光合作用本质范文

导语：如何才能写好一篇光合作用本质，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【摘要】 采用3种不同衍生方法对胺类化合物进行标记，比较衍生效率的差别，给出最优方法：5-(2-羟乙基)-(苯并吖啶酮与N，N-羰基双咪唑(CDI)缩合形成的双敏感探针2-(苯并吖啶酮)-乙基咪唑酸酯(BAEIC)与胺的衍生效率最高，产物稳定。BAEIC在N，N-二甲基甲酰胺 (DMF) 溶剂中以4-二甲氨基吡啶 (DMAP) 为催化剂，在80 ℃条件下与胺反应生成的亲核取代物，不仅表现出强烈的荧光，同时具有很强的质谱离子化能力。估算了衍生物在乙腈和甲醇水溶液中百分离子化值δ在5.62%～58.08%和2.14%～56.58%范围内。本方法具有良好的重现性，激发和发射波长为λex/λem=280/510 nm，荧光检出限为0.12～0.59 μg/L(8.6～79 fmol)； 在线APCI-MS检出限为1.9～14 μg/L(544～825 fmol)。

【关键词】 液相色谱-质谱； 脂肪胺； 5-(2-羟乙基)-苯并吖啶酮； 2-(苯并吖啶酮)-乙基咪唑酸酯

Abstract With comparison of three different methods for the marking of amines compound，an optimal derivatization method was selected.5-(2-Hydroxyethyl)benzoacridine（HBA) reacts with coupling agent N，N′-carbonyldiimidazole（CDI) to form an activated amide intermediate 2-(benzoacridin)ethyl-imidazole-1-carboxylate（BAEIC).BAEIC，which is dual-sensitive probe，reacts preferably with amino compounds at 80 ℃ in the presence of 4-dimethylaminopyridine（DMAP) catalyst in N，N-dimethylformamide（DMF) solvent to give the corresponding sensitively fluorescent derivatives with an excitation maximum at λex of 280 nm and an emission maximum at λem of 510 nm.BAEIC-amine derivatives simultaneously exhibited high ionization potential with percent ionization（ changing from 5.62% to 58.08% in aqueous acetonitrile and from 2.14% to 56.58% in aqueous methanol.Derivatives were not only sensitive to fluorescence but also to MS ionizable potential.The fluorescence detection limits（S/N=3) were 0.12-0.59 μg/L.The online APCI-MS detection limits were 1.9-14 μg/L(S/N=5).

Keywords High performance liquid chromatography/mass spectrometry； Aliphatic amines； 5-(2-Hydroxyethyl)benzoacridine； 2-(Benzoacridin)ethyl-imidazole-1- carboxylate

1 引言

质谱和荧光技术广泛应用于环境科学、毒物学及生命科学等领域中，用于确定诸多生物活性分子的含量及化学结构[1~3]。环境中的胺多是由蛋白质、氨基酸等含氮类有机化合物经生物降解而成。大多数胺类化合物在亚硝化剂存在下可生成强致癌性的N-亚硝基化合物[4~8]，因此，检测环境中的胺具有重要意义。目前，检测胺的方法主要有气相色谱法[9]和离子交换法[10]。尽管方法简便易行，但由于灵敏度低而受到限制。为提高检测灵敏度和改善选择性，采用柱前或柱后衍生化是一种行之有效的手段。但测定胺类化合物所用试剂较多[11~14]，如常用荧光试剂FMOC-Cl衍生化时，过量试剂易造成柱效降低。此外，试剂对脯氨酸和半胱氨酸衍生物表现出很弱的荧光，准确定量存在困难。

尽管多种胺类测定试剂[15~18]具有很强的荧光灵敏度，然而它们在APCI-MS中的质谱离子化能力相对低，这对同时获得在线的高灵敏质谱鉴定十分不利。本研究制备了一种能同时满足荧光和质谱增敏的双敏感探针分子。结果表明，2-(苯并吖啶酮)-乙基咪唑酸酯(BAEIC)中间体与胺的亲核取代产物具有高荧光灵敏度及很强的质谱离子化能力。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

1100 离子阱液相色谱-质谱联用仪，配备四元梯度泵、在线真空脱气机、荧光检测器和自动进样器(美国 Agilent公司)；大气压化学电离源(APCI Source)； Delta 600半制备色谱(美国Waters公司)。F-7000荧光分光光度计(日本Hitachi公司)。12种脂肪胺标准品(美国Sigma公司)； 乙腈(色谱纯，禹王试剂公司)； 5-(2-羟乙基)-苯并吖啶酮(HBA，自制)； 2-(苯并吖啶酮)-乙基咪唑酸酯(BAEIC，自制)； N，N-羰基二咪唑(CDI)、 4-二甲氨基吡啶(DMAP)等其它试剂均为分析纯。

2.2 标准溶液配制

分别称取12种脂肪胺标品，用乙腈配成浓度为0.1 mol/L溶液，相应低浓度12种脂肪胺混合溶液(2.0×10-3 mol/L)用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)稀释而成。称取0.1156 g HBA用DMF定容至10 mL，浓度为0．04 mol/L。称取0.1532 g BAEIC用DMF定容至10 mL，浓度为0．04 mol/L。称取0.2 g DMAP，用DMF定容至10 mL，浓度为20 g/L。称取0.1 g CDI，用DMF定容至10 mL，浓度为10 g/L。

2.3 色谱与质谱条件

Akasil-C18色谱柱（250 mm×4.6 mm， 5 μm， 美国艾杰尔科技公司)。流动相A：30 %乙腈(含20 mmol/L HCOONH4， pH 3.74)； 流动相B：100%乙腈。梯度洗脱程序：0~30 min，10 %~100% B，保持10 min。流速为1.0 mL/min，进样量10 μL，柱温30 ℃。荧光激发和发射波长分别为280和510 nm。质谱条件：大气压化学电离源(APCI source)，正离子模式，喷雾压力413 kPa，干燥气流量5 L/min，干燥气温度350 ℃，气化温度450 ℃，毛细管电压3500 V，电晕电流4000 nA(Pos)。

2.4 衍生方法

按3种方法进行衍生反应（见图解1）：（1）一步法 依次向安培瓶中加入200 μL HBA，200 μL DMAP，350 μL CDI和210 μL胺标准品，密封后于80 ℃水浴中振荡反应60 min，取10 μL，加190 μL乙腈稀释，进样；（2）两步法 依次向安培瓶中加入200 μL HBA，200 μL DMAP，350 μL CDI溶液，密封后于60 ℃水浴中振荡反应20 min，使HBA与CDI作用形成中间体BAEIC，加入210 μL 12种混合胺的标准溶液，密封后于80 ℃反应60 min，取10 μL， 加乙腈190 μL稀释， 进样；（3）中间体法 依次向安培瓶中加入200 μL BAEIC，200 μL DMAP，350 μL DMF，210 μL 12种混合胺标品，密封后于80 ℃反应60 min， 取10 μL， 加乙腈190 μL稀释进样。

图解1 衍生反应概况图（略）

Scheme 1 Derivatization scheme of 3 methods

HBA：5-(2-羟乙基)-苯并吖啶酮(5-(2-Hydroxyethyl)benzoacridine)；BAEIC：2-(苯并吖啶酮)-乙基咪唑酸酯(2-(Benzoacridin)ethyl-imidazole-1-carboxylate)；DMAP：4-二甲氨基吡啶(4-Dimethylamiopyridine)

2.5 样品处理

取适量污水，用HCl调节至pH 3.0，超声振荡1 min，使水中的脂肪胺变为相应的有机盐，过滤，量取滤液150 mL，旋干后，加80%乙腈5 mL，用0.1 mol/L NaOH调至碱性后直接用于衍生化。

2.6 百分离子化估计

中间体HBA的母核属含N、O杂环的高共轭平面分子，由于N和羰基O原子处于特殊的对位结构，分子内的异构化转变相对容易（见图解2）。

图解2 2-(苯并吖啶酮)-乙基咪唑酸酯衍生物在含乙腈水流动相中的异构化机理（略）

Scheme 2 Isomerization mechanism of 2-(benzoacridin)ethyl-imidazole-1-carboxylate derivatives in aqueous acetonitrile

分子A中N原子的孤电子对首先通过异构化作用转移至O原子，形成两性离子B。B的过渡态包含一个酚氧负离子，极易接受H+而产生季铵离子C导致分子的荧光猝灭。其猝灭程度与体系内含质子给予体(H2O)的浓度有关。借助不同质子给予体浓度下的荧光猝灭强度，即可计算出分子A在水相体系下的百分离子化δ值。当探针A溶在水相有机体系时，存在探针分子A、质子给予体E(H2O)和质子接受体AE的平衡，荧光猝灭常数表达为：

