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一、机械激光-电弧复合焊接技术的发展背景
机械激光-电弧复合焊接技术是为了满足特定材料的加工焊接要求,综合利用机械激光焊接和电弧焊接的优势,将其物理性能和能量传输性能以恰当的方式融合到一起,形成的一种科学先进的技术手段。将电弧焊接和激光焊接技术取长补短的结合起来形成的激光-电弧复合焊接技术具有经济、高效的特点,解决了许多材料的加工要求,实现了优质的焊接。
电弧焊接是应用最早且在材料技术上运用较普遍的焊接的技术,将电能转换为热能完成金属之间的连接,分为非熔化极电弧焊接和熔化极电弧焊接,但是由于电弧能力分布密度特性,导致焊接速度较慢,焊接的深度和熔度较浅,造成材料容易焊接变形,并且生产效率较低。激光焊接可以利用高达107W/cm2的能量密度形成小孔和等离子体时的热加工,激光焊接速度比较快,材料变形较少,通过较少的热输入量形成深度比大的良好焊接效果,从而实现精密焊接。但是也存在着一定的缺点,即焊接接头的间隙要求较高、焊接过程的稳定性和激光能量的利用率较差、焊接厚度较高的材料成本过高。
为顺应时展,综合焊接需求,针对电弧焊接和激光焊接的优劣,在20世纪70年代末,英国伦敦帝国大学对复合焊接工艺进行了研究,提出了电弧与激光焊接结合的工艺概念,随后英国学者和美国等科学研究者利用了激光配合一定量的辅助电弧,形成了现如今激光-电弧复合焊接的技术工艺,解决了焊接熔深浅问题和生产成本过高的问题,有效的提升了能量的利用率,提高了焊接的生产效率。
二、激光-电弧复合焊接的原理
激光―电弧复合焊接技术在工作时,激光及电弧同时作用在金属表面的一点上。在激光的作用下,焊缝的上方会产生一定的等离子体云,这种等离子体云会吸收及散射进行射入过程中的激光,从而降低了激光能量的功能。在原有基础上加上电弧后,能够产生一定量的低温低密度的电弧等离子,从而起到稀释激光等离子体的作用,进一步提升了激光能量的传输效率。外加电弧还可以在进行焊接的同时实现对母材进行加热,母材温度的升高能够提升对激光的吸收效率,从而增加焊接熔深。而且激光作用能够降低电弧通道的电阻,也能够加深该项技术的熔深。
三、机械激光-电弧复合焊接技术的特点
(一)提高了焊接过程的稳定性
激光焊接时,等离子体形成较多的带电粒子,带电粒子会主动吸收电弧,压缩电弧的根部使电弧稳定燃烧,既增加了焊接的稳定性,使得电弧不随意飘逸同时提升了电弧的能量利用率。
(二)实现高效率、低成本的焊接
机械激光-电弧复合焊接技术的最主要优势和目的便是实现高效率、低成本的焊接。激光和电弧的相互作用下,使得用较小的激光和电弧能量便能完成材料的焊接,相比要达到同等效果所耗费的单独激光和电弧功率要小许多,极大程度的降低了生产成本。同时与单纯电弧或者激光焊接相比,复合焊接技术利用两种热源综合焊接的优势,输入的热量较小造成的热影响区域面积较小,导致的工艺材料的焊缝变形量较小,较少了焊接后的工序处理,提升了生产工作效率。
(三)增加焊缝熔深,改善焊接成型
熔深浅是焊接技术中易出现的问题,而在激光的作用下,电弧可以深入到工件内部,到达焊缝的深处增加熔深,并且在电弧的作用下也会增强金属的激光吸收率。形成较深的焊缝熔深改善了金属的熔化程度,避免了焊缝咬边的现象出现,同时,激光-电弧复合焊接技术还可以控制激光和电弧的输出量,根据材料工件需求,单独调节配比,获得理想的焊缝熔深和深宽比。
(四)减少焊接缺陷,提升焊接质量
