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摘 要： 在生物学教学中以环境因素对棉花产量的影响作为教学情境，引导学生提出问题，作出假设，再结合实验数据分析讨论，构建光合作用影响因素与光合作用过程的联系，提升学生学习兴趣，落实核心素养，培养社会责任。

关键词：    情境创设   光合作用  

随着新课程改革的进行，“情境化”的问题在培养学生生物学核心素养上起到重要引导作用，本堂课以新疆棉花生产过程中的问题作为课题背景，旨在培养学生利用生物学知识解决生产生活问题的科学思维。

1  教材分析

“光合作用的原理与应用”属于人教版高中生物学必修1 分子与细胞中光与光合作用一节的内容，是生命科学教学中的重点和难点，对于学生的知识应用和迁移能力要求较高。教材编写也体现了从理论走向实践这一思路，首先按照光合作用过程到光合作用原理的顺序展开，用图和文字对光合作用各阶段物质及能量变化进行介绍；随后在原理的应用部分则提出农业增产上对光合作用强度测量的方式，并在课后习题中提供光合午休现象、新疆哈密瓜较甜等习题帮助学生分析^[1]。基于此思路，本节课主要利用新疆棉花生产过程中对造成光合午休现象的原因提出假设、结合具体实验结果进行分析，引导学生构建环境因素对光合作用的影响过程，利用生物学知识解决生产问题，在活动中培养核心素养，达成教学目标。

2  教学目标

1)通过对课本中光合作用原料、产物、条件、基本过程的阅读总结，锻炼从文字中提取信息并进行归纳转换的能力；

2)通过对实验变量、所得数据的分析，逐步学习提出假设并通过恰当的科学实验验证假设的科学方法，提高处理信息、表达信息及运用信息的数据分析和思维能力；

3)通过小组讨论得出实验结论，总结影响光合作用的因素，锻炼合作交流和表达的能力；

3  教学过程

3.1  导入新课——新疆棉花生产

新疆作为我国主要产棉地，自然条件优良，加上过去几十年间我国农业工作者和研究人员在棉花增产问题上进行了大量的研究，使得新疆长绒棉品质好，产量高。从生物学角度来看，使棉花增产需要先了解棉花产量是由棉花的果实——棉铃的有机物含量决定的。教师进一步提问：植物是通过什么过程增加自身有机物含量的？棉铃中光合色素较少，有机物主要是从何而来的呢？学生回顾光合作用过程，从而认识到如果想使棉花增产，就需要提高叶片的光合作用强度。

通过将生活生产中的具体问题与学科知识相联系，从实际生产角度了解作物增产思路。

3.2  探究影响棉花光合作用的因素

教师展示光合作用过程的不完整模型，引导学生通过完成模型回顾光合作用过程，并让学生根据该过程中所需的物质和环境条件，思考如果你是棉农或研究人员，在新疆棉花生产过程中有哪些因素可能会影响棉花产量？ 根据学生讨论结果，教师进一步给出已有研究资料。

探究1：课本提到植物中午会出现“光合午休”现象，引导学生思考引起光合午休现象的因素。教师进一步展示科学家在不同光照强度下植物光合作用强度的大小，实验结果如图1。学生通过讨论分析，据图描述光照强度对光合作用强度的影响，但是发现这个结果不能解释“光合午休”现象，引起进一步探讨。

图  SEQ 图 \* ARABIC 1  光照强度对光合作用强度的影响

探究2：为进一步探究该问题，研究人员又在人工气候箱（温度、湿度等环境因素均可调节）中测试了在不同温度下植株的光合作用速率，实验结果如图2。学生结合酶的特性描述温度对光合作用强度的影响后，结合新疆日最高温发现温度也不是造成光合午休现象的直接原因。

图  SEQ 图 \* ARABIC 2  温度对光合作用强度的影响

上述实验与课前大部分学生的预期解释不符，已经引起学生的认知冲突。教师介绍叶片表皮气孔结构的作用及形态变化，提出思考：光合午休是否跟气孔开度变化有关？

探究3：水分含量会影响气孔导度，研究人员测量了在不同土壤含水量下，一天中植物的气孔导度变化及光合作用强度变化，实验结果如图3。教师引导学生结合上述实验结果进行小组讨论，总结引起光合午休现象的原因，构建光合作用的影响因素间的关系。通过分析讨论学生发现光合午休现象出现的原因可能是温度引起含水量的变化进而影响气孔导度，从而使植物对二氧化碳的吸收量减小，光合作用强度减弱。

图3  （a）一天中不同含水量下气孔导度变化

图 3  （b）一天中不同含水量下光合作用强度变化

3.3  运用生物学知识解决生产问题

教师介绍新疆地区气候特点，引导同学们从适应的角度思考“光合午休”现象对植物适应高温半干旱地区的气候条件的意义。紧接着指出在棉花生长过程中，因“光合午休”损失的产量可达30%~50%，结合上述实验，农业上可通过什么方法缓解“光合午休”现象^[2]？通过该过程将科学原理运用到解决实际生产问题中。

在棉花生产中还面临着很多问题，例如机械化收割棉花时，种植紧密可提高收割效率。但是棉农发现，如果棉花种植过于紧密，会造成减产^[3]。学生可通过查阅资料分析上述现象，并讨论如何设计实验来确定最适种植密度，为棉农生产提出合理建议。

4  反思与讨论

本堂课的设计以学生不容易理解的问题——“光合午休”现象出现的原因为主线，通过情境包裹的方式，按照科学探究一般流程，即提出问题假设并进行实验验证的思路，依次探讨光照强度、温度、气孔导度对光合作用的影响，层层递进。新课程理念指出要解决实际问题，教师在备课过程教师可收集生产生活中的现象，查阅文献资料，从研究工作中选取有利于组织教学的内容，保证教学材料的科学性和时效性，提升学生的生物学习兴趣，进一步培养科学思维。

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，生物课程教材研究开发中心.生物:必修1:分子与细胞,北京:人民教育出版社,2019.

[2]彭子模,孟冬丽,祝长青,李勤,葛菊芬.浅谈光合作用在农业生产上的应用[J].生物学通报,2000(04):8-10.

[3]张娜,冯璐,李玲,李春梅,马云珍,王芳,李志鹏,万素梅,李亚兵,徐文修.不同种植密度对南疆机采棉叶片生理特性及产量的影响[J].中国农业大学学报,2021,26(05):22-29.