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在教學過程中常見學生對植物的「吸氣」、「呼氣」有許多迷思概念,最常見的是:(1)植物白天進行光合作用,晚上進行呼吸作用(植物白天進行光合作用,但不進行呼吸作用,植物也有呼吸作用但只在夜間進行)。或(2)植物的呼吸作用在白天和晚上是不一樣的,白天吸收二氧化碳、吐出氧,晚上吸收氧、吐出二氧化碳。

這兩個迷思概念常被做成選擇題的選項來考,如:

以下關於植物的代謝作用何者正確? A 葉片只能進行光合作用,不會進行呼吸作用 B 植物在白天只進行光合作用不會進行呼吸作用 C 植物的呼吸作用是:白天吸收二氧化碳、吐出氧,晚上吸收氧、吐出二氧化碳 D葉片在白天時光合作用是出的氣體多於呼吸作用(答案D)。

但評量只能用來診斷學生是否確有這些迷思概念,無法幫助學生澄清既有想法,建構正確概念。這次我嘗試利用情境題目來前測學生的迷思概念,再以教學方法協助學生澄清並建構正確概念。課程設計及教學過程如下:

一、先以情境題進行前測

(一)情境題一:

如果用兩個透明杯子分別放入葉片,一組放在日光下(A),一組用紙箱或鋁箔紙包住隔絕光線(B)(如下圖)

一小時後,將點燃的線香放入杯,則:

1.當線香放入A杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?

2.當線香放入中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?

(二)、情境題理念說明:

B杯的設計是---白天時,使葉片處於無光(無法進行光合作用)的情形下,若葉片仍有排出氣體,則表示葉片在白天時,有在進行光合作用以外的其他作用──呼吸作用,而其排出的氣體(二氧化碳)即為呼吸作用釋出產生的氣體。用意在幫助學生澄清:「植物白天進行光合作用,但不進行呼吸作用」的錯誤觀念。A、B組同時討論後可幫助學生澄清:「植物的呼吸作用在白天是吸收二氧化碳、吐出氧」的錯誤觀念。

(三)、學生的反應分析:

1、多數組對第一題都能很快答出「繼續燃燒,因為葉片會行光合作用放出氧氣。」,可見得學生對「葉片會行光合作用放出氧氣」這個概念是很清楚的。但是第二題時就出現一些爭議了,討論情形如下:

(1)部分學生答:「會繼續燃燒,因為葉片會行光合作用…」,不過這個答案很快被其他學生糾正:「沒有光不會光合作用啦….」,表示學生已具有「光合作用需要光這個概念」。

(2)多數學生答:「會熄滅,因為葉片不會行光合作用,所以沒有氧氣…」,此答案仍以光合作用的有無來判斷,為了瞭解學生對植物呼吸作用的既存概念,於是我提出:「原來燒杯中有沒有氧氣呢?」,這時學生想到「燒杯中原來是有氧氣」,於是又修正答案變成「燃燒一下子又熄滅了,因為氧氣被燒完了…」。從這些討論中可看出學生完全沒有「葉片會進行呼吸作用用掉氧氣」的想法;於是我又提出「植物除了光合作用外有沒有其他代謝作用會吸入或釋出氣體?」,學生才想到:「葉片會進行呼吸作用」,但又有學生問:「葉片進行呼吸作用也是吸入氧氣呼出二氧化碳嗎?」,此時可看出學生對植物的呼吸作用概念並不明確,所以我補充說明:「植物的呼吸作用和動物一樣,這點我們以後會用實驗來證明」,於是學生將答案修正成:「黑暗中葉片會進行呼吸作用,用掉氧氣呼出二氧化碳,所以線香會熄滅….」,總算接近原先設定的答案了!

接著我們將此題轉換為情境題二:

(一)、情境題二:

如果有和上述相同的兩組裝備,但檢測時間是在晚上,a組以日光燈照射,b組仍以鋁箔紙覆蓋,則:

3.當線香放入a杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?

4.當線香放入b杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?