在电弧和激光的复合热源焊接下,激光的作用减少了焊缝的加热时间,使得焊接材料受热面积减少,不易产生较大的晶粒,并且有效的减缓了熔池金属的凝固时间,增加了熔池相变时间,将熔池的气体充分排除,减少了诸如气孔、裂纹等焊接的缺陷,提升了焊接的质量。
(五)降低要求,提升焊接适应性
单独激光作用时,激光束直径较小,对焊接接头的间隙要求小于0.10mm要求较高。而在电弧的作用下,增加了工件材料的熔合区宽度,可以降低焊接接头间隙的高精度要求。并且更适用于一些特殊的材料,如电弧在激光焊接之前可以清洁焊缝表面,去除氧化膜,从而更有利于焊接铝合金。
四、机械激光-电弧复合焊接技术的应用
(一)应用到船舶制造业
因船舶制造业中造船所使用的钢板厚度较厚,对于焊接要求较高,而单一的电弧焊接和激光焊接都无法满足船舶制造业的需求。激光-电弧复合焊接技术具备着独特的优势,对于较大的焊件间隙可以放宽至1mm,相对于激光焊接的0.1mm,极大的提升了间隙距离,减少了焊接前的工作量和成本,使的船舶制造速度加快,成本下降,提升了制造效率。另外主要的优势在于,激光-电弧复合焊接可减少焊件的变形量,使得焊接后的整形工作量也随之减少,极大的减轻了人力成本。
(二)应用到汽车制造业
目前在汽车行业中,汽车设备逐渐向更轻薄发展,而汽车框架结构也引进了更多的铝、铝镁等轻质合金,既改善了汽车的机动性能,使汽车流线性速度增快,也节约了能源减少了污染。以往汽车的焊接多采取激光焊和熔化极气体保护焊,但是目前大多数采取了激光-电弧复合焊工艺的成熟焊接手段,满足了汽车制造业焊接需求。例如德国大众汽车工程公司的TGRAF等人自主研发了MIG复合焊接机头,该焊头结合电弧和激光焊接的优势,以极小的几何尺寸,安装到弧焊机器人手臂,方便各空间、各角度的焊接。
(三)应用到石油管道中
通常石油管道焊接中,由于管道壁比较厚,需要使用电弧焊在特殊的坡口处多次焊接,不仅耗费人力带来工作麻烦,而且焊接的引弧熄弧阶段易产生缺陷。采用激光-电弧复合焊融合了电弧焊接的桥接能力和激光焊接的深熔性能避免反复焊接,确保一次焊接成型,从而减少了焊接的缺陷,也提升了石油管道焊接的效率。
1.呼吸速率的表示方法:植物置于黑暗环境中,常用一定时间内CO2释放量、O2吸收量或有机物减少量表示。或者测定实验容器内CO2的增加量、O2的减少量。
2.净光合速率和真正光合速率
净光合速率(又名表观光合速率):常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。或者实验容器内O2的增加量或者CO2的减少量来表示。
3.真正光合速率(实际光合速率):常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量(制造量)表示;
上述三者之间的关系可以表示为:真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下:
①光合作用产氧量=氧气释放量+细胞呼吸耗氧量
②光合作用固定CO2量=CO2吸收量+细胞呼吸释放CO2量
③光合作用葡萄糖产生量=葡萄糖积累量(增重部分)+细胞呼吸消耗葡萄糖量
学生只有在掌握以上基本内容的基础之上才能完成以下高考中常见的三种题型:
一、表格型试题
表格型试题一般解题思路:首先要分析比较项目。例:若将小麦放在特定的实验装置内研究温度对其光合作用与呼吸作用的影响(其余的实验条件都是理想的),实验以植物对CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示。
