频，从儿童的视角以深受孩子们喜爱的荡秋千活动动态的展示植物体内的色素分子和太阳光子同频振动时捕获光能的过程，清晰明了的呈现了色素分子能够捕获光能的原因，也深入阐释了光合作用是植物特殊本领的原因。在本节课的结尾光的用途环节利用三维动画出示将叶片放大1000倍，椭球形的叶绿体向光源移动，光合复合物迅速捕获光能，每12个光子分离1个水分子的动态过程，生动形象的呈现色素捕获、传递、转换光能的过程，光能转化成什么形式的能量怎样用于生命活动可以设置成包袱为下一阶段的学习奠定基础，吊足学生的学习热情。

2. 生物实验——理解、深化、迁移知识的重要通道

生 物课程的大部分教学内容都是建立在实验基础上的，这就要求我们充分利用实验，形象生动、直观地帮助学生完成课内知识的理解，更重要的是我们还要深入研究、挖掘生物实验课应有的深层次的育人功能，合理利用达到立德育人的目标。

2.1目睹现象优于文字提炼

教材中提到，玉米中有时会出现白化苗，白化苗不能进行光合作用，可见光合作用与细胞中的色素有关。绿叶中有哪些色素，怎样提取？书本文字：绿叶中的色素易溶于无水乙醇，故用无水乙醇提取。为什么绿叶中的色素易溶于无水乙醇微溶于水，原因是什么？源于学生的疑惑，课堂上增设演示实验：将绿叶碎片分别溶于无水乙醇和酒精，学生通过观察实验现象，直观简洁的解答认知疑惑。

在色素的功能环节，教辅用书上提供的色素捕光实验：将滤液放在太阳光与三棱镜之间，观察光谱的变化。我们重复这个实验，发现并不能观察到预期的实验现象。原因是什么呢？从物理学角度分析，光源光强不够，收集滤液试管的管径太小，由于光的波粒二象性，光发生折射、散射和衍射，造成色素捕光实验现象不明显，如果尝试将试管中滤液改为大的滤玻片进行实验，实验效果好了很多，课堂展示三棱镜分光实验，让学生在课堂上看到了“人造彩虹”和吸收光谱的效果，会达到‘耳闻不如一见”实验效果！

2.2利用生活现象类比抽象认知

本节课重要的实验之一：色素的分离——纸层析法，由于高一的学生还没有学习有机化学，没有色素分子溶解度共性与差异性的知识储备，因而很难理解纸层析法，贴近学生日常生活增设类比推理环节，由学生熟悉的百米赛跑来突破教学难点，将滤液细线类比为起跑线上的运动员，滤纸条与跑道对应，速度不同的运动员对应滤纸条的四条色素带，通过图片的相互对比，将抽象的问题直观化，达到润物无声的效果。

3.观点、抽象、具象的知识构建

根据观察负载理论，每一种科学的观察，它背后都是有理论指导的，负载着理论去观察。按照这个理论的指导，我们认真研读必修一“捕获光能的色素和结构”一节的教学内容，可以发现教材编写的两条主线，第一条主线是作为一名研究者，从玉米苗与白化苗生长状况的对比，发现光合作用与绿叶中的色素有关。我们通过化学方法提取色素分离色素，通过物理方法探索色素吸收了什么光谱，并引导学生进一步思考色素吸收色光的原因，吸收色光的用途，另一条主线是人类的认识之旅。从1817年科学家首次分离出色素到发现色素集中分布在叶绿体中，从而对叶绿体结构与功能的认知。从课堂观察的

角度出发，合理的教学策略应寻找合适的教学节点将两条主线有机结合，并通过物理模型呈现整体的认知：我们将叶子横切，呈现在视野的主要是叶肉细胞，将叶肉细胞放大1000倍，我们清晰的观察到叶绿体，通过电子显微镜我们观察到叶绿体的具体结构，分离的色素集中分布于叶绿体的类囊体薄膜，色素吸收传递转化光能，用于水的分解，水在化学实验室需要通电的情况下才能分解，而在绿叶中却能轻松分解，所以我们将光合作用称为阳光下的魔术！在整体构建的过程引导学生联系生命现象，思辩现象间的相互关系，通过实验解答学习中的疑问，从更微观的层面理解光合作用的结构基础、物质变化，能量变化，从而更深入的认同生命的本质。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2007年版)[S].北京：人民教育出版社，2007：2-5.

［2］吴成军 试论科学思维及其在生物学学科中的独特性［J］．生物学教学，2018.43（11）：7-9．

本篇文章节选自课题《高中生物学科知识与学科文化相互交融的教学实践研究》，课题编号为SJKYX2020ZSH038。