K=[AE] [A]·［E］（1）

[A]，[E]和[AE]为相应的平衡浓度，根据质量守恒定律，百分离子化值δ可定义为：

δ＝[AE] [A]0＝[AE] [A]＋［AE］（2）

假设未被离子化的A最初浓度为[A]0，荧光强度为F0，则：

F0＝K′φf[A]0(3)

Κ′为与仪器相关的常数，φf为A的量子产率。当A部分被质子化后，剩余A的荧光强度为F， 此时F可表达为:

F=K′φf(1-δ)［A］0（4）

（此处，δ＝［AE］／［A］0），结合等式（3）和（4）得出：

（F0-F）／F＝δ／（1-δ）（5）

结合等式(2)，(3)和(7)得到下式：

（F0／F）／F＝K［E］（6）

（[E]为质子给予体的平衡浓度，其值远比[A]或[AE]大，这样[E]≈CE，CE为质子给予体的最初摩尔浓度），于是(6)式改写为：

（F0-F）／F＝KCE（7）

将等式(7)中（F0-F）／F代于等式(7)得到：

δ＝KCE／（1＋KCE）（8）

根据不同质子给予体浓度下的荧光猝灭值，求得等式(7)中的猝灭常数K值后，代入等式(8)中获得相应的百分离子化值δ。

3 结果与讨论

3.1 荧光光谱性质

当水相体系处于恒温条件时，随体系中质子给予体浓度的增高，BAEIC-癸胺衍生物的荧光强度降低，这主要是探针分子与质子给予体形成季铵离子导致荧光猝灭的结果。表1为探针分子在不同浓度乙腈和甲醇水溶液中的相对荧光强度及发射波长。结果表明：随质子给予体浓度增加，荧光强度逐渐降低，且发射波长明显红移，在乙腈中红移约39 nm，甲醇中红移约13 nm。

理论上，百分离子化值δ与加入水的体积百分数应呈线性关系。在乙腈中，水的体积分数为0~70%时线性良好； 进一步升高则偏离线性，主要是探针分子在低浓度乙腈中溶解度降低的缘故(δ=2.77+0.2414x，r=0.9921，x为水的体积百分数)。甲醇中也有相似的结果。当甲醇中水的体积百分数在0~40%时线性良好（δ=0.30+0.17996x，r=0.9896），再高则偏离线性。上述百分离子化值δ很好地揭示了探针分子具有良好的质谱离子化能力，因为APCI-MS离子化主要是分子在质谱离子室中被水分子溶剂化的结果。

表1 不同浓度乙腈、甲醇水溶液中BAEIC-癸胺的荧光强度及百分离子化值（略）

Table 1 Fluorescence intensity of BAEIC-decylamine in the presence of varying amount of water and corresponding calculated percent ionization δ values

注（note）：乙腈水或甲醇水中BAEIC-癸胺浓度为1.0×10-6 mol/L； F0为纯乙腈或甲醇中荧光强度，K由公式(7)得出，δ值由公式(8)得出（Final concentration of BAEIC- decylamine in each aqueous acetonitrile or methanol is kept at 1.0×10-6 mol/L；F0 was measured in 100% acetonitrile or methanol.K values were calculated according to the Eq.7；δ values were calculated according to the Eq.8 in each corresponding K value obtained）。

3.2 色谱分离

HBA或BAEIC与脂肪胺的衍生化反应随碱性催化剂、CDI用量、溶剂、衍生温度、衍生时间的不同，衍生产率有显著差异。以辛胺、壬胺、癸胺、十一胺、十二胺等对以上的衍生条件分别进行了优化。实验表明：衍生温度80 ℃，衍生时间60 min，催化剂为DMAP，共溶剂为DMF时具有最高衍生产率。在最优化条件下，考察了3种不同衍生化方法对衍生产率的影响。结果表明，在3种衍生方法中，方法A最差，方法C给出最高的衍生产率，方法B与C比较略差(强度降低约25 %) (见图1中A，B，C)。其主要原因为一步衍生过程中，胺先与缩合剂CDI反应形成中间体ACDI，随后HBA的羟基与中间体ACDI的反应是一个慢亲核取代过程，从而导致极低的衍生产率。方法C是一个直接亲核取代过程，产率达最高。尽管方法B采用两步法先形成中间体BAEIC，但部分胺优先与过量CDI反应形成中间体ACDI，因而产率低于方法C。此外，衍生过程存在少量水时，BAEIC峰强度大为降低，相应HBA和(HBA)2的峰强度加强(图1D)，主要原因是中间体BAEIC水解，生成的HBA在碱性催化剂下与过量的BAEIC作用形成双取代的双-(2-羟乙基苯并吖啶酮)-碳酸酯(HBA)2(m/z 605.6)。另外分离中产生小峰DMA，是碱性条件下DMF水解产生少量二甲胺的结果(m/z 361.7)。

图1 标准脂肪胺衍生物的色谱图 （略）

Fig.1 Chromatograms for standard aliphatic amine derivatization

A：一步法(One step method)；B：两步法(Two step method)；C：中间体法(Intermediate reaction)；D：衍生过程存在少量水（Derivatization in the presence of a small of quantity water）； 峰（Peaks）：C1.甲胺(Methylamine)；C2.乙胺(Ethylamine)；C3.丙胺(Propylamine)；C4.丁胺(Butylamine)；C5.戊胺(Pentylamine)；C6.己胺(Hexylamine)；C7.庚胺(Heptylamine)；C8.辛胺(Octylamine)；C9.壬胺(Nonylamine)；C10.癸胺(Decylamine)；C11.十一胺(Undecylamine)；C12.十二胺(Dodecylamine)；DMY：二甲胺(Dimethylamine)；HBA：5-(2-羟乙基)-苯并吖啶酮(5-(2-Hydroxyethyl)benzoacridine)；BAEIC：2-(苯并吖啶酮)-乙基咪唑酸酯 (2-(Benzoacridin)ethyl-imidazole-1-carboxylate)；(HBA)2：双-(2-羟乙基苯并吖啶酮)-碳酸盐（bis-(2-Hydroxyethyl)benzoacridine)-carbonate）。

3.3 质谱鉴定

所有BAEIC胺衍生物产生特征碎片离子峰质谱数据见表2。代表性C10胺衍生物的一级质谱、二级质谱及裂解模式见图2。

图2 BAEIC-癸胺衍生物质谱图:一级质谱(A)，二级质谱(B)（略）

Fig.2 APCI-MS/MS spectra of representative decylamine derivative：MS spectra(A)，MS/MS spectra(B)

3.4 线性回归方程、检出限和重现性

采用衍生方法C，进样量在21 fmol～43 pmol范围内，依据峰面积和进样量，对胺类化合物进行线性回归，所得各衍生物的回归方程、相关系数和检出限(S/N=3)见表2。对43 pmol脂肪胺衍生物平行测定6次，保留时间和峰面积的相对标准偏差在0.05%~0.08%和1.9%~2.5%范围内。

表2 脂肪胺衍生物的线性范围、回归方程、相关系数、检出限、线性范围和质谱数据（略）

Table 2 Linear regression equations，correlation coefficients，detection limits，linear range and MS data of amine derivatives

Y：峰面积（Peak area）；X：注射量（Injected amount）pmol；质谱线性范围未测 （Linear ranges of APCI-MS were not tested）.