本题的实验变量有两个温度和有无光照,而做出本题的关键是要理解光照下吸收CO2数值表示净光合作用速率,黑暗中释放CO2表示呼吸作用速率。然后,比较表格中的数字,根据数据的变化特点可以得出呼吸速率随着温度的升高而增强,而净光合速率随着温度的不断升高出现先增强后下降的趋势,25℃达到最大值。因为真正的光合速率=净光合速率+呼吸速率,所以真正的光合速率在一定的范围内随温度升高逐渐增强,并在30℃和35℃达到相同的最大值。
若昼夜不停地给予光照,该小麦生长的最适宜温度是________℃;每天交替进行12小时光照、12小时黑暗,温度均为在5℃条件下,该植物________(能或不能)生长
二、曲线图型试题
曲线图型试题一般的解题步骤是先识别横轴与纵轴的变量,然后寻找曲线与坐标轴的交点、最高点、最低点、曲线上升下降及稳定。对于光合作用和呼吸作用的综合曲线应如何分析,下面我将结合一典型例题进行重点分析:
例:科学家研究小麦20℃时光合作用强度与光照强度的关系,得到如右图所示曲线,下列有关叙述不正确的是( )
A.随着环境温度的升高,cd段位置不断上移
B.a点时的叶肉细胞中产生ATP的细胞器只有线粒体
C.其他条件适宜,当植物缺Mg时,b点将向右移动
D.外界条件均适宜时,c点后小麦光合作用强度不再增加可能与叶绿体中酶的数量有关
分析该曲线图时,重点分析a点、b点、c点的含义及整个曲线中ab段、bc段的所代表的生物学含义。
a点:光照强度为0即为黑暗条件下,小麦因缺乏光合作用条件之一光照,所以不能进行光合作用,因此小麦叶肉细胞只能进行有氧呼吸,消耗氧气释放CO2,即a点的生物含义就是可以用CO2的释放量代表呼吸作用强度。
ab段:随着光照强度的增加,光合作用强度逐渐加强,CO2的释放量逐渐减少,这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用,所以ab段所代表的生物学含义是细胞呼吸强度大于光合作用强度。
b点:在一定的光照强度下,CO2的吸收量为零值,但这并不是表示此时小麦叶肉细胞不进行光合作用和呼吸作用,而是表示细胞内真正的光合作用强度和呼吸作用强度相当,表现为环境中CO2的量没有发生变化。
bc段:随着光照强度不断加强,CO2的吸收量逐渐增加,表明光合作用强度不断加强,但要特别注意CO2的吸收量代表净光合作用强度,即表示光合作用强度>呼吸作用强度,吸收CO2释放O2,光合作用产物有积累,同化作用>异化作用。植物能正常生长。
c点:为光的饱和点。当光照强度达到一定值时,光合作用强度达到最高,随着光照强度不断加强,CO2的吸收量基本保持不变,即表明光合作用强度不再加强。此时主要受细胞内酶的数量、酶的活性、色素的含量、C3和C5的含量的限制。
三、实验题型
下图中,图甲为测定光合作用速度的装置,在密封的试管内放一新鲜叶片和二氧化碳缓冲液,试管内气体体积的变化可根据毛细玻璃刻度管内红色液滴移动距离测得。在不同强度的光照条件下,测得的气体体积如图乙所示。
(1)标记实验开始时毛细刻度管中液滴所在位置。实验时,试管内变化的气体是_________________。
(2)为了防止无关因子对实验结果的干扰,本实验还应没置对照实验,对照实验装置与实验组装置的区别是__________。如果对照组在相同光照情况下,刻度管中的红色液滴较之实验组向右移了5毫米,其原因是______________。