(二)、情境題理念說明:

情境題二的目的是要澄清學生「植物白天進行光合作用,晚上進行呼吸作用」的迷思概念,希望建構「光合作用決定於有無光線而非日間或夜間」,「在有光時植物釋出的氣體主要來自光合作用的產物,而非呼吸作用」,「植物的呼吸作用在日間和夜間都一樣是吸入氧氣呼出二氧化碳」。

(三)、學生的反應分析:

(1)多數學生答:「熄滅,因為黑暗中葉片會進行呼吸作用釋放出二氧化碳」:經過前面的討論後,第4題的答案較統一無爭議。

而第3題的答案則較分歧,如:

(2)有學生答:「會熄滅,因為晚上不會進行光合作用…」,這表示學生還是以白天或晚上而非以有光或無光來判斷會不會進行光合作用。

(3)另有學生提出:「熄滅,因為只有日光燈而沒有日光,葉片不會進行光合作用而會進行呼吸作用,釋放出二氧化碳」,這位學生認為「光合作用需要日光….」,但是題目中是「日光燈」影響了他的作答,這是題目資訊較不週全的地方,於是我補充:「日光燈也可以使植物進行光合作用,但是效率較差…」,於是學生獲得「會繼續燃燒,因為夜間照光時,植物也會進行光合作用釋出氧氣」的共識。

※迷思概念之二---「植物各部位呼氣的比較」

學生具有呼吸相關的直接經驗主要來自自身的「呼吸運動」,學生易認:植物行呼吸作用也和動物一樣,有呼吸器官進行吸氣和吐氣。而由於課本在介紹葉片的構造與功能時,會強調葉片具有氣孔,氣孔是氣體進出的孔道,學生很容易產生「氣體進出植物體要有特殊的孔道──氣孔或氣孔是植物的呼吸器官」的連結,所以會誤認為沒有氣孔即沒有氣體進出,也就是沒有呼吸作用,出現:植物只有葉子(有氣孔)會進行呼吸作用(吸氣、呼氣),其餘部位不會的迷思概念。

(一)、情境題三

如果用兩個透明密閉杯子分別裝入紫色野牡丹的葉子(A)和花(B),放在日光下(如下圖),

一小時後用點燃的線香放入杯中,則:

1.當線香放入A杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?

2.當線香放入B杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?

(二)、情境題三理念說明:

此題的目的是要用實例來強化「所有細胞都會進行呼吸作用」這個事實,並檢測學生對植物對各部位進行呼吸作用的既有想法。

(三)學生的反應分析:

(1) 第1題因為和情境題一相同,所以學生的回答都是:「繼續燃燒,因為葉片會行光合作用放出氧氣。」

但的2題就出現較多激蕩澄清的過程,如:

(2)有學生說:「B有光合作用…」,其他學生會糾正說:「應該沒有光合作用,它又沒有葉綠體….」(這裡可看出學生有光合作用需要葉綠體的概念),又有學生說:「它會呼吸作用嗎?」,然後很多學生開始說:「不會吧!又沒有氣孔….」、也有人說:「會啦,它有細胞…」,最後更出現:「會啦,它有粒線體…」,所以經由討論後,學生終於確認最終的答案為:「會熄滅,因為花會呼吸作用用掉氧氣釋出二氧化碳…」。

心得

採用小組討論發表的方式比選擇題方式更能檢視學生迷思概念所在,而且透過討論,學生能在互有衝突矛盾的意見中澄清既有概念,有助於之後的教學,老師可依據前測中的發現引導、協助學生建構出正確的概念。

但是我還想不出較好的方式能讓學生體會:植物在白天時同時有呼吸作用和光合作用,只是光合作用大於呼吸作用,所以能測到"釋出氧氣"的結果。不知老師們有無較好的建議!