3.5 实际样品的分析

曲阜小沂河水色谱分离见图3，水样中加胺标准品(5.0×10-4 mol/L)，按照实验方法处理并衍生化，所得河水中脂肪胺化合物含量及回收率见表3。

图3 小沂河水中游离脂肪胺色谱分离图（略）

Fig.3 Chromatogram of aliphatic amine from water in Yihe river

色谱条件和峰号同图1C(Chromatographic conditions and peaks same as in Fig．1C)。

表3 沂河水中脂肪胺的含量及回收率（略）

Table 3 Content and recoveries of aliphatic amines from water in Yihe river

*由于与未知组分共洗脱故未进行定量(C2 was not determined owing to co-eluting with unknowcomponents)； **组分同时进行在线的质谱鉴定(The component was appraised by the online mass spectrum simultaneously)。

4 结论

利用HBA和新合成的含N、O杂原子的双敏感探针BAEIC，对胺类化合物进行标记，比较了3种不同衍生方法产率的不同。结果表明：在建立的条件下，中间体BAEIC与胺的衍生产率最高，所得胺的衍生物不仅具有较强的荧光发光特性，同时具有很强的质谱离子化能力。本方法具有线性范围宽、重现性好、操作简便等特性，对实际样品小沂河水中游离脂肪胺的分析结果满意。

参考文献

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16 You J，Lao W，You J，Wang G.Analyst，1999，124：1755～1760

篇2

一、教材中的教学重点和难点

在人教版高中《生物》教材的第五章“细胞的能量供应和利用”的内容中，安排了 “光合作用的原理和应用”[1]的教学内容，这一内容紧紧围绕第五章“细胞的能量供应和利用”为主题而设定，地位重要，又在教学中存在与其他学科之间联系多，高一又未开设有机化学，因而成为第五章的教学难点，同时也是高考命题的重点。现将对本节内容的教材结构进行解读，呈给广大读者。

根据教材的编著特点，分析该教学内容的重点有：光合作用的发现及研究历史；光合作用过程中光反应、暗反应的区别；光反应、暗反应的联系。难点有：光反应、暗反应的过程及联系；探究影响光合作用强度的环境因素（探究性实验）。根据对教材的重点和难点分析，确定教学中的三维目标。

二、确定三维目标

由于本节内容为2课时，根据教材的具体内容，结合重点和难点，教学中的三维目标如下：

1.知识目标

通过介绍多位科学家对光合作用的探究历程，体验科学家每项科研成果的取得都必须付出艰辛的劳动，强化对科学家科研成果的珍重，从而认识环境因素对光合作用的影响；通过人工控制环境因素中光照强度、温度、CO2浓度介绍，认识增加农作物产量应采取的措施；通过化能合成作用的学习，认识自养生物和异养生物的本质区别。

2.情感态度和价值观的目标

通过以科学家对光合作用先后研究的时间为序，认同科学与技术的相互支持；认同科学是在不断观察、多次实验探索中前进的，是科学家在继承前人科研成果的基础上开拓创新、践行科学精神和科学态度的结果；认同科学家是平凡而伟大的人；认同自己将来通过努力，也可以成为一名科学家。

3.能力目标

科学家对光合作用过程的探究实验，厘清对比实验和对照实验的区别；学会科学实验中，控制自变量来观察因变量的变化；学会提取和分离色素的方法，在本节内容的资料分析、思考与讨论、实验探究等问题讨论中，注重语言表达能力和分享信息能力的培养。为了达到以上的目标，建议采取以下教学策略。

三、课堂教学策略

“光合作用的原理和运应用”的教学策略定位：以科学家的实验设计思想，引领“光合作用的探究历程”教学， 通过制作教材中的“图5-12普利斯特利的实验、图5-13证明光合作用产生淀粉的实验、图5-14卡尔文的肖像、图5-15光合作用过程的图解、图5-16电子显微镜下的一种硝化细菌”共计5张幻灯片，引导学生识图和释图，准确说出图中包含的生物学知识，有利于图文转换能力的培养，以此来实施“光合作用过程”的教学，使难点得到突破。

在“光合作用的原理和运用”的教学内容中，由于有2个教学难点，一课一难点，共安排2课时完成，第一课时：光合作用的探究历程（重点）光合作用的过程（难点）；第二课时：光合作用原理的应用（环境因素对光合作用的影响，难点）化能合成作用。

1.光合作用的探究历程

在介绍该内容之前，先处理好光合作用的概念，教学流程为：提问初中的光合作用相关知识再现初中文字描述的反应式教师板书（或学生板书）引导学生用反应式说出光合作用概念的不同描述与教材中光合作用的概念形成对比学生朗读教材中光合作用的概念（黑体字）教师要求学生记住反应式。

在“光合作用的探究历程”中，主要向学生介绍每位科学家对光合作用研究方法及其成果，尤其是每位科学家用科学实验思想及理性思维正确看待和分析不同时代背景（技术手段的应用）取得的成果，同样是一个伟大的成果，从而推动了光合作用研究的历史进程，研究方法呈现出由简单到复杂的趋势，体现了技术手段的进步对生命科学研究的支持，以时间为顺序，总结科学家的研究成果（见表1）。

表1 不同年代科学家对光合作用的研究方法及其成果表

在表1中，同位素标记法的2个实验都是经典的。先进技术手段的应用，标志着科学研究能力的提升。鲁宾和卡门在科学研究中，在研究方法上得到了先进技术手段的支持。

2.光合作用的过程

由于高一未开设有机化学课，学生无法知道什么是C5，C3化合物，教师只能简要说明，它们分别是含有5个、3个碳原子的有机物。如熟悉C6H12O6，为六碳化合物，因为碳是有机化合物的骨架，其他原子未标出。这样的介绍，使该内容的教学难度降低了。

教学思路：教材展示图1所制作的幻灯片（该图让教学难点一目了然，光反应阶段和暗反应阶段的发生部位、条件定性更准确，更有利于难点的突破）引导学生发现，在叶绿体中，光反应阶段的发生部位、条件、物质和能量的变化引导学生发现，在叶绿体中，暗反应阶段的发生部位、条件、物质和能量的变化展示教材中P103页图5-15所制作的幻灯片（强化对光合作用过程的理解，进一步加强图文转换的教学，突破教学难点，也有利于光反应阶段和暗反应阶段的对比）学生找出光反应阶段和暗反应阶段的区别和联系教师引导，进一步形成表格，使知识更加具有系统性。

3.光合作用原理的应用

环境因素对光合作用强度的影响，是第二课时教学中的一个难点，教学策略为：展示本文中全部插图制作的幻灯片，引导学生思考，特别要注意逻辑推理，其一，如果光反应阶段没有光，将会带来什么样的后果（水不能光解[H]不能产生、ATP不能形成暗反应阶段C3不能还原（CH2O）不能生成光合作用停止）？其二，在图中，如果暗反应阶段停止CO2供应，又会带来什么样的后果（C3不能形成（CH2O）同样不能生成光合作用也会停止）？其三，光合作用整个过程中的化学反应，始终都有酶的催化，温度高低同样影响化学反应的进行，同样导致光合作用强度下降，甚至停止。从而认识环境因素对光合作用的影响，通过人工控制环境因素中光照强度、温度、CO2浓度，大棚蔬菜的栽培，要处理好这3个重要的外界因素，才能增加蔬菜的产量。

教材中“探究环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响”实验，特别要注意自变量（光照强弱的控制方法）改变来观察因变量（单位时间内叶片浮起的数量）的变化，并对可能的实验结果作出预测。

4.化能合成作用

本内容较简单，根据教学时间，可安排学生自学，只提出要求：能区别自养生物与异养生物的异同、化能合成作用与光合作用的异同即可。

参考文献

[1]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书：生物·必修1·分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2007.

收稿日期：2011-12-25

作者简介：周大刚，本科，中教一级。

篇3

如何在教学中对学生实施素质教育，以达到培养学生综合能力的目的，是摆在我们每一位生物教育工作者面前的一项重要任务，也是深化生物教学改革的重点课题。本文就讲授“光合作用”一节中进行素质教育的作法谈点体会。

一、利用光合作用发现史，了解科学实验的方法

教材在光合作用一节中首先通过几个经典实验讲述了光合作用发现的过程。教学时，我重点介绍了科学家的实验设计思路和方法。例如，在介绍1880年德国科学家恩吉尔曼用水绵做实验材料进行光合作用的实验时，我简要介绍了水绵的生理特征之后，先请学生自己阅读“实验过程”，然后提出问题：此实验设计的巧妙之处何在？大部分学生都是从实验操作过程上找答案，惟独忽略了“选择实验材料的重要性”这个问题。我就引导学生结合水绵的结构特点：具有细而长的带状叶绿体，叶绿体在细胞中又呈螺旋状分布。想到这样的叶绿体不仅受光面积大，也便于观察、分析和研究，并且强调科学实验材料的选择是实验成败的关键因素之一。联系前不久刚做过的“观察细胞质流动”实验，观察不到细胞质流动的原因，主要是因为实验材料选择不当造成的。这样使学生认识到选择一种理想的实验材料，可以使实验结果明显可靠，也是成功的先决条件。通过这些讲述不仅拓宽了学生的思路，而且使学生清醒地意识到选择实验材料的重要性。

通过启发诱导使学生明确：提出问题创立假设设计实验分析结果再实验再观察，直到找出事物内在的必然联系，这不仅是光合作用发现的基本过程，而且还是生物科学研究的基本过程。从科学的角度看生物学教学的实验，可训练学生的观察能力、思维能力和分析能力，培养学生科学实验的方法，从而达到提高其综合素质的目的。