实验题是生物高考中的重头戏,光合作用与呼吸作用的实验装置分析更是重中之重。以上例题中图甲的实验装置中气体的变化量变成了解决本题的关键之处,所以我认为有两点是学生必须要理解的:①CO2缓冲液的作用是使该装置中CO2的浓度保持稳定。②装置中气体的变化量实际上是O2的释放量,由于O2的释放,装置内气体压强逐渐变大,从而引起红色液滴的向右移动。所以,本实验可以用单位时间内红色液滴移动距离来表示净光合速率。如果学生把这两个问题考虑清楚,那么解决该实验就应该没有问题了。
在学校中,教师施展教育智慧,组织好各项教育活动,将做人做事的道理与思想渗透到学生的头脑中,内化成滋养学生思想进步的道德养料,催化学生形成正向的道德基因,并外化为学生良好的道德行为。在这个过程中,教师的思想与学生的思想进行交融,生命能量进行转换,积极的思想在学生的头脑中得到运行加工,并生产出利于学生成长的高端“产品”。这个过程就是德育光合作用的过程。
一、德育光合作用的意义
绿色植物在光合作用中为自身提供了营养,并储存了个体生长的能量。学生通过“光合作用”产生了新的能量,即培养出积极正向的价值观和高尚的道德基因,学生的思想意识得到发展并不断成熟。
绿色植物在光合作用中释放了氧,促进了环境的和谐。同样,学生在德育的光合作用中外化出一定的责任行为,产生了利于集体发展的能量。因此,德育光合作用的可贵之处在于,学生在产生利己能量的同时还产生出利他的能量,在发展自己的同时和谐了集体。
二、研究德育光合作用的必要性
德育与光合作用的有机结合,指出了德育对学生思想的净化需要经历的三个阶段。植物的光合作用经历了催化、内化和外化三个阶段,即,光能催化了植物体内的二氧化碳和水,使其内化为植物所需的有机物,并外化成氧;德育的光合作用同样经历了学生思想被教师的智慧所催化、内化为高尚的道德素养、外化出良好的道德行为三个阶段。德育的光合作用首先指出了学生作为一个特定的生命体,他(她)有着独特的能动的成长过程;其次,在实施德育的过程中,只有教师的催化作用及时准确,学生思想的内化才能积极主动,责任行为的外化才能持久充分。
光合作用下的德育直指学生思想变化的本质,对于德育光合作用的研究可以使教育者更加准确而深刻地理解学生变化的根本原因,并在实际工作中取得实效。
植物在光合作用中经历了复杂的生物、化学反应过程,这些反应使物质经历了一系列的内化和转化。德育亦是如此,学生道德素养的形成离不开对教育者价值引导的自我构建,而教育效果的达成,就学生内在的心理变化而言首先是道德认知发生了变化,在这个过程中,学生的思想经历了反省和转化,接纳了新的思想并与原有意识间发生矛盾冲突,然后形成新的认知。
三、德育的光合作用如何有效发挥
德育的光合作用要想有效地发挥,就应该紧紧抓住光合作用的各个要素,规范德育的各个环节,使其达到光合作用的要求。
第一,要充分发挥教师的“光能”作用。教师的“光能”作用主要体现在教师的智慧和爱心等方面。光合作用中,光能转化为植物生长的化学能,教师同样需要将自己的智慧和爱心转化为学生思想进步的能量。做到以智慧启发学生思想,寓德育于情感熏陶之中。
教师要有理性的思考、高超的教育智慧,盲目的缺乏智慧的教育活动是无法影响学生的思想的。每一个成功的教育案例背后,一定有智慧火花的闪现,教师应该时刻反思自己采用的教育方法是否得当,并力求通过教育智慧的引领启发学生的思想,用能够触动学生心弦的话语启迪学生的心智,并与学生产生共鸣。