故事是這樣開始的… 
用鋁箔紙包在葉片遮光以證明「光合作用需要光」,這是中華民國國中生物科最經典、最普遍、最長壽的實驗;沒有任何一版本錯過這個實驗,大家都那樣做,根本不必做就知道結果了!近幾年有人開始搞怪---除了用底片在葉片上出現人像外(阿簡),有些人開始用貼紙代替鋁箔紙。我覺得用貼紙也不錯:貼得牢、圖樣有變化,所以今年我也用數字貼紙,新加入的怡伶老師也是用貼紙。有天怡伶老師拿著做過測定的葉片來找我說:老師,我用數字貼紙出現很怪的結果:有貼貼紙的地方竟然出現藍黑色(應該是黃褐---沒澱粉)….,我一聽大樂,因為前年阿簡老師也出現過類似的靈異現象,現在又重複出現(而且出現率約40%),這絕非巧合,一定有鬼,決定來抓鬼了…就這樣我成了怡伶老師的助手一起來抓鬼 
R G B + 黑…. 
於是我們選擇了各色貼紙(RGB+黑)貼在同一葉片上,每天去摘葉片來測澱粉,猜猜看結果如何?的13.14天….出現…..靈異現象了!!
從結果來看可排除:1、「澱粉是從葉片其他部位運輸至此儲存」 (好像文蘭老師在50屆科展就是做此假設) 2、「葉子背面未貼貼紙,葉背照到日光而行光合作用」的可能性。推論是:紅色貼紙可透光,而且此光的波長和強度足可使葉片進行光合作用
做色光實驗只能用LED,不能用貼紙?玻璃紙? 
從上一個實驗知道這一定和透光有關,但到底透什麼光?強度是多少呢?而藍、綠貼紙為何不行?這問題就牽涉到色光對光合作用的影響了,一想到色光腦中馬上浮現「玻璃紙透過的非單一色光不能拿來做色光的實驗」,歷年凡是拿玻璃紙稿色光的準死無疑,最少要用LED燈;於是我們也去試了LED燈,但要有足夠的光使大量的咸豐草進行光合作用,需要很多LED燈,這超出我們「一件科展作品最多能報2000元經費」的預算,更重要的是:我認為科展不該搞成平常教學或研究無法做到的!於是我們開始尋找可能的方式。正好打聽到宜大生物機電系有在用LED燈進行植物培養(植物工廠)的研究,所以想去借用!到了宜大後發現他們有兩個我們做夢都不敢想的儀器---光譜儀和LED燈培養箱;光譜儀可以測出貼紙玻璃紙…所透的光的強度和波長,培養箱有紅藍LED燈可以讓植物進行光合作用;我們先借用光譜儀測出所有貼紙的透光率及波長,發現紅玻璃紙貼紙都只透紅光,基本上這就是單一色光了!如果用貼紙也可以達到單一色光的效能,為什麼我要用國中根本沒有的培養箱?而且培養箱還要開空調…很耗電的!
於是我們就用紅貼紙來做實驗了!
逐日記錄記錄出的新問題 由於上個實驗是在貼貼紙後的13.14天才出現藍黑色,我們想應該和貼的天數有關,於是進行逐日記錄,結果如圖,這其中有3個新問題:
1、在第6~8天出現澱粉,第9~11天澱粉消失,第12~14天澱粉又出現;呈「藍綠-黃褐-藍綠」現象。 
2、紅貼紙區的藍黑色比照光區更深;
3、有些葉片出現正面(上表皮那面)為藍黑色,背面是黃褐色的現象。
第一點解答了為什麼有些老師用一樣的方法、一樣的植物卻沒找到靈異現象的原因!關於第1、2個問題,我們絞盡腦汁反覆做推論、推翻自己的推論、又另起爐灶….終於在一次監考中想通了:用以下表格及圖解釋(詳情請聽學生解說):
於是綜合所有實驗我們做了第五個實驗   
終結者---光的強度與光合作用產物的累積、運輸
終於來到做終結的時候---把我們前面發現的光強度、藍黑、黃褐變化的種種推論用一個實驗來驗證。實驗5的設計如圖,這樣的操作變因看起來是單純的「紅光強度對光合作用速率的影響」,但在側應變變因時,我們加入了3個變化,以探討不同的變因,結果如圖;
1、 逐日記錄顏色---這是要看我們原先的推論:顏色其實只是相對比較的結果:弱紅光區其實一直有在進行光合作用,只是因量較少所以開始時看起來是黃褐色。我們的另一個推論「弱紅光區逐日累積,而強光區會運輸到根、莖,葉內只累積固定的量」,所以時間久了之後,會變成「弱紅光區比強光區顏色還深」的效果,這在第5天時得到証實。
2、 觀察紀錄5:30與9:00的差異---這個設計一則可以證實:顏色是相對比較的結果,一則可以說明:強光區的產物會運輸到根、莖儲存,而當天只儲存某固定量的說法。
3、 觀察紀錄葉片正面和被面澱粉反應的差異:因為在實驗二中出現:「葉片正面(上表皮那面)為藍黑色,背面是黃褐色」的現象,我們認為弱光區光合作用產物少,所以事先儲存在柵狀組織再儲存至海綿組織,這現象如果能在後面的實驗中重複出現,這論點就應該可以成立了。果真如此而且竟然要5天後背面才出現!
靈異事件其實很科學 
教學多年來一直碰到「光合作用的產物」這個實驗結果歧異度很大的問題:如整片葉子都是黃褐色或整片都是藍黑色,現在甚至出現---原本應該黃褐色的部分反而出現藍黑色;其實我們在網路上也發現別的學校也有類似情形,只是大家都習慣以天氣因素、沒包好…等理由來解釋,但經過這次探究後,我們發現其實沒有那麼多靈異事件,一切都在科學原理下運作呀! 
這是我要的科展,我要把它變成科學探究課程 
雖然這個作品在縣內只獲得第二名,但探究的過程我非常喜歡,尤其能有老師一起討論一起解決問題是很棒的經驗,學生也覺得沒有超出他們的能力範圍,做起來挺輕鬆的。當我們一再推翻自己原先的假設,終於出現符合我們預測的結果,而且是多次出現時,學生、怡伶老師和我都高興得跳起來!也許這個研究沒有高深的學問,但是它是所有師生都熟悉的題材,實驗的材料隨手可得,器具也都是現成的,只要把透光率及波長作為背景資料,她就是所有國中生都可以探究的題材!所以我決定了,我要以這個為例做成完整的科學探究教材,相信生物老師教起來一定會更得心應手!