二、利用色素的提取分离实验，培养学生的动手能力

生物学是一门实验性很强的学科，许多生物学知识都是在实践中得到的。生物学实验课给学生提供了一个很好的实践机会，也是培养他们的探索精神、动手能力的有效渠道。更是落实素质教育的极好时机。如在光合作用中安排的“叶绿体中色素的提取及分离”实验中，毛细吸管划滤液细线不是太粗就是不齐，要不就是把纸划破，直接影响实验效果。后来学生自己想办法，不用毛细吸管，而是把滤纸在铅笔线处折叠，直接在滤液上划。这样的滤液细线不仅细齐，而且沾上的色素多，在滤纸上析出的色素带明显，学生不仅了解了叶绿体中色素的种类及含量，巩固强化了课本知识，更重要的是培养了学生的动手能力、观察能力和思维能力，发展了他们爱科学、学科学、用科学的志趣，提高了他们探索未知世界的勇气，使教学质量明显提高。

三、利用同位素标记法，了解学科间的渗透作用

随着科学的发展和人们研究的深入，各学科之间的联系越来越密切，在教学中客观地把握它们之间的内在联系，不仅可以激发学生学习的热情，提高学生的思维能力，而且能促进知识的发散。生物学的发展与物理、化学的发展关系密切。也正是由于理化知识的介入，才使人们对生命本质的认识深入到分子水平。例如，光合作用关于产物之一的O2究竟来自反应物中的H2O还是CO2，就是利用物理学方法——同位素标记法来解决的。再如，叶绿体中色素的分离是利用化学方法——纸层析法来达到目的的。

另外，在生物教学中我还经常运用哲学原理。哲学似乎与生物学毫不相干，事实上量变与质变、运动与静止、内因与外因、对立与统一辩证的观点在生物学中随处可见。例如，介绍光合作用过程时，我说虽然从新陈代谢的角度看光合作用是一个同化过程，但是其中也伴随着物质和能量释放即异化作用。如暗反应中ATPADP+Pi+能量，我从对立统一规律这一角度介绍说：矛盾是一切事物发展的源泉，世界上任何事物都充满着矛盾。生物体的生命活动正是在物质的合成与分解这对矛盾的对立统一中不断完成新陈代谢等生命活动，实现自我更新的。

这样处理教材的目的是通过教材具体的事例向学生渗透辩证唯物主义的思想。一方面可以加深学生对生物知识及辩证唯物主义的理解，更重要的是有助于学生科学世界观的形成。

四、利用光合作用的意义，对学生进行德育教育

结合生物学教学内容对学生进行思想品德教育，对促进学生全面发展有重要作用。因此，通过一系列德育教育的渗透，可强化对学生的品德素质教育，提高学生的自我修养。生物学教学中存在着许多对学生进行爱国主义教育的珍贵资料和契机。光合作用意义之一是制造有机物。大家知道绿色植物的生存离不开自身通过光合作用制造的有机物；动物的食物都直接或间接来自于光合作用制造的有机物。结合当今世界面临的重大问题，如粮食问题，给学生介绍我国目前粮食的现状。例如，我国的可耕地面积仅占世界的7%，但是需要养活的人口占世界的22%.但是随着生物工程技术的迅猛发展，一大批优质高产农作物相继问世，大大提高了单产量，缓解了粮食危机。光合作用意义之二是转化并储存太阳能。煤炭、石油、天然气等燃料中含有的能量是由古代绿色植物通过光合作用储存起来的，这一问题谈到了化石能源问题。随着经济的高速增长，我国能源承受着巨大压力。美国科学家在1978年成功地培育出能直接生产能源物质的植物新品种——“石油草”，这种植物的茎秆被割开后，就会流出白乳状的液体，经提炼就得到石油。这样不仅开辟了一条开发能源的新途径，还能降低使用煤炭、石油等造成的环境污染。通过上述方法，一方面以危机感来激发学生的爱国热情和报国之志。另一方面也增强了学生学习生物学的兴趣，提高了学生的德育素质，还很好地体现了STS（科学、技术、社会）教育的精神。

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同样是连锁民营文化书店，同样是“书店+咖啡馆+文化用品销售”的模式，光合作用的每一次生死劫，都同样作用于西西弗，为何化合出的却是截然不同的结果？

市场环境不同

光合作用与西西弗的不同境遇，很大程度上与其所选择的城市不无关系。

光合作用书房成立于厦门，2003年之后，光合作用选择了北京这一文化中心作为主要扩张平台。2007―2008年一年的时间中，光合作用在北京接连开出11家连锁店，成为中国民营图书行业的第一品牌。

西西弗书店出生于贵州的革命老区遵义。直到2008年以前，其经营的脚步一直在贵州省内，2008年在重庆开出省外第一家连锁店，其后几年时间内，共在重庆开店四家，在成都连开两店。

不同的市场环境决定了二者在与供应商对话中的不同地位。

以北京市场为例，对于供应商而言，以“悦读”环境为最大卖点的光合作用绝非是唯一或最佳的选择。因此即使在鼎盛时期，光合作用这家曾经的“中国第一民营书店”，在与供应商的关系中也一直并不如外界想象般那样理所当然的强势。

而在一个文化产业相对落后的市场上，西西弗这样一个业态整合者在面对图书供应商时，便有了天生的竞争力。直到今天，西西弗仍是三联、商务、人民文学、外语教学研究出版社、上海世纪集团等出版社在贵州的指定经销商，在局部市场的供应链上取得了自己的话语权。

城市对产业的另一重影响来自天然的成本高度。经济相对欠发达的西部市场上，无论是房租还是人工、物流成本，都比北京、上海等一线城市低得多。此外，在北京这样高度发达的市场上，消费者对于新商业模式或商业活动远没有贵州、重庆等地敏感。以同样的名人签售为例，在重庆市场上举行比在北京能够获得更加热烈的回应。

不领跑的优势

与其他产业不同，对于以文化产品为主营的文化书店，文化上现象与变化对书店的经营都足以产生着微妙而重要的影响。

光合作用摆出领跑的姿态抢滩文化中心北京，传递着其在这场碰撞中对主流文化的坚持。光合对自身的定位是一个能够引导大众读书品味的书店。而西西弗的立场，一直被作为店训，铭刻在书店的生命上：“参与构成本地精神文化，助益人们生活成长事业”。重庆西西弗一位管理人员说，西西弗从来不是文化领导者，而是充分尊重当地文化包括各种流行文化，并把自己变成其中的一部分，其所认同并服务的文化，无关主流或非主流，而是“存在即合理”，是纯粹的城市文化。

这种立场与定位对书店的影响，绝不仅反映在一句标语或口号上。它决定了市场对于一个品牌的接受度，以及书店在与周边业态合作中所处的地位。因此，直接影响着二者的扩张模式。

成为领导者的代价是，光合作用在一个局部市场上必须具备规模优势，而规模却要拿真金白银砸出来。这使得光合作用的资金链一直处于紧张的状态。

而西西弗式的扩张，是立足将自己融入当地文化，变成当地文化的一部分。这种“参与构成本地精神文化”的自我定位，在进军重庆市场时给西西弗带来了极大的助力。作为整个城市文化的一部分，西西弗在房租、位置等方面得到了最大限度的资源支持。

书籍品种的区别

在各方关于光合作用倒闭原因的解读中，各种成本的上涨、利润的下滑被各种业内外人士一再解读与强调，却忽略了其中的另一个重要信息：销售额的大幅下降。

在这个读者抱怨书价飞涨的年代里，光合作用销量究竟因何下降？

电商的冲击固然是重要因素，但最初，光合作用将读者定位为20-40岁的城市精英阶层，试图通过文化的“混搭”锁定更多的人群。然而，读者定位的扩大也带来了图书选择上的困难，尤其在资金链紧张的情况下。

当通俗小说、实用读本和快餐式读物大举登上图书市场上的销售榜单，资金链上时刻传来的饥饿感让光合作用不得不放下曾经对主流学术文化的坚持，从书籍的选择上向草根流行文化妥协，但读者对其却并不买账，对于光合作用书籍品位下降的不满屡见不鲜。

而尽管西西弗店里绝不乏阳春白雪的文字、艺术、哲学等艺术书籍，甚至有些是在当地只有西西弗才有的小众读本，然而，西西弗从未把商业性的休闲或实用书籍排除在自己的书单之外。以学术文化提升品位，以流行畅销书带动销量，这种从最初便作出的对于草根文化的妥协，使西西弗最大化地受益于那场新生手和流行文学迅猛发展的商业文化盛筵。