教师要有一颗感性、真挚、善良的心,缺乏情感的教育是没有生命力的教育,是无本之木,无源之水。情感教育是所有教育的出发点,是形成良好品德的基础。为此,教师应该挖掘情感教育要素,发挥情感教育的功能,激发出学生本身具有的向善、积极的内在潜能,以教师心底的爱心之光扫除学生前进中的障碍,进而让学生在潜移默化中形成良好的品德。
记得初涉德育工作的时候,有一个让我感到头疼的问题,就是学生见到老师不能主动打招呼。学生也许是自卑,也许是对老师“不以为然”,后来我经过认真的思考,在一次校会中跟学生讲了这样一番话:“同学们,你跟老师打了招呼,不是给了老师面子,老师不需要这样的面子而存活。老师对于你的问好报以微笑,是因为老师认为你在正确的道路上又向前走了一步,为你感到高兴。”这段话中带有对学生浓厚的信任和关爱。通过解释和宣讲,学生的心结打开了,自信心提升了,他们见到老师开始主动打招呼,现在走在学校的楼道中,学生们都会有礼貌地问候“老师好”。
作为“光能”代表的教师,要关注学生的心灵,关注学生的细微变化,挖掘其思想根源并予以引领,通过富有智慧和爱心的教育,水滴石穿般地打磨,学生做人的根基一定会被打牢。
第二,要精心选择教育材料。绿色植物需要水和二氧化碳作为原料促进生长,光合作用下的德育将水和二氧化碳比作学生成长所需的各种教育材料,其中包括规范教育、科技教育、艺术教育、法制教育、劳动教育、责任教育等领域的各项主题教育内容。这些教育内容需要具备以下特点。
1.教育内容要有针对性,要结合校情开展活动。
植物的生长需要因地制宜,学生的成长同样需要结合校情和社区周边的文化特点,选取恰当的教育内容。
我们学校地处一个老城区,有着浓郁的地域文化,同时,学校也有着悠久的历史。结合校情和地域特点,德育处组织学生开展了以“爱我家乡,爱我校园”为主题的校歌创编活动,在创编的过程中学生感受到了自身的责任,通过查阅家乡的资料,增进了对家乡和学校的了解和热爱。在师生的共同努力下,一曲抒情、婉转、耐人回味、带有浓郁人文风情的校歌被创作出来,下面是歌词节选:“渤海之滨,海河流长,晨雾轻抚着风情之乡,鸟儿婉转,绿阴红墙,那就是九中,她团结勤奋文明向上,她立志有为进取报国,师恩难忘,伴我飞翔,同窗难忘,一生珍藏……”
一首校歌代表着学生在校的美好时光,校歌的创编使学生被浓郁的乡情文化气息所感染,同时提升了责任感和归属感。学生感受到实现梦想与承担责任是不可分割的,师生情、同窗谊流淌其间。这种结合校情开展的教育活动是学生成长的根本,打牢了教育的根基。
2.教育内容要有思想性,要根据现实中的热点问题开展活动。
关爱学生要从丰富学生的思想着手,没有思想触动的教育不能成为真正的教育,所以教育内容要有浓厚的思想性。现今社会上个别价值观的扭曲,给成长中的学生造成了不良的影响,面对这些严峻的问题,利用博大精深的民族文化这一重要养料,对学生进行熏陶和修正是有效的途径。鉴于此,在“十二五”之际,学校承担了“品读国学经典与培养初中生责任意识的研究方案”课题,此课题的研究旨在“取国学精髓涵养生命,用国学经典铺就人生,以民族精神修炼人格”,在校园中创设一种“儒雅、向上、进取、担当”的文化氛围,用国学文化渗透,日积月累地将国学的责任内涵于潜移默化中融入学生的心灵,为学生形成正确的世界观、人生观、价值观奠定基础。
洞悉社会中的热点问题和学生现在需要什么,应该掌握什么,选取哪些教育要素可以有效地引领学生的思想,这是每一个教育者需要慎重思考的重要问题。
3.教育内容要有系列性,要持续稳定地开展活动。
系列的教育内容,持续地予以呈现,稳定地感染着学生,将给予学生思想的能量,滋养学生的生命,为学生的一生奠基。以主题班会课为例,根据不同的教育内容,学校的主题班会课要形成系列,可以包括亲情系列、励志系列,等等,涤荡学生的心灵,充分发挥主题班会课的功能。
