SKKN Nâng cao hiệu quả ôn thi học sinh giỏi văn hóa môn Sinh học lớp 11 ở trường THPT khi giảng dạy Chuyên đề “Quang hợp ở thực vật” bằng giải pháp soạn bài giảng theo hướng liên kết kiến thức kết hợp[.]
Trang 11 MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài
Từ năm học 2017-2018, Sở giáo dục và đào tạo Thanh hóa bắt đầu thi học sinh giỏi văn hóa lớp 11, nội dung đề thi là chương trình lớp 10,11, trong đó lượng kiến thức của mỗi khối chiếm tỉ trọng khoảng 50%
Những năm học trước thi học sinh giỏi văn hóa cấp tỉnh nội dung kiến thức được phân bố ở lớp 10 và lớp 12, trong đó chủ yếu nằm trong chương trình lớp 12 Nội dung kiến thức lớp 11 chưa được khai thác Sự thay đổi này quả thực là một thách thức lớn đối với giáo viên và học sinh
Khởi động cùng với sự thay đổi rất lớn trong kì thi học sinh giỏi văn hóa cấp tỉnh, trong cả 2 năm học 2017-2018, 2018-2019 tôi đều được nhà trường giao nhiệm vụ phụ trách đội tuyển học sinh giỏi môn Sinh học lớp 11 Thật sự khi nhận nhiệm vụ tôi đã rất trăn trở, đôi khi với từng mảng kiến thức sau khi đưa ra phương pháp dạy học sinh cách khai thác kiến thức sau khi thực hiện thì liên tục phải rút kinh nghiệm, điều chỉnh, bổ sung và có lúc phải làm lại cách khác Có lẽ nhiều đồng nghiệp cũng gặp phải những khó khăn như tôi
Trong các nội dung kiến thức trọng tâm của chương trình Sinh học lớp 11, thì “Quang hợp ở thực vật” là một chuyên đề có nhiều nội dung kiến thức chuyên sâu ở tất cả các phương diện lý thuyết về cơ chế quá trình, giải thích các hiện tượng thực tiễn và thí nghiệm thực hành Để giúp học sinh có thể vận dụng kiến thức các câu hỏi ở cấp độ hiểu, vận dụng và vận dụng sáng tạo là điều không hề dễ Tôi đã đề xuất và thử nghiệm một số giải pháp khác nhau và nhận thấy khi sử dụng sơ đồ tư duy để hệ thống hóa toàn diện kiến thức trọng tâm, liên kết các kiến thức thực sự đã góp phần thay đổi hiệu quả giảng dạy
Từ những lý do trên cùng với kinh nghiệm giảng dạy tôi đã quyết định chọn đề tài: “Nâng cao hiệu quả ôn thi học sinh giỏi văn hóa môn Sinh học lớp
11 ở trường THPT khi giảng dạy chuyên đề “Quang hợp ở thực vật” bằng giải pháp soạn bài giảng theo hướng liên kết kiến thức kết hợp với sử dụng một số kỹ thuật dạy học tích cực” làm đề tài sáng kiến kinh nghiệm của bản thân trong năm học 2018 – 2019 Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, của đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn
1.2 Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy của giáo viên ở chuyên đề “Quang hợp ở thực vật” trong ôn thi THPT quốc gia và ôn thi học sinh giỏi văn hóa cấp tỉnh lớp 11 Qua đó rèn luyện và định hướng phát triển cho học sinh những năng lực sau:
- Năng lực tư duy, năng lực sơ đồ hóa kiến thức
- Năng lực phân tích, liên kết các kiến thức liên quan để giải quyết tình huống có vấn đề
- Năng lực sử dụng ngôn ngữ, năng lực thuyết trình
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là giải pháp sử dụng kỹ thuật đặt câu hỏi
và sơ đồ tư duy để soạn bài giảng theo hướng hệ thống hóa toàn diện kiến thức
Trang 2trọng tâm, liên kết các kiến thức.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài bao gồm
- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết: Dựa vào sách giáo khoa Sinh học 11 - Nâng cao và Cơ bản, sách bài tập Sinh học 11- Nâng cao và
Cơ bản, Tài liệu ôn thi học sinh giỏi, tài liệu về dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh
- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: Thống kê và xử lý số liệu từ kết quả thi chính thức kì thi do Sở giáo dục và đào tạo Thanh hóa tổ chức làm cơ sở đánh giá hiệu quả của đề tài
Trang 32 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
Chuyên đề “Quang hợp ở thực vật” là một phần kiến thức trọng tâm của Sinh học 11, bao gồm các nội dung cơ bản là:
Vấn đề 1.Vấn đề chung về quang hợp
+ Khái niệm, phương trình tổng quát, vai trò của quang hợp
+ Cấu tạo của cơ quan quang hợp, bào quan quang hợp
+ Hệ sắc tố quang hợp
Vấn đề 2 Cơ chế quang hợp
+ Tính chất 2 pha của quang hợp, mối quan hệ giữa 2 pha
+ Cơ chế pha sáng của quang hợp
+ Cơ chế pha tối quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4, CAM
Vấn đề 3 Các nhân tố ảnh hưởng tới quang hợp
+ Ảnh hưởng của ánh sáng: Điểm bù ánh sáng, điểm bão hòa ánh sáng
+ Ảnh hưởng của nồng độ CO2: Điểm bù CO2, điểm bão hòa CO2 Vấn đề 4 Biện pháp nâng cao năng suất cây trồng dựa vào quang hợp
Các đơn vị kiến thức này có cả kiến thức cơ chế, quá trình, nhiều nội dung được khai thác ở mức độ vận dụng giải thích các hiện tượng thực tiễn, giải thích kết quả các thí nghiệm, thực hành Muốn giải quyết tốt các câu hỏi, bài tập ở mức độ yêu cầu này đòi hỏi học sinh ngoài nắm chắc bản chất của kiến thức thì cần phải biết cách xác định các kiến thức có liên quan và liên kết kiến thức các phần một cách nhuần nhuyễn
Kỹ thuật dạy học tích cực được sử dụng phù hợp là kỹ thuật đặt câu hỏi và
sử dụng sơ đồ tư duy, đặc biệt là sơ đồ tư duy Giáo viên hướng dẫn học biết cách tự vẽ sơ đồ và hướng dẫn cách khai thác kiến thức từ sơ đồ Khi vẽ sơ đồ tư duy học sinh sẽ khái quát hóa được các kiến kiến thức trọng tâm đồng thời thể hiện rõ được mạch liên hệ các kiến thức có liên quan Từ đó biết sâu chuỗi, liên
hệ và trả lời những câu hỏi có nội dung kết hợp
Khi học sinh được bồi dưỡng kiến thức, kỹ năng