无力结款便拿不到好书，拿不到好书又直接导致销量下降，资金更加紧张。当供应链上形成了可怕的恶性循环，断裂只是迟早的问题。一组数据或许可以从一个侧面解读这种的差别：截至2011年下半年，西西弗总面积1100平方米，精神资源总数7万余种；光合作用总经营面积5500多平方米，图书品种6万种。西西弗的图书密度，远远高于光合作用。

活动的差异

尽管将流行畅销书摆满了店里最显然的位置，并不代表光合作用从灵魂上真正变成了这种草根文化的代言。如同孙池在面对媒体时，一再坚持“小资只是环境，‘悦读’才是内涵。”

这种对于草根文化的本质立场同样反映在二者的活动差异上。

作为以文化为卖点的书店，各种讲座、沙龙性的活动是光和作用和西西弗共同的推广手段。然而在内容上，光合作用推出的《茶花女》歌剧赏析讲座、《网络时代我们为什么还恋书》主题研讨，日本知名设计师迫庆一郎设计理念分享沙龙……依然流露着浓得放不开的学术情结；而西西弗不仅与林清玄论道，邀刘墉参禅，与光明日报主编辑徐哓谈论《半生为人》，也大张旗鼓地邀请李承鹏、方文山、郭敬明、蔡康永，甚至粹纯的商业偶像明道进行现场签售活动。

当80后甚至90后一代迫切地寻求着属于他们的文化认同感，西西弗便恰好成了那个认同他们也被他们所认同的文化标签。

从阅读到埋单

无论是西西弗还是光合作用，自由开放的舒适阅读环境都是一大卖点。

在光合作用看书，你可以选择站着看，或者把书买下来，带进店里的“悦读咖啡馆”，然后花上十几元钱点一杯饮品，坐下来慢慢“啃”。只有在光合作用买的书才能被带进咖啡馆，否则只有站着或席地而坐。

同样是体验式销售，西西弗做得比光合作用更“绝对”。“背包太沉，存吧；站着太累，坐吧；买了太贵，抄吧；您有意见，提吧。”西西弗的座右铭被黑底白字地醒目张贴在存包处；店内最核心的区域是一个层层叠叠的拱形书廊，其中的书籍并不以销售为导向，中间设一长书桌；从《南方周末》精选的剪报，拼贴出一根根可阅读、有波普风的柱子……这样的西西弗，不再是一个书店，而本身就是一部实体的书籍。

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关健词：生物学 概念

随着时代的进步，科学技术的迅速发展，中学生物学课程在内容和要求上较以前都发生了较大的变化，建立起以“提高全体学生的生物科学素养”为目标，倡导探究性学习，注重与学生现实生活相联系的新一代课程。作为一线的教师，在落实新课程的过程中，也存在着一些困难和挑战。如：课程标准明确提出“倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念”。就概念与核心概念的理解比较模糊和片面，仅仅将概念简单的等同于名词术语或其定义，将概念以孤立名词解释的方式让学生记忆，学生不易构建良好的知识结构框架，容易遗忘，在知识运用和迁移时感到困难。

上述的问题一直困扰着我，听了北京师范大学生命科学院刘恩山教授的《初中生物学重要概念的教学》后，对如何在课堂教学中实现生物学概念的传递有了新的认识。

一、概念是什么

这个问题我们首先要弄清楚，概念是共同有某些特征或属性的事件、物体或现象的抽象概括，是一种由相近、相似的事件、想法、物体或人所组成的集合。作为一个概念，通常包括三个要素：一是概念名词，或者我们称之为概念术语。术语在课堂教学中，我们教师还是习惯这种传递方式来进行生物学包括其他自然科学的概念传递。概念的第二个要素，就是指概念的内涵。概念的内涵关健是在于其揭示了概念的本质属性及其特征，而且是可以较为准确地反映概念的本质。概念的第三个要素就是概念的外延。所谓外延是指具有概念所反映的特有属性或本质属性的对象，通常也称之为概念的适用对象。

二、教学中选择合适的传递概念的方式

生物学概念是生物学课程内容的基本组成，作为生物学概念的传递方式，在课堂教学中有两种传递概念的方式。第一种，也是我们老师在平常的课堂教学中常用的方式，就是使用术语来传递生物学概念。第二种传递形式，就是以一个完整陈述句去表述概念内涵的方式。用描述概念内涵的方式来传递概念，可以更好地针对学生的年龄特点和认知能力来确定概念教学的深度和广度。在初中生物学概念教学中，我们选择传递概念的方式，既要揭示其事实，又要符合学生的接受能力。选择使用术语来传递概念的方式存在很大的风险，学生在理解上可能与你所讲授的概念不真正一至，如“克隆”、“基因”等等这些概念教师只说术语，学生并不知道其真正含义。

三、生物学教学中概念的传递和理解

为了避免上述情况的出现，我们应尽量避免使用专业词汇，将概念与词汇术语分开。比如：“光合作用”这个概念是指绿色植物利用太阳能，也就是光能，把二氧化碳和水分子合成糖（碳水化合物），同时，释放氧气的过程。这一陈述中，“光合作用”就是一个概念，而里面的“实际内容”绿色植物利用太阳能，也就是光能，把二氧化碳和水分子合成糖储存了能量，同时，释放氧气就是此概念的内涵，这一实质适用于植物，这就是它的外延。在实际教学中，我们不直接把此概念告知学生，而是通过几个探究实验，由学生自己总结出“光合作用”的内涵和外延。如：通过“探究绿色植物在光下制造有机物”这个实验，学生得出光合作用的条件是光、产物是淀粉等有机物；通过“探究光合作用的场所是叶绿体”实验，知道光合作用的场所是叶绿体，再结合一些其他实验，最终得出光合作用的内涵以及外延。在此基础上，帮助学生明确到底需要知道什么，理解了什么叫光合作用。这就是采用的第二种传递形式，因为学生对光合作用已经有了很深刻的理解，在此后的教学中，我们就可以以第一种传递方式进行教学了，直接用术语传递。当然，如果直接用第一种方式传递“光合作用”这一生物学概念，那同学们仅仅是把概念作为名词解释去记忆概念，往往会导致学生不求正解，在不理解的基础上死记硬背，成为无意义的学习，只会获得一个无效的言语练习，可能会让学生在后续学习时产生困惑。但是如果两种方式结合传递，概念教学不再是满足于学生知道或记得某个专业词汇的含义，而是意味着课堂教学的重心将是帮助学生深层理解这些概念。

四、如何在教学中有效地传递概念

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一、利用光合作用发现史,了解科学实验的方法

教材在光合作用一节中首先通过几个经典实验讲述了光合作用发现的过程。教学时,我重点介绍了科学家的实验设计思路和方法。例如,在介绍1880年德国科学家恩吉尔曼用水绵做实验材料进行光合作用的实验时,我简要介绍了水绵的生理特征之后,先请学生自己阅读“实验过程”,然后提出问题:此实验设计的巧妙之处在哪里?大部分学生都是从实验操作过程上找答案,惟独忽略了“选择实验材料的重要性”这个问题。我就引导学生结合水绵的结构特点:具有细而长的带状叶绿体,叶绿体在细胞中又呈螺旋状分布。想到这样的叶绿体不仅受光面积大,也便于观察、分析和研究,并且强调科学实验材料的选择是实验成败的关键因素之一。联系前不久刚做过的“观察细胞质流动”实验,观察不到细胞质流动的原因,主要是因为实验材料选择不当造成的。这样使学生认识到选择一种理想的实验材料,可以使实验结果明显可靠,也是成功的先决条件。通过这些讲述不仅拓宽了学生的思路,而且使学生清醒地意识到选择实验材料的重要性。接着提问:恩吉尔曼设计实验步骤时,为何要把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且是黑暗的环境里呢?学生经过讨论,一致认为:排除了氧气和光线的影响,保证实验的顺利进行。为什么要选用极细的光束照射,并且用好氧细菌检测?学生回答:这样能够准确判断水绵细胞中释放氧气的部位。再问:为什么要做黑暗、局部、曝光的对比实验?学生回答:可明确结果全是由光照引起的。这样学生就自然得出氧是叶绿体释放的,叶绿体是光合作用的场所的结论。

通过启发诱导使学生明确:提出问题创立假设设计实验分析结果再实验再观察,直到找出事物内在的必然联系,这不仅是光合作用发现的基本过程,而且还是生物科学研究的基本过程。从科学的角度看生物学教学的实验,可训练学生的观察能力、思维能力和分析能力,培养学生科学实验的方法,从而达到提高其综合素质的目的。