四、结论
关键词: 生物教学变式训练正负坐标曲线
伽利略曾说:“科学是在不断改变思维角度的探索中前进的。”故而课堂教学可以通过变式训练延伸出更多相关性、相似性、相反性的新问题,深刻挖掘例题的功能,坐标曲线题要求学生不仅能对曲线含义正确理解,而且能通过生物学语言准确描述;不仅考查学生对基本知识和理论的掌握,而且考查学生的分析能力,具有情景新、重能力、区分度高的特点,所以一直是高考命题的重点和热点。学生往往不会分析、解答这类题,感到无从下手,而失分率最高的是正负坐标曲线题。本文结合高考题简略谈一谈变式训练在正负坐标曲线题中的应用。例如:江苏省2009高考学业水平测试36题:图1表示该植物在不同光强度下光合作用速率(用CO2吸收速率表示)的变化。据图回答:
(3)图1中,影响曲线AB段光合作用速率的环境因素主要是_____,而可能限制曲线BC段光合作用速率的两种环境因素主要是______。
(4)如果植物白天始终处于图1中A点状态,则在较长时间内该植物_____(填“能”或“不能”)正常生长,原因是______。
解析:拿到坐标曲线题可以按照下列过程来解题:
1.学会识图。识图的关键是两看,一看横纵坐标所表示的生物学含义,横纵坐标表示的是光照强度与吸收和放出CO2的关系,光合作用吸收CO2,细胞呼吸放出CO2,故考查了光合作用和细胞呼吸两个知识点,其中光照强度是自变量,CO2吸收速率是因变量。二看曲线中的特殊点(顶点、起点、终点、交叉点)。A点纵坐标表示吸收和释放的CO2的量相等,说明此时光合作用吸收CO2=细胞呼吸放出CO2,A点横坐标对应的光照强度称为光补偿点;当光照强度为E时,此时CO2吸收量达到量大值,且不再随光照强度增加而增加,E点为光合作用强度达到了最大值时所对应的最小的光照强度,E点称为光饱和点;B点表示在光饱和点光合作用强度达到了最大值;C点表示当光照强度超过光饱和点后,光合作用强度不再随光照强度增加而增加,将维持不变;D点的光照强度为0,说明此时只进行细胞呼吸,即D点为该植物的细胞呼吸强度。变式训练1:请分析图1中所标各段含义及曲线与横坐标围成的面积的含义。DA段:光合作用细胞呼吸,有有机物的积累。三角形OAD为负面积代表有机物的量减少,三角形ABE为正面积代表有有机物的积累。
2.学会分析图。图中为什么会出现这些特殊点,曲线为什么有这样的变化趋势,通过联想再现与图像曲线相关的知识点。此曲线中单因子变量是光照强度,光照强度对光合作用的影响曲线走势和图中曲线相似,而光照强度对细胞呼吸没有影响,其它无关变量保持不变,因此细胞呼吸强度不变,有光时植物既进行光合作用又进行细胞呼吸,图中曲线为光合作用和细胞呼吸的差值曲线,植物白天处于图1中A点状态,没有有机物积累,夜间细胞呼吸还要消耗有机物,有机物的消耗大于合成量,植物不能正常生长。
3.学会画图。①画出横纵坐标,②标出横纵坐标的单位及刻度,③准确定位“点”――起点、转折点、终点,④抓住“形”――曲线图形。将相关的生物学知识与曲线紧密结合,在头脑中构建新的曲线。变式训练2:若正纵坐标为CO2放出量,负坐标为CO2吸收量,横坐标为光照强度,则曲线为图2。变式训练3:若正纵坐标为O2吸收量,负坐标为O2放出量,横坐标为光照强度,则曲线为图2。变式训练4:若正纵坐标为O2放出量,负坐标为O2吸收量,横坐标为光照强度,则曲线为图1中②。