光合作用是生物學裡面重量十足的單元---他是國一生物中第一個有反應式,第一個有操縱變因的實驗...總覺得有了光合作用才像在教科學!

知識概念不難教,不易好奇動機 !

生物學家們覺得光合作用很重要,因為它在無機物和有機物間搭起一座橋,連接無生物和生物.這是發生在細胞內,卻牽動整個星球的反應!課本總是用"葉內澱粉的測定"試圖呈現光合作用最重要的功能--製造養份.但是這種無聲無息,默默進行的反應,由於看不到,摸不到,學生無感於它的存在,在教學上它的難題不在過程.結果.原理的理解,反而是不易找到切入點---不易引起"疑問""動機".

植物的白天與黑夜

今年光合作用的教學我嘗試直接以學生最常見的迷思---"植物的呼吸作用是吸入二氧化碳呼出氧",或"植物白天進行光合作用,晚上進行呼吸作用 ",激起學生的爭辯,當學生在為這兩句話的對錯爭論不休時,老師就有切入點可以說:那我們來驗證一下呀!怎麼驗證呢?首先要有可以測氧和二氧化碳的好方法,我這兩年一直使用BTB液來做測定:找兩個學生出來各給一杯水,都滴入BTB液至藍綠色,接著請其中一個學生用吸管對BTB液吹氣,讓學生親眼看著BTB液變成黃色:另一個學生則用針筒(不要有針頭)對BTB液壓氣,直BTB液變成藍色.稍加解釋後可以得出---二氧化碳可以使BTB液變成黃色,氧氣可以使BTB液變成藍色的結論.然後利用BTB液變色的方法來設計一個小小的測試---

葉花加鋁箔開始.JPG

讓花,果實,種子都來參一腳

在裝有黃色的BTB液的錐形瓶(玫瑰四X飲的空瓶也很好用),然後加入各種植物---如水蘊草(水生)翠盧莉的葉,花等,密封,其中一瓶有葉片的則加鋁箔只隔絕日照,拿出去照日光---讓學生預測會有什麼樣子的顏色變化?推測的理由是什麼?當我們做出(或秀出)結果時,指導學生發現---只有在光照下的葉片才會呼出氧氣,沒照光的葉片或照光的花,果實,種子(可以多做幾組)其實都是釋出二氧化碳的!光照下的葉片呼出氧氣---這是植物的特異功能:光合作用!接著就可以進入光合作用的教學---幾乎每個生物生物老師都會練幾套獨家的教法:或擬人化或比遇或說故事甚至唱歌....無所不用其極就是為了讓學生弄懂(畢竟這裡是出考者的最愛)!

葉花加鋁箔結果6.JPG

這樣的教法試圖讓學生看到---植物也是呼出二氧化碳的(不管白天或晚上)的事實,只有在光(照光)與葉綠體(綠色葉片)兩大條件都聚足的條件下才會啟動製造氧氣(光合作用)的作用!在光合作用的教學之後,才能做光合作用製造了澱粉(課本實驗)並讓學生分組試著去設計並實作一個可以不要靠打氣就活得很好的水族箱(我打算用大氣壓力那個寶特瓶水族箱)!這樣應該可以讓學生對光合作用較有"感覺"