二、利用色素的提取分离实验,培养学生的动手能力

前苏联教育学家苏霍姆林斯基说:“让学生体验到一种自己在亲身参与掌握知识的情感,乃是唤起少年特有的对知识兴趣的重要条件。”而生物学正是一门实验性很强的学科,许多生物学知识都是在实践中得到的。生物学实验课给学生提供了一个很好的实践机会,也是培养他们的探索精神、动手能力的有效渠道。更是落实素质教育的极好时机。如在光合作用中安排的“叶绿体中色素的提取及分离”实验中,毛细吸管划滤液细线不是太粗就是不齐,要不就是把纸划破,直接影响实验效果。后来学生自己想办法,不用毛细吸管,而是把滤纸在铅笔线处折叠,直接在滤液上划。这样的滤液细线不仅细齐,而且沾上的色素多,在滤纸上析出的色素带明显,学生不仅了解了叶绿体中色素的种类及含量,巩固强化了课本知识,更重要的是培养了学生的动手能力、观察能力和思维能力,发展了他们爱科学、学科学、用科学的志趣,提高了他们探索未知世界的勇气,使教学质量明显提高。

三、利用同位素标记法,了解学科间的渗透作用

随着科学的发展和人们研究的深入,各学科之间的联系越来越密切,在教学中客观地把握它们之间的内在联系,不仅可以激发学生学习的热情,提高学生的思维能力,而且能促进知识的发散。生物学的发展与物理、化学的发展关系密切。也正是由于理化知识的介入,才使人们对生命本质的认识深入到分子水平。例如,光合作用关于产物之一的氧究竟来自反应物中的水还是二氧化碳,就是利用物理学方法可―同位素标记法来解决的。再如,叶绿体中色素的分离是利用化学方法――纸层析法来达到目的的。

另外,在生物教学中我还经常运用哲学原理。哲学似乎与生物学毫不相干,事实上量变与质变、运动与静止、内因与外因、对立与统一辩证的观点在生物学中随处可见。例如,介绍光合作用过程时,我说虽然从新陈代谢的角度看光合作用是一个同化过程,但是其中也伴随着物质和能量释放即异化作用。这样处理教材的目的是通过教材其体的事例向学生渗透辩证唯物主义的思想。一方面可以加深学生对生物知识及辩证唯物主义的理解,更重要的是有助于学生科学世界观的形成。

四、利用光合作用的意义,对学生进行德育教育

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——初中科学“研究光合作用的发现过程”教学设计思想*

教学意图

初中科学课程的目标是提高每个学生的科学素养，实验则是培养学生科学素养的重要途径和方法，提出合理的假设、科学地设计实验方案又是实验教学的灵魂所在。让学生自行设计实验，有利于他们提高以思维和创新能力为主的综合能力，接受科学方法的训练。经典实验是学生设计实验方案的优秀范例，科学史中的经典实验设计闪耀着科学家的智慧，体现了科学研究方法，可以让学生受到科学思维方法的熏陶和引导，从模仿创新开始，逐步发展到独立的原创创新，能有效地提高学生提出假设、设计实验的能力。

有关“植物的光合作用”的知识点在初中科学中占相当重要的地位，然而，在教学中，光合作用发现史中精妙绝伦的经典实验却往往被认为只是展示知识的一种形式，它的其他功能却被忽视了。其实，光合作用的发现史不仅展示了知识的发生过程，能帮助学生深刻理解知识、理解科学的本质，还有着更多的教育教学意义：利用科学史的“故事性”，能有效地提高学生的学习兴趣；重温先人勇于探索的过程，能有助于培养学生实事求是的科学态度和坚忍不拔的科学精神；更为有效的是，学生可以从光合作用经典实验中学习到科学家设计实验的智慧，这也是本节课的重中之重。

学情分析

一、学生起点能力

在小学阶段已知道植物能进行光合作用，对光合作用的原料、产物、场所、动力等也有所了解；已经历过科学探究的一般过程；隐性或显性地接触过建立假设等研究方法；隐性或显性地进行过合作交流。

二、学习目标分析

本节课以光合作用发现史中的经典实验为载体，旨在引导学生通过对经典实验的分析，建立光合作用的模型，掌握设计实验的规则，进而能创造性地设计实验进行科学探究，领悟科学精神，提高科学素养。其中，根据J.R.Anderson的AcT理论，有关光合作用的知识属于陈述性知识，设计实验的规则属于程序性知识。

对光合作用、科学探究的一般过程、建立假设等

研究方法及合作交流有初步了解——起点

习得光合作用的原料、产物、场所、动力等，

从而建立模型——使能目标一

分别习得控制实验条件、设置对照实验、

选择实验材料等规则——使能目标二

综合运用实验设计规则，在新情景下

设计实验方案——终点目标

教学目标

一、知识和技能

通过研究经典实验大致认识人类探索光合作用的历程；了解经典实验的方法及结论；能说出光合作用的原料、产物、场所、动力等。

二、过程和方法

体验前人设计实验的技能和思维方式；经历科学探究的一般过程：提出问题建立假设实验探究收集和处理事实得出结论；初步学会合作交流、建立模型、提出假设、控制实验条件、设置对照实验等方法。

三、态度、情感和价值观

领悟“科学知识真实可信，但它不是绝对真理”；激发科学兴趣，感受实事求是的科学态度、坚忍不拔的意志品质；树立“怀疑、创新、进取”的科学精神。

教学准备

一、实验器材

烧杯、金鱼藻等水草、玻璃棒、水、不同瓦数的电灯泡等。

二、多媒体课件及相关设备

用于设置真实的问题情景、展示经典实验过程的多媒体课件；多媒体计算机、视频展示台等设备。

教学过程

一、回顾原有知识，寻找新知识固定点

师：“民以食为天”，动物需要以食物来维持生命，一棵小树长成参天大树，其质量增加几百至几千倍，它的食物是什么呢？

利用多媒体出示一段录像《阳光下的魔术——植物的光合作用》。

【探究式教学应建立在学生已有的探究能力和认知基础上。这里的提问和录像，意在激活、提升学生的原有知识，帮助学生在自己原有的认知图式上建构新的认知结构。】

二、设置问题情境，告知学习目标

师：科学是一门以观察和实验为基础的学科。那么，科学家是怎样设计实验来探索发现光合作用的呢？今天我们要学习、模仿科学家设计实验的方法，争取自己也能创造性地设计实验，探究光合作用的奥秘。

【良好的开端是成功的一半，设置疑难问题引入课题，激发学生的认知冲突，使学生的精神保持亢奋状态，为课堂学习提供良好的心理氛围；通过告知学习目标，让学生意识到学习活动的意义指向，使学习的目标成为一种有力的探究动机。】

三、呈现学习材料，小组合作探究

利用多媒体图文结合逐个展示有关经典实验，引导学生围绕引导性问题进行合作探究（部分探究内容见表1），并将探究结果填入表2。

【初中学生有强烈的好奇心和求知欲，但他们往往只满足于新奇的现象，所以要根据教学内容有计划地设计和展示序列化、分层次的学习目标——引导性问题，为学生探究学习提供“支架”，引导他们定向探究，持久地进行思维活动。

学生在序列化问题的引导下探究分析经典实验，从而“发现”光合作用的原料、产物、场所、动力等知识，这是主动积极、产生式的建构过程，有利于使知识转化为个体内在的认知结构，促进学生对知识的理解和提取；通过系列经典实验的展示和分析，让学生感悟到科学是发展变化的探究过程，不是绝对的真理。

为了让学生习得关于实验设计能力的程序性知识，采用了如下的教学：首先，学生在教师提供的经典实验和有关问题引导下，经过讨论和反馈，逐个“发现”实验设计规则——设置对照实验、排除干扰、控制单一变量、恰当地选择实验材料、显性化实验现象（如，运用老鼠和蜡烛创造条件，使在自然环境中无法观察到的空气成分变化间接地表现出来）等。这是奥苏伯尔同化论中的上位学习的一种形式——从例子到规则的学习，简称例—规法。这是为了使学生的认识从直观到概括、从个别到一般。然后，引导学生将实验设计规则迁移到新的实验情景中去，经过在变化情境中的练习，促进学生对规则的理解和掌握，逐步使各条规则由陈述性知识转化为程序性形式，使相应的规则向办事的技能转化。】

四、归纳习得知识，建立知识模型

师：几代科学家历经200多年，才基本弄清植物光合作用的过程。（利用多媒体展示一植物整体图）请你们归纳以上每个实验的结论，在图中用文字或符号表示出光合作用的原料、产物、场所、动力等。