变式训练5:假设其它条件均不变且都是植物生长适宜条件,画出植物呼吸作用变化曲线,解析:呼吸作用保持不变,在坐标中为一条直线。①若正纵坐标为CO2放出量,负坐标为CO2吸收量,则曲线为图3中①;②若正纵坐标为CO2吸收量,负坐标为CO2放出量,则曲线为图3中②。变式训练6:在图1中画出阴生植物光合作用强度与光照强度关系的曲线图。解析:根据阴生植物与阳生植物的特点,阴生植物光合作用需要的光照强度较弱,因此阴生植物光补偿点和光饱和点都要比阳生植物小,A点E点向左移,阴生植物细胞呼吸强度小,D点向上移(图1中①)。
变式训练7:2008年高考上海卷36题第(3)小题:(图4)表示A、B两种植物的光合速度与光照强度的关系。当在_______千勒克司光照强度条件下,A、B两种植物的光合速度相同。解析:因为A、B两条曲线相交点对应的光照强度为7,此时A、B两种植物表观(净)CO2吸收量相等,但A植物细胞呼吸强度=4,B植物细胞呼吸强度=2,因此光照强度为7时A植物的实际(真正)光合速度CO2吸收量=4+6=10,B植物的实际(真正)光合速度CO2吸收量=2+6=8,光照强度为7时不对,如何找到这一点呢?由于A植物细胞呼吸强度比B植物大2,所以我们只要在曲线找到B植物表观(净)CO2吸收量比A植物大2时所对应的光照强度即可,此光照强度=6。
变式训练8:中学生物习题中常见的正负坐标曲线还有:生长素作用与其浓度关系图(图5)。
教师通过上述变式训练,可使“死”题变活,常见类型有:①一题多变,通过一个问题解决一类问题,开拓学生解题思路,实现“以少胜多”;②一题多解,培养学生发散思维的能力;③多题一解,培养学生的思维能力。教师对学生进行变式训练过程中,要注意知识的基础性,基础知识是综合能力的载体,各种能力的提高是建立在基础知识之上的,所以落实和巩固课本上的基本概念和原理是非常重要的。变式训练要让学生主动参与,在变式教学中,教师要让学生主动参与,不要总是教师“变”,学生“练”,要鼓励学生大胆地“变”,有意识地引导学生从“变”的现象中发现“不变”的本质,培养学生的创新意识及举一反三的能力。在生物教学中,适当的变式训练,不仅能使学生较为全面掌握生物概念、提高审题能力,而且能使学生的思维能力、分析问题、总结问题的能力得到多方面得到训练,提高练习的效率,做到“精通一道题,会做一类题”,使学生从“知识型”向“智力型”转换。
参考文献:
绿色植物的光合作用是生物圈中最基本的物质和能量代谢,它真实显示出生态系统的自主性和高度有序性,是初中生物的重点和难点。根据新课标的要求,让学生通过实验来探究光合作用的条件、原料和产物,初步形成光合作用的概念,即绿色植物利用光能,把二氧化碳和水合成储存能量的有机物,并释放出氧气的过程。教材中有关光合作用的实验有三个,分别是绿叶在光下制造淀粉的实验、光合作用需要二氧化碳的实验和光合作用产生氧气的实验。如果按教材顺序分开探究的话,不利于学生对光合作用的整体认识,也比较费时费力。
为了便于学生系统掌握光合作用知识,我对教学内容进行了调整,把光合作用作为一个整体设计了一个简单直观的对照实验,让学生同时探究光合作用的条件是否有光照和二氧化碳,能否产生淀粉和氧气。同时启发学生参与实验方法和实验装置的设计,启迪学生的思维。
一、教学目标
(一)知识目标
1.探究光是否是光合作用的条件。
2.探究二氧化碳是光合作用的原料。
3.检验光合作用制造了淀粉释放出氧气。
重点:领悟对照实验设计原则与方法。
(二)能力目标
