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1、 光合作用 教学中的STS教育 游隆信 浙江省松阳县第一中学 323400 光合作用是中学生物学教学的重点和难点 在光 合作用教学中实施STS教育 不仅有助于学生掌握教 材的基础知识 提高解题能力 同时能拓宽知识面 完 善知识结构 感受科学知识带来的激励 感悟 锻炼 达 到素质教育的目的 1 了解光合作用知识在生产 生活实践中的运用 培 养理论联系实际的能力 光合作用与人们的生产 生活密切相关 光合作用 每年提供2200亿吨的生物能量 是全人类所需能量的 10倍 是地球上生物赖以生存的基础 通过联系实 际 将理论知识运用于实践 使知识学有所用 关注社 会 科学的发展 激励学生学好生物学知识 1
2、 1 教材知识的分析中联系生产 生活实际 激发学 习兴趣 教材知识是基础 任何培养学生素质 提高学 生能力的教育教学工作都必须以学好基础知识为基 点 光合作用教学中 笔者以辨析光合作用产量和光 合作用速率的差异为核心 以学生讨论 教师补充的方 式了解光合作用知识在生产 生活中的运用 极大激发 了学生的学习热情 表1 表中2 9均为影响光合作 用速率的因素 光合作用产量 m 光合作用速率 v 光合作用面积 s 光合作用时间 t 光合作 用速率指单位时间单位叶面积植物吸收二氧化碳毫克 数 1 表1 教材知识中STS教育渗透点一览表 序渗透的内容知识点解释 1锻炼一般选择傍晚比清晨好 植物白天光合作
3、用产生大量O2 夜晚只呼吸作用消耗O2 2 北极很少看到红色的花朵 北极罂粟的花朵如茶杯 红花需更多的阳光和能量 茶杯状花的每一个花瓣如 反射镜 可把太阳光的能量反射到花蕊上 聚集能量和 热量 保证种子尽快成熟 不被冻死 光照强度 3塑料大棚使用透明薄膜透明薄膜透过的是白光 光质 波长 4城市夜晚绿光灯照射绿化带增加氛围 不是增加植物光合作用 光质 5新疆 青藏高原的粮食高产光辐射强 昼夜温差大 光质 温度 6新疆的哈密瓜和葡萄特别甜新疆夏季高温 昼夜温差大 水分少 温度 水分 7大棚常白天适当升温白天增温 促进光合作用酶的活性提高 温度 8植物夏季的 午休 现象 夏季中午温度高 蒸腾作用强
4、为防止水分过度散失 气孔关闭 CO2吸收减少 温度 CO2 9 给植物施 气肥 大棚运用 CO2发生器或给施农家肥 农家肥 有机肥 经土壤微生物分解产生CO2增加大 棚中CO2浓度 CO 2 10连绵雨天大棚适增人工光照延长光合作用时间 光合时间 11合理密植适当控制光合作用面积 光合面积 1 2 密切关注光合作用的研究进展 培养学生关注社 会和科学的意识 激发爱国情感 2004年3月20日 中国青年报 等多家报刊报道了我国科学家在 光合 作用膜蛋白研究 上取得的巨大进展 分离 纯化了 菠菜捕光复合物LHC 世界权威科学杂志 自 然 3月18日以封面文章形式发表了中国科学院生物 物理所 植物研
5、究所首次报道LHC 形成一个二十 面体对称特征的空心球体 构建了该复合体内的能量 发现在鱼的体侧各有一条 纹线 侧线 再仔细观 察 原来 纹线 是由带气孔的鳞片 侧线鳞 形成的 这些气孔究竟有什么作用呢 此时 探究情境非常自 然地创设出来 2 3 实验演示的方式 演示实验创设探究情境是最 重要的方式之一 例如 用水绵进行光合作用的实验 把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑 暗环境中 然后用极细的光来照射水绵 镜检发现好氧 细菌只集中在叶绿体被光线照射到的部位附近 如果 把临时装片完全暴露在光下 好氧菌则集中在叶绿体 所有受光部位的周围 为什么会这样呢 由此创设 出积极的探究情境 2
6、4 利用多媒体创设 多媒体具有声 图 文并茂 形 象直观的特点 特别是能把微观的生命现象展现出来 十分符合生物学探究活动的特点和要求 例如 在探 究被子植物种子形成过程时 可用课件或录相片来展 现 双受精 的过程 在探究遗传规律的细胞学基础 时 可用课件来展示染色体的形为与数目的变化 62 生物学教学2005年 第30卷 第4期 传递网络 提出了基于结构的光保护分子机理模型 阐 述了植物在高光强条件下通过LHC 的调节作用对 多余的光能进行耗散以实现自我保护的机理 为培育 高光效和强抗逆性作物 提高农作物光合效率的基因 工程和蛋白质工程 开辟太阳能利用的新途径等提供 了现论依据 通过上述教材的
