备课素材：探究光照强度对光合作用强度的影响数字化实验教学-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

探究光照强度对光合作用强度的影响数字化实验教学 教材与学情分析 “探究光照强度对光合作用强度的影响”为人教版高中«生物学·必修１·分子与细胞»第５章第４节“光合作用与能量转化”中的探究·实践实验之一,要求学生利用“小圆片上浮法”探究不同光照强度对光合作用强度的影响。虽然学生已经掌握了一些基本的实验设计原则和方法,但是在实际操作过程中仍然存在着很多问题。 如:利用打孔方法获得叶圆片容易破坏叶片,真空渗水法排出叶肉细胞间隙气体较难操作,通过肉眼记录相同时间内小圆片上浮数量存在误差,教材中推荐使用的５WLED台灯功率较低,无法短时间内观察到明显现象等。 上述问题使本实验仅停留在定性实验层面,不能很直观地展示光合作用强度随着光照强度的变化而变化情况. 改进与创新策略 基于以上问题并结合数字化实验系统的应用,对原实验材料、光源、实验装置、检测手段等进行了改进和创新. 2.1 材料改进 原实验通过测量单位时间内小圆片上浮的数量或者比较等量的小圆片全部上浮所用的时间,从而间接反映不同光照强度下对应的光合作用强度,笔者将其改为利用整颗水培绿萝进行实验,通过测量整个装置中实验前后的气体变化量,来反映光合作用强度变化情况.这样的操作既排除了因打孔造成的误差,也让实验材料简单易得,而且利用自来水或者凉白开水培绿萝,在一定程度上,减弱了土培绿植中土壤微生物因分解作用而造成的干扰,使实验结果更可靠. 2.2 光源改进 用３条相同瓦数的LED灯带及可独立控制的开关系统,通过开一盏灯、两盏灯和三盏灯来调节光照强度,替代原实验调节光照强度的操作.改进后操作更加方便、科学,进而得出科学的实验结果.本实验利用数字化设备———光照强度传感器测量开一盏灯、两盏灯和三盏灯时的光照强度,让原本的定性研究转变成定量研究,精准、可视化和动态化地呈现实验结果. 2.3 自制光合作用箱 利用身边常见的泡沫箱自制光合作用箱1.0.在预实验的过程中发现装置内温度会随着时间的推移出现上升的现象,经过在装置中加装注水水槽等改良,最终完成光合作用箱2.0制作.最终的实验装置易制作、环保、便于携带且实验现象明显. 2.4 检测手段创新 在传统实验过程中嵌入数字化设备和系统,通过利用氧气、温度、光照强度传感器和其他计算机设备和系统,科学定量地对实验过程中涉及的数据进行检测,变原来的定性实验为定量实验,提高了实验数据的准确性、科学性以及结果的可视化程度. 实验材料与器材 长势和生理状况基本相同的水培绿萝，质量分数为2%的NaHCO3溶液，自制光合作用箱LED 灯带及独立开关控制系统，光照强度传感器光合作用有效辐射计 PAR-BTA),氧气传感器，-BTA),表面温度传感器(STS-BTA)等。 实验操作 (1)将长势和生理状况相似的绿萝放入盛有2%的 NaHCO3溶液的烧杯中，放入光合作用箱按要求组装好各种传感器及检测设备。 (2)不打开灯带,持续10分钟,记录光合作用箱内的光照强度、温度和氧气浓度变化情况;打开戋 LED 灯带,持续10 分钟,记录对应的光照强度、温度和装置内的氧气浓度变化;按上述操作完成打开两盏、三盏 LED 灯带实验。 (3)将所得数据进行统计,分析数据得出结果。 实验结果及分析 实验过程中测定的光照强度和光合作用强度(以单位时间内装置内的氧气浓度变化量为指标)的数值如表所示,以光照强度为横坐标,装置内氧气产生速率为纵坐标绘制坐标图.结合图表可以直观地看出,在一定光照强度范围内,随着光照强度的增加,绿萝的光合作用速率也在不断增加。 该实验结论与教材提供的实验方法的结论一致,因此改进后的实验装置既能保证实验结果的准确性,又能简化实验操作步骤,提高实验的可操作性.与教材提供的装置比较,改进后的装置具有的优势不再阐述. 本实验除简化实验装置并达成实验目的外,实现了废物利用,培养了学生的环保意识.光合作用箱升级过程中降温水槽的设计和添加,更能体现学生能够基于真实情境,针对问题,运用跨学科知识,解决实际问题的综合能力,提升了学生的素养.定性实验转变为定量实验,除提高实验结果的准确性、科学性外,更有利于学生对获得数据进行分析等科学探究、科学思维能力的培养. 将信息技术与日常教学相互融合,在一定程度上能够帮助学生自主构建知识体系,发展高阶思维,让学生在宏观中辨识现象、微观中探究分析本质,提升宏观辨识与微观探析的学科核心素养.巧用数字化技术,利用数字化传感器将抽象的概念用实验现象、图形、数据、曲线等具体化,使微观现象可视化,便于学生理解所学知识。 学科网（北京）股份有限公司 $$