培养学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力,引导学生逐步学会生物探究的方法。(难点)
二、教学资源
(一)课堂上资源
多媒体。
(二)学生课前准备
个人自学并在教师指导下以小组为单位进行课前准备。
(三)教学器材
槐树枝叶、大号一次性注射器、一次性输液器、小烧杯、恒温水浴锅、溴百里香酚蓝、酒精、培养皿等。
三、教学思路设计
本实验的独到之处有内容的整合,还有装置的设计和化学反应的巧妙利用。
1.装置设计:输液用一次性注射器,利用输液器最前端制成了一个连通装置。
这个装置的巧妙之处在于:
(1)注射器透光,叶片在装置中光合作用,直接观察变化。
(2)注射器很方便的排净空气,并简单实现密封,产生的氧气容易收集。
(3)通过连通装置简单方便地向注射器中推入气体和液体,注射器上的刻度实现加入物质的准确定量,很好地控制实验变量,让对照实验的结果更准确。
2.化学反应的巧利用:溴百里香酚蓝(BTB)这种酸碱指示剂无毒且不会对植物造成伤害,在酸性环境呈黄色、碱性环境呈蓝色。首先在两个注射器中分别计入等量的清水和叶片,排净空气,
然后加入等量BTB,此时液体呈淡蓝色。接下来利用白醋和食用碱在另一个注射器中制备二氧化碳,并通过连通装置通入之前的注射器,由于二氧化碳的存在,溶液变为淡黄色。密封后做好标记,一个放入光照下一个放入黑暗中形成对照。如果二氧化碳被消耗,液体颜色会再次发生变化。BTB显色法简单直观,能够让学生直观感受到二氧化碳是否被利用。
四、教学过程设计
(一)课前活动
1.自主学习(激发学生的好奇心)
(1)回顾绿色植物是生物圈的生产者,思考:绿色植物在什么条件下制造什么有机物呢?
(2)自学海尔蒙特实验,思考:他所忽视的内容是什么?
(3)自学普利斯特利实验,思考:该实验说明了什么问题?
2.小组合作交流(激发学生的求知欲和创造欲)
(1)绿色植物增加的质量除了水还有空气中的什么成分?
(2)植物更新空气过程中,气体成分发生了什么变化?
3.小组活动(教师巡视并及时指导)
(1)如何利用生活中简单物品制备二氧化碳?
(2)四人一小组设计对照实验并观察液体颜色变化。
(二)课堂教学
1.合作交流
课前活动中所观察到的实验现象、准备过程中存在的问题。教师巡堂进一步了解小组活动情况。
2.展示反馈
两个典型小组展示课前活动结果,台下小组提问或帮助分析问题,一起讨论实验结论或商讨解决办法。教师作为首席学生参与到讨论中,做好引导和点拨。展示的内容有:
(1)液体颜色变化。(光照组液体颜色又变为淡蓝色)
(2)用刚熄灭的火柴检测氧气。(光照组火柴复燃,黑暗组不复燃)
(3)分析对照实验,讨论光照是否为光合作用的条件。
其他未展示的小组也进行验证和讨论,教师随堂指导。
通过交流讨论得出:光照组火柴复燃,说明绿色植物光合作用产生了氧气;而对比之下黑暗组不复燃,说明光照是光合作用的条件;同时光照组液体变为淡蓝色,说明二氧化碳被消耗,也就是说明光合作用需要二氧化碳。
3.小组合作
检验光合作用是否产生淀粉。光照组和黑暗组分别取一个叶片进行酒精隔水加热脱色,此时全班用到的酒精灯数量较多,且水沸后存在不安全性,我们用恒温水浴锅进行集体加热。
教师做好指导,在等待加热的过程中,让学生讨论有关问题,最后学生展示结果,得出结论:绿叶光合作用能够产生淀粉。
4.整合提升
(1)学生小结。(2)小组合作交流:一盆银边天竺葵,如何来探究光合作用的场所?进一步提高学生探究能力并加强对实验细节的重视。
五、收获及几点思考