学生回答结果如图1。

【学生获得知识的标志是大脑中储存和建立了很多准确而又彼此联系的信息网络。本教学环节把光合作用的场所、条件、产物、原料等分散的知识整合成一个整体并表示出它们的关系，还应用表象策略，把言语信息集合到学生熟悉的植物图片模型上，让学生通过双重编码形成模型，将新接受的信息与大脑中原有的信息紧密联系，建构成新的认知体系，促进知识的理解、记忆和提取。】

五、综合应用规则，设计实验方案

师：在20世纪，至少有6次有关光合作用的研究成果荣获诺贝尔奖。探索并没有结束，希望你也能参加到科学研究中来！现在请同学们运用实验设计规则，探究一个真实问题：

小明妈妈从水族馆买回来几棵水草，让小明放在水族箱内，说这样水中会有较多的氧气让鱼儿呼吸。爱动脑筋的小明想让这几棵水草释放出更多的氧气。你能想办法让水草释放出更多的氧气吗？你可以设计实验来证明你的想法吗？请你用图片或文字来表达自己的实验设计。

用多媒体图文结合展示这个应用性问题后，将实验装置（如图2）放在视频展示台上展示，引导学生观察植物“冒气泡”。然后，学生分小组讨论实验设计方案，各组用视频展示台展示自己的实验设计方案，和全班同学辩论、交流。

【学生掌握智慧技能的行为指标是看他们能否在实际情境中应用规则做事，而不是能否陈述规则。所以，需要引导学生将实验设计规则独立地应用于解决新问题，促使智慧技能达到自动化。这个探究活动要求学生进行综合、归纳、创造性的思维活动，这属于信息加工阶段，它有利于启动学生的大脑内化力、培养学生创造能力。例如：有的学生在设计实验时，提出将适量的雪碧倒入水中，以增加水中的二氧化碳，促进水草光合作用；还有的学生提出光的波长也会影响光合作用的效果……学生的思维被激活，创造的火花可见一斑。在选题方面，充分考虑了教学任务的情境性和真实性。“怎样才能增强水草的光合作用”是生活中的实际问题，因而成为开展探究式教学的有效切入点。】

六、课后继续探究

师：叶脉是运输水的结构，你能根据这个实验原理，设计实验证明水是光合作用的原料吗？你也可以设计实验探索其他问题。

【加涅认为学生学习的结果能使其才能发生相对持久的变化，而设计实验方案又是高级的智慧技能，需要组合若干规则解决复杂问题，学生不是一朝一夕就能掌握的，需要多次进行变换情景练习才能逐步达到自动执行的程度。】

教学反思

一、探究课要以具体的知识为载体，以真正理解并学以致用为中心目标

本课是一节探究式教学课。在这节课中，学生以光合作用发现史为探究的载体，以真实的问题情境作为探究的背景，以真正理解实验设计策略并学以致用为中心目标。

科学探究必须以具体的知识为载体，它不能独立于具体知识之外。本活动以光合作用发现史为知识载体，引导学生沿着光合作用发现的历史线索，从古希腊亚里士多德1629年海尔蒙特1771年（光合作用年）普利斯特利1779年英格豪斯1864年萨克斯1880年恩吉尔曼……通过分析系列经典实验得出植物光合作用的原料、产物、场所、动力，并用表格一一总结，然后通过归纳，抽象出光合作用模型，从而为学生提出假设和设计实验提供相关的基础知识。

设计真实的问题情景。探究“怎样才能增强水草的光合作用”这个真实的问题，将科学概念与生活现实相联系，体现“从生活走向科学，从科学走向生活”，使学生对所学知识有亲切感。心理学研究表明，当外部刺激引起主体的情感活动时，就更容易成为注意的中心，有利于培养学生探索的兴趣，从而强化理解和记忆。

“真正理解并学以致用”是整节课的中心目标。首先，教师介绍体现了理性之美的经典实验，为学生提供典型的榜样和范例，引导学生对实验现象进行科学推理，培养思维的缜密性，并引导学生从经典实验中挖掘、学习科学巨匠独到的科学思想和科学方法；为了有利于学生真正理解实验设计方法，采用“螺旋式教学法”——海尔蒙特实验的排除干扰因素、普利斯特利实验的排除干扰因素和设置对照实验、英格豪斯实验的控制单一变量和设置对照实验、恩吉尔曼实验的巧妙选材以及创造条件显性化实验现象等，使学生在课堂中多次接触具有启发性的实验设计方法。然后，通过开放的发散思维建立假设，综合所学的知识和技能当堂模仿设计并实践探究实验，有助于学生“学以致用”。

二、现代教学手段有效地辅助探究活动

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绿叶海蛞蝓生活在美国大西洋沿岸，体形娇小，只有1～3厘米长，身体呈凝胶般的半透明状，通体翠绿，看上去就像一片美丽的叶子。它们从海藻中获得叶绿体，储存在内脏细胞里，内脏细胞遍布整个身体，形成能获得阳光照射的最大面积。不过，对于绿叶海蛞蝓来说，要将动物进行光合作用的本领发挥到极致，仅仅从形态上做到完美还不够，它们的生存策略还包括：将藻类的叶绿体“劫”为己有。它们是怎样做到的呢？

研究人员注意到，只要连续进食两周海藻，幼年的海蛞蝓就可以完全依靠光合作用生活10个月，在此期间它们不再进食。这就出现了一个疑问：当叶绿体存在于一个动物的细胞中时，已经遗失了维持叶绿体工作的蛋白质，叶绿体是如何继续工作的呢？研究人员将注意力转移到海蛞蝓的DNA上，结果发现，有一种和藻类基因排列相同的基因组存在，表明绿叶海蛞蝓有可能从海藻那里取走了相应的基因。进一步研究发现，海蛞蝓在进食藻类时，除了摄入叶绿体，同时还摄入了藻类的基因，后者与海蛞蝓的基因合并，产生了能使海蛞蝓自己维持叶绿体工作的蛋白质（这种蛋白质要靠藻类的基因编码才能产生）。甚至还有一种观点认为，是绿叶海蛞蝓体内的一种病毒将藻类的DNA运送到了海蛞蝓的细胞中。

各种实验结果都指向一种可能：绿叶海蛞蝓在获取海藻细胞叶绿体的同时，还“盗取”了海藻细胞中维持叶绿体运转的基因。研究员还在绿叶海蛞蝓的生殖细胞中发现了这种被“盗取”的基因，这意味着维持叶绿体功能的能力可以传给下一代，只要这些后代吃进足够多的叶绿体，就能开始光合作用了。在自然界中，像这样在两个不同物种间进行横向基因转移的现象是极为罕见的。

就当今的基因工程而言，要将维持叶绿体活性所需的基因全部植入动物基因组中是相当困难的，但如果将一整个植物细胞都植入动物的细胞中去，所需的基因修补物质则会少很多。这或许解释了为什么绝大多数能进行光合作用的动物都选择将整个共生藻细胞储存在自己的细胞中，而不像绿叶海蛞蝓那样费力地去“盗取”叶绿体的原因。绿叶海蛞蝓的成功，证明它在进化的历程中已经领先了一大步。

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【关键词】初中生物 概念教学 方法 教学质量

概念是指以最简洁的语言概括事物的本质属性。生物学概念是反映生命现象和生命活动规律的本质属性，是对生物的结构、生理乃至一切生命现象、原理及规律的阐述。生物学概念是生物学的基础，也是中学生物教学的重点、难点。搞好生物学概念教学是中学生物教学成功的关键。下面就如何提高概念教学的有效性谈我的做法和体会。

一、明确概念的内涵和外延，全面分析概念

概念是由内涵和外延组成的，它们是概念所具有的基本特征。也是教师所要讲的内容。什么是内涵呢？生物概念的内涵是指反映生命现象和生命活动规律的本质特征。什么是外延呢？外延是指内涵所适用的范围和条件，是生物概念反映的总和。例如，“胚”的概念是：种子中的胚芽、胚轴、胚根、子叶构成的整体，叫做胚。胚是新植物体的幼体。是种子中的主要部分。（人教社版，初中生物第一册（上））其中“胚芽、胚轴、胚根、子叶”是概念的内涵，它们反映了胚的结构的本质特征。“种子”，“新植物体的幼体”是从位置和功能上反映了胚的属性，因此，是概念的外延。由于概念的内涵和外延是从不同的方面反映了同一事物特有的本质。教师只有明确了概念的内涵和外延，并对概念做全面的分析，才能在教学中准确地揭示概念的内涵，明确外延。做到概念讲解确切，重点突出，条理清楚，使学生能顺利地形成概念。概念做为思维的基本单位，只有当学生掌握它后，才能对生物学知识进行判断和推理，才能正确地进行思维，并清晰、正确地表达生物学思想。