寶特瓶水族箱DIY

聽到外面農地上翻土機轟隆隆響起,心想:啊...又是一個新的播種季節開始了!外面那片田地,上一季選擇休耕,所以種了綠肥--田菁,現在農夫正用翻土機將這片綠油油的田菁犁入田中,上演著化作春泥更護花的浪漫!其實農夫正利用田菁的身軀來餵養下一季的水稻呢!但是在播種秧苗之前,已經有許許多多的生物搶著田菁帶來的盛宴呢!隨著翻土機的移動,田菁倒下,土壤被翻起,土壤中的蟲,卵一一現形!白鷺鷥優雅的跟隨在紅色機器旁,黑捲尾則快速盤旋在農夫頭上,他們都在捕捉因翻攪而被迫遷移逃竄的可憐蟲!而隔岸觀火的我則正悠閒的欣賞著這一場紅,綠,黑,白共同演奏的轟隆隆的協奏曲!

  

第二天,從一片狼藉的田中傳來陣陣刺鼻的阿摩尼亞味道!這就是田菁的神奇---田菁是豆科植物,它的根部會形成根瘤,這是根瘤菌在田菁根部共生的結果, 田菁提供根瘤菌營養,而根瘤菌則幫田菁固定空氣中的氮(一般植物無法利用大氣中的氮),轉化成可利用的銨態氮,這是植物能吸收利用的含氮營養素,也是臭味的來源!也就是說--田菁因為有根瘤菌的共生,能形成銨態氮供其他作物吸收利用,所以被選為綠肥!看在"肥沃土壤"的功勞上我們就暫且忍受這臭味吧!

(田菁植株與花苞) 

 

(田菁的根瘤) 

前一篇:一頭霧水!光合作用的產物中到底是有水還是沒水?曾提到光合作用產物中的水到底從哪裡來的問題,經過許多夥伴的討論,加上我自己找的一些資料,提出以下報告請大家幫忙看看是否正確:

一、如果只用 6 CO2 + 6 H2O ---> C6H12O6 + 6 O2 會遇到什麼狀況?

1、產物中的O2必須有一部份來自CO2 :

因為產物中有6 O2,共有12個 O原子,可是反應物6 H2O 卻只能貢獻6個O原子,所以有「CO2也有貢獻O原子給產物O產物6 O2」的疑慮。

2、光反應產生的ATP及NNADPH不足以提供暗反應所需:

暗反應時,每固定一個二氧化碳分子需耗三分子ATP與兩分子,每一循環總共固定三個碳,用掉9個ATP及6個NNADPH,即若欲固定6個碳,需從光反應獲得18個ATP及12個NNADPH。而在光反應中,每兩個水分子經光水解只能獲得2 個 NADPH, 及3個ATP,若是6個水分子經光水解,只能產生6 個 NADPH, 及9個ATP,所以在光反應中總共須有12個水分子被分解,才能提供足夠的NADPH及ATP,以供暗反應固定6個二氧化碳,合成一個糖分子。

  二、哪些研究曾在產物中出現H2O?

在1930年之前,因為已經知道光合作用是用掉二氧化碳和水,而產生糖和氧,所以通常以最簡式來表示,其反應式寫為:

CO2+ H2O --->CH2O +O2

當時產物中並沒有水,而且因為水是細胞中含量最多、參與最多反應的一種物質,實在也很難探討它在哪一個步驟被用到惑產生。但1929年凡尼爾(C.B.Van Niel)進行以下的實驗又有新發現:

1、凡尼爾的實驗:

凡尼爾對光合細菌進行研究。他發現有些有色素的細菌(紫硫菌)在硫化氫等物質存在的情形下,也能利用光進行碳同化,但是不能釋放出氧氣,而是產生黃色的硫磺顆粒。此時反應式若是

 CO2+  H2S ---> CH2O +2 S    則無法平衡,

 若在產物中加入水,如

C02+ 2H2S --->CH2O+ 2S +H20

則可達成平衡,所以凡尼爾歸納出光合作用的反應式可寫為:

 通式:CO2+ 2H2X  --->(CH2O) +2X+  H2O。

 硫化菌:CO2+ 2H2S  --->(CH2O) +2S +  H2O。

 植物:CO2+ 2H2O   --->(CH2O) +O2+  H2O。

凡尼爾的實驗以細菌的光合作用探討氧氣的來源,但卻意外的使反應式的產物中出現了水!