7、学习 学生不仅知道了吸收光能 的结构不仅仅是色素分子而是多种分子 叶绿素分子 胡萝卜素分子 蛋白质分子和脂类分子 组成的复杂的 捕光蛋白复合物 拓展了知识面 而且理解了生物学科 在当前所取得的新成果将会转变为先进的生产力 推 动社会 经济等发展 感受了我国科学家经过6年的艰 苦努力为祖国争得荣誉的不懈奋斗的精神鼓励 激发 了内心的爱国情感 2 重视光合作用科学史教育 培养科学素养 生物学史是人类在长期的社会实践过程中总结出 的对大自然生物学知识的系统的历史的描述 是科学 的发现史 探索史 奋斗史 利用生物学史对学生进行 科学探究精神 思维方法和质疑精神的培养 是一条有 效途径 2 1 培养学生
8、科学探究精神 任何一个科学的发现 和研究成果都必将经历漫长的时间才被揭示出来 有 些科学发现虽然是在偶然中被某些科学家发现 但也 是他们经过了无数次研究的必然结果 从1771年英 国普里斯特利 J Priestley 的试验到20世纪30年代 美国鲁宾 S Ruben 卡门 M Kamen 揭示出光合作 用释放的氧全部来自于水的结论 光合作用发现史整 整经历了两个多世纪 许多工作者付出了艰辛的努力 至今也有7位科学家获诺贝尔奖 2 但其机理仍未被 彻底揭开 许多科学家还在为之奋斗 通过光合作用发现史的展示和分析 为学生探究 知识的产生和发展提供最原始的精神激励 鼓励他们 为科学的发展而努力学习
9、 2 2 培养学生实验设计能力 光合作用发现史中有 许多经典实验 深入分析这些实验 能有效锻炼学生的 实验设计能力 如分析萨克斯 J von Sachs 的试验 时 先暴露科学家的思维过程 检测植物光合作用的产 物是什么 植物光照后用某种试剂检测 碘 叶 片中的淀粉是否为光合作用合成 先除掉叶片中原 有的有机物 暗处几小时 叶片中的淀粉是否一定 是光照的产物 要有没有照光的叶片对比 同一叶 片一半曝光 一半遮光 接着再分析科学试验及其基 本原则 用碘蒸气检测光合作用的产物 科学性 原则 碘遇淀粉显蓝色 同一叶片一半曝光一半遮 光 对照原则 遮光为对照组 曝光为试验组 试验前把绿色叶片放暗处几小
10、时 排除无关变量的 影响 消耗掉叶片原先储存的淀粉 在剖析科学家的经典试验中 暴露科学家的思维 过程 不仅学习了科学家试验的设计巧妙之处 获得科 学思维方法的锻炼 而且获得了实验设计的感性认识 为今后的实验设计的解题奠定了基础 2 3 培养学生科学质疑精神 在公元前3世纪 古希 腊学者亚里斯多德的 土壤是构成植物体的原材料 的观点一直被奉为经典 17世纪初荷兰的范 赫尔蒙 特 J B van He1mont 医生通过一个简单的柳树试验 把这个经典观点推翻了 试验过程 将一株2 3kg重的 小柳树种在重90 8kg的干土中 用雨水浇灌 小柳树 长成重76 7kg植株 而土壤重量只比试验开始时减少
11、 了 57g 虽然赫尔蒙特的结论是错误的 他认为柳树 增重是从水中得来 他的观点于1699年被英国的伍 德沃特 J Woodward 推翻 他用雨水 河水等与加土 的水培养薄荷 结果薄荷在加土的水中生长远比单纯 的水中好 于是得出构成植物体的物质除水外还有土 中一些特殊的物质 但至少他否定了一直以来被奉为 经典的错误观点 提出了自己的论点 上述例子在科学发展史中不胜枚举 有些科学家 甚至为了批判错误的观点为科学献出了宝贵的生命 科学就是在科学家不断对旧知识的质疑论证的过程中 向前发展的 从而鼓励学生 要敢于对错误的观点 结 论提出质疑 在批判中继承前人的观点 3 通过介绍光污染 让学生树立忧患
12、意识 增加人工光照 延长了作物的光合时间 能有效提 高光合作用产量 恰当利用人工光照 是一种积极的 利用光能的途径 然而 人工光照的大量使用 对生物 的生活造成了新的生态污染 光污染 在教学中 适时给出了人工光照对环境的巨大危 害和资源的浪费 过度接触人工光可改变动物的基 本生物节律 影响动物间捕猎的关系 引发致命的人体 激素失调 诱发乳腺癌的发生 明亮的灯光会干扰动物 迁徙的路线等等 3 由于人工光的太多使用 致使地 球上近2 3的人再也看不见繁星满布的银河 同时 过多的人工照明也耗费了大量的能源和资金 如 2002年阿尔伯塔的卡尔加利 人口90多万 在几个居 民区把200w的灯换成100w 把250w的灯换成150w 结果每年节省130万美元的电费 参考文献 1 潘瑞炽 董愚得 1995 植物生理学 第三版 北京 高等教育出版 社 106 2 柯世省 2003 光合作用研究历程中的重大事件 生物学通报 38 7 8 59 60 3 Scigliano E 2003 滥用灯光 危害健康 科学与生活 11 42 45 72 生物学教学2005年 第30卷 第4期