二、针对不同的概念，精心选择教学方法

生物学的概念繁多，由于生物学概念的特征，内容不同，彼此之间的联系和关系纵横交错，因此，教师只有根据不同的生物学概念，选择合理的教学方法才能讲好生物学的概念。针对不同的生物学概念常选用的教学方法有以下几种：

（一）讲述法，课本概念，逐词逐句挖掘，得到条理化、生成性的信息

概念是由词语表达的，通常也是经过词语传递，使他人接受并理解。讲述法就是运用准确、形象的词语，进行概念的讲析。运用讲述法讲好概念最重要的是要做到：确切、透彻、重点突出。怎样才能做到呢？在概念的内涵和外延中有些词语是反映了事物最本质的特征，抓住了这些重点语词就能做到上述的几点。例如：在讲解“酶”的概念时，抓住“活”，“催化”，“蛋白质”，“高效性”，“专一性”，“多样性”这些重点词语，并再通过一些实例进行讲析，就能使讲析确切，透彻，重点突出，使学生容易掌握并理解酶的概念。一般地讲，讲述法适用于各种概念的讲解。

（二）直观图像介绍抽象概念：

有心理学家证明，人的学习83%通过视觉，11%通过听觉，3.5%通过嗅觉，1.5%通过触觉，1%通过味觉，由此可见直观的重要性。在进行生物学概念的讲解中，常适当地运用演示实验、挂图、板画、模型、幻灯、投影、录像、电影及计算机等教学手段，能够较好地调动学生的视、听器官的活动，使抽象的概念形象化，以增强学生对所学的生物概念识记的巩固性和持久性，同时，还能激发学生的学习积极性及培养他们的观察力，思维力、想象力。例如在讲解直系血亲和旁系血亲的概念时，可以画一张世代关系示意图，在这张图中，以自己为中心在中主轴上的纵向的一列亲属为直系血亲，而中主轴亲属以外的旁支亲属都是旁系血亲。同样的例子还有如；主动运输、原生质层、反馈调节、顶端优势、反射弧、兴奋传导和传递、基因、基因工程、内环境、体液免疫等等。

（三）通俗类比介绍陌生概念

将陌生概念与学生自身熟知的事物和生活体验通过类比，建立适当的联系，如果运用到教学中，这种联系可以促进学生对新概念认知的内化。因为无论是细胞、器官、生物体，还是机器、楼房、人类社会，各系统都具有一定程度的可比性，所以类比法在概念讲解中有着广泛运用。例如；将密码子比作电影院的座位号，大人（tRNA）凭着电影票（反密码子）找到正确的座位（碱基互补配对），然后将带来的小孩（氨基酸）放到座位上，最后小孩手拉手（脱水缩合）形成肽链，这样的讲解不仅让学生深刻理解了密码子和反密码子的作用，还加深了对蛋白质合成中的翻译过程的认识。还有在免疫教学中，将骨髓比作士兵的摇篮，胸腺比作训练的场地，脾脏比作血液过滤器，淋巴结比作杀敌的战场等等。

三、找出关键词，剖析概念

一个完整的概念，往往是由几个要素构成，引导学生把它的几个要素找出来，解剖要素并把各要素关键词串联起来，就会形成一个简化的概念。如，光合作用概念中关键词为“绿色植物”、“叶绿体”、“光能”、“二氧化碳和水”、“有机物、氧气”在此基础上进一步分析关键词分别代表的内容。“绿色植物”是光合作用的适用范围；“叶绿体”是光合作用的场所；“光能”是光合作用的条件；“二氧化碳和水” 是光合作用的原料；“有机物、氧气”是光合作用的产物。

四、充分利用感性材料，使抽象的概念具体化

概念是抽象的，是用语言文字叙述的，学生理解起来比较困难，概念的获得有赖于感性材料和经验，如果学习缺乏一定的感性材料或经验的支持，容易使学生死背定义而未能理解和掌握其真正涵义。前苏联心理学家鲁宾斯坦说：“任何思维，不论它是多么抽象多么理论的，都是从分析经验材料开始，而不可能是从任何其他东西开始的。”这里所说的经验材料，主要是感性材料。总之感性材料越丰富、越全面，概念掌握越准确。例如“应激性”的教学，先演示盆栽植物含羞草，让同学亲自触摸，观察含羞草叶的反应状况；让学生自己观察草履虫在显微镜下，滴加NaCl溶液后它的运动方向；通过学生做实验亲自体验了这两个现象后，再引导学生自己总结，并对概念下定义，这样能让学生从不懂到懂，深刻理解概念。

【参考文献】

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关键词：生物学概念 教学 策略

中职生物学概念较多，是中职生物学教学的重点、难点。正确的生物学概念，既是生物学知识的组成部分，又可为获得更系统的生物学知识奠定基础。传统的概念教学就是教师讲、学生背的过程。新型的概念教学不仅仅是让学生学习、掌握了某个概念，更重要的是通过概念的学习，培养和提高学生的学习能力。在教学过程中，教师可以根据不同的教学内容以及学生的不同认知情况，采取不同的教学组织方式来实现概念教学。

一、抓住关键字、词，理解概念的内涵和外延

生物概念是用简练的语言高度概括出来的，其中每一个字、词，每一句话、每一个注释都是经过认真推敲并有其特定的意义，以保证概念的完整性和科学性。在教学概念时，教师可指导学生自己分析概念，并从关键性字词入手学习。这样的学习过程学生不仅强化了概念，有利于加深对概念的理解，而且提高了学生对文字的处理和分析能力。如学习光合作用的概念时，书上给出的定义是：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。教师可以先让学生讨论，找出关键字词，从中概括出进行光合作用的场所、条件、原料、产物。再引导学生进一步了解光合作用的探究历程和具体的两个阶段。

又如，酶的概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。“活细胞产生”“催化作用”“有机物”是酶概念的内涵，体现了酶的本质属性：只有活细胞（又指全体活细胞）能产生与无机化学催化剂功能相同的有机物。“蛋白质”“RNA”从化学成分上界定了酶的范围（酶一般为蛋白质，RNA也能起到酶的作用），这是概念的外延。一个基本概念一般由“内涵”和 “外延”两个部分组成。在这样的概念讨论学习中，教师不但让学生自己建立清晰的概念，同时也引导学生理解掌握概念的内涵和外延，也适时地培养了学生的分析、思维能力，提高学生的学习能力。

二、重视相似概念的辨析、比较，把握概念之间的本质区别

在学习过程中，我们会遇到很多概念，致使我们在学习时易混淆不清，在运用时产生错误的理解，或把一个概念的某些属性运用到另一个概念中去。因此，在学习时要运用辨析、比较的方法区别易混淆的概念，通过列表格等方式对相关概念进行比较和联系，找出概念之间的本质属性，区别概念之间的差异以达到对概念的正确理解和区别。由于表达概念的词语基本相同（如生长素与生长激素），或内容上有共同的因素（如半透膜与选择透过性膜）。例如：生长素与生长激素，可从它们产生的部位、化学本质以及生理功能等方面进行比较，生长激素是由动物的脑垂体前叶分泌的一种动物激素，其化学本质是蛋白质，具有促进生长的作用，主要是促进蛋白质的合成和骨的生长；生长素是由植物体的特定部位产生的一种植物激素，其化学本质是吲哚乙酸，具有促进和抑制植物生长的双重作用。又如：半透膜与选择透过性膜进行概念教学时，半透膜是指一些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性薄膜，如猪肠衣、鸡卵的卵壳膜、离体的膀胱膜、蚕豆种皮、青蛙皮等。根据半透膜是否具有生命现象可分为生物膜和非生物膜。选择性透过膜是具有活性的生物膜，它对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性，如细胞膜。因此，具有选择透过性的膜必然具有半透性，而具有半透性的膜不一定具有选择性透过，活性的生物膜才具有选择透过性，从而使这两个概念的区别一目了然。在生物学中，还有很多概念属于这种情况，如反射和应激性、先天性疾病和遗传病、性激素和性外激素等等，均可用比较法进行学习、巩固。

三、运用归纳、整理法，构建知识体系

在中职生物教学中，许多章节都涉及到大量的概念。在复习教学中，教师及时指导学生建立一些相关概念的连接，使概念清晰化和系统化，可以将零散的知识系统地构建成一个知识网络，对知识进行全面巩固，能更好地组织和呈现教学内容，能更有效地监控自己的教学过程，从而提高教学效果。