  2、魯賓(S.Ruben)和卡門(M.kamen)的放射性標定實驗

1941年美國科學家魯賓(S.Ruben)和卡門(M.kamen)為瞭解光合作用釋出的氧究竟來自水或二氧化碳,將同位素[18O](以下以*O表示)引入水分子中,用來標記水分子中氧原子,然後測定光合作用所釋放的氧來自二氧化碳還是水。實驗結果如以下式子所示:

  C *O2  + 2 H2O   --->( C H*O)  +  6O2  + 6H2 *O

 CO2  + 2 H2*O   ---> (C H O) +  *O2  +  H2 0

綜合以上實驗,所以光合作用的反應式應寫為: 

6 C O2  + 12 H2O   ---> C6 H12 O6  +  6 O2  + 6 H2 0

利用放射性追蹤的結果證明光合作用釋放出的氧,來自水分子經光解的結果。而二氧化碳中所含的氧也會出現在產物的水中。似乎證明了光合作用的產物中有水,但水是細胞中含量最多、參與最多反應的物質,二氧化碳可能經由參與其他反應,而產生水,並不一定是光合作用的結果。

 三  水從哪裡來?仍是個謎!

綜合以上推理,光合作用的產物中若不加水可能無法解釋:暗反應中NADPH, 及ATP來源的問題,也無法解釋產物O2的來源,所以產物出現H2 0似乎也合理。但到底在哪些步驟產生水(暗反應其實是用掉水的)?卻又真的找不出來(至少我找不到),所以只能説「那是計算的結果」了!

這樣的答案大家能滿意嗎?其實我自己並不滿意,但發現有許多朋友願意參與討論,覺得以後有問題可以透過這樣的方式和大家交流!我覺得在部落格提出這樣的問題是很有意義的!我很喜歡這種討論呢!謝謝大家!
造就了7位諾貝爾獎得主的反應

光合作用堪稱是世上最重要的一種作用,是無機物與有機物間的橋樑,對光合作用的研究經歷了兩個多世紀,許多科學家付出了艱辛的努力與智慧,也造就了7位諾貝爾獎得主。但它的謎團仍未被徹底揭開,科學家們還在為之繼續奮鬥。

國中課本中的光合作用

這麼重要的一種反應,當然會在各級學校的自然科教材中出現了,在國中自然科(生物科)教材中,從以前的國編版,到現在的各種版本,統統有「光合作用」這個單元!對國一學生而言,由於缺乏化學反應的先備概念,所以大多數的教材,以觀察、及現象說明為主,如說明光合作用的原料、產物,光合作用的過程分為光反應(或第一階段)、暗反應(或第二階段),反應式(簡式)等。

老師口中的光合作用

老師可能想盡辦法,以比喻的方式來讓學生理解,比如我常用:當你要做麵包,你要用到糖、麵粉、蛋等材料(水和二氧化碳),按一定的步驟,先將麵粉、蛋等和均勻(光反應、暗反應),中間可能有一些糖粉掉下來(氧),你將和好的麵團放進烤箱(葉綠體),通電加熱(太陽能),最後得到香噴噴的麵包(葡萄糖)等。這些方法、策略,能使學習較趣味、活潑,但學習的內容還是在記憶、背誦一堆名詞,其中光合作用的反應式更是必考、必背的內容。

 一個簡式,無數疑問

 水+二氧化碳                葡萄糖+氧+水 

這是國中生學到的第一個反應式,感謝這個簡式,因為有了這個「公式」,學生總算比較能接受生物學是科學了(學生心目中,沒有公式就不是科學)!

不過問題來了!當我們對照卡爾文循環時(請參考這裡),會發現並沒有哪一步驟會產生水,但為什麼國中教科書幾乎都出現「暗反應產生葡萄糖和水」的說法?老師們如何解釋「水是如何產生的?」、「在哪個步驟產生的?」、「為什麼原料和產物中都有水?」、等疑問?

 

這是在考驗老師瞎掰的能力嗎?

 

說法包括:這只是簡式,真正的化學反應式中,為了平衡兩邊的元素,所以產物加上水。可是學生上了國二,馬上會發現其實產物中不加水,整個式子也可以平衡,而且化學反應式通常不會有「既是反應物又是產物」的情形。

有的老師會告訴學生:那是暗反應時二氧化碳中的氧和光反應的氫離子結合產生的。可是到底在哪一步驟產生的?需要什麼條件?又答不出來了。

有的老師說:那是光反應剩下來的水。有的老師甚至說:這超出範圍了,光合作用很複雜,說了你們也聽不懂!到底哪一個答案才是對的?我想不只學生搞不清楚,連老師也是一頭霧水(我就是弄不懂,才PO上來求救的!)?

光合作用的核心概念是什麼?

「光合作用有沒有產生水?」看起來簡單、理所當然,卻絕對不是三言兩語可以解釋清楚的,對於這樣的概念,應該出現在教科書中嗎?該如何呈現呢?這個問題應該從教科書所設定的學習目標與教學對象而決定。
國一的學生在學習光合作用時,我們設定的學習目標應該是:

能理解能量可以轉換(太陽能可以被轉變儲存在醣類中)、水和二氧化碳可以被合成葡萄糖、及光合作用和其他生物、環境間的關係。

至於反應過程,由於國一學生缺乏化學反應的基本概念,硬要學生記憶、背誦一些反應中間過程、反應式,既不符合學習原理也不符合學習目標!如果在教材中出現「暗反應的產物是葡萄糖和水」,或在反應簡式的產物中出現水,則老師該如何教學,才能解釋清楚?就算老師能解釋,學生有辦法懂嗎?所以老師只好支吾其詞或強詞奪理了!

 

簡式中一定要有水嗎?

其實簡式中不出現水會影響科學正確性嗎?(植生教科書中也沒列出水),為何要製造一個無法解釋的問題呢?迷惑...

  今天因為是運動會,一早到運動場比完趣味競賽後就"閒閒沒代誌"了,坐在休息區欣賞了一場免費的"戰鬥機表演"(噓...也許是軍方機密),向同事借報紙,同事說只有"蘋果日報"  ㄟ,蘋果?不是有很多兒童不宜的畫面嗎? 不過反正閒著, 就拿來翻一翻,沒想到頭版頭條就讓我眼睛一亮(不過也只有這則新聞可看,其他內容真是...)!

  台灣之光---全球第一顆葉綠素電池,沾水10秒充電mp3聽2天(蘋果日報)    (本部落格生物教學與新聞中也有連結)

  內容圖文並茂介紹 國立虎尾科大光電與材料研究所教授與研究生研發的以葉綠素為電解質的電池,雖然看完還是不懂葉綠素聚合物是 什麼東西,用什麼方式製得,但最少可以確定是和植物和葉綠素有關.昨天正好上到光合作用,講到葉綠素可以吸收太陽能(國中生是無法瞭解電子傳遞的),我還在跟學生討論---一定有辦法利用葉綠素的這個特性,來做"太陽能電池",這是真正名符其實的綠色能源喔!沒想到馬上就有實物了!雖然離量產還很久,但真的讓人有"生物萬能","希望無窮"的感覺!很高興人類越來越會向其他生物學習,越來越發現生物的奇妙!下週我要告訴學生---你看!好好瞭解生物,學習 生物是多麼有用的事!葉綠素萬歲!

由於想要和大家分享這個消息,所以上網搜尋,發現竟然只有蘋果日報有附圖,其他都只是文字報導 ,原來"蘋果"不全然是毒蘋果或爛蘋果,也有營養好吃的蘋果呀!

段考已結束,不過上週主要做科學探究準備,只完成3-2酵素的教學,趁放假把第三章的教學PPT放上來.檔案放在部落格可以和別人交流,也可以為自己保留一些資料(以前在輔導團及資源中心的資料,因部落格.網頁換經營者,現在都無法連上了,好心疼啊!今後要好好經營這個屬於自已的空間)!

這章有比較多的實驗,我找了2個課本不做的實驗影片放在這裡,若時間足夠讓學生看看也不錯喔!(每次作加酒精隔水加熱這個步驟總是提心吊膽,所以常常拉開嗓門大聲制止學生,顯得很沒氣質,影片中用電湯匙加熱真是又快又安全啊)

   

 另外阿簡生物筆記(http://a-chien.blogspot.com/2008/10/blog-post_6152.html)用糯米紙衍生出很多實驗很有趣喔!明天我也要去買些糯米紙來讓學生玩玩!希望不只是可以證明唾液可以分解澱粉 ,還可以來測測產物是不是糖,把課本實驗做個改變,應該很好玩!總是有很聰明很創新的老師,大方的分享他們的教學經驗,真是很好的事!

 97.13-1養份與能量.ppt

97.13-2酵素.ppt

97.13-3光合作用.ppt

97.1 3-4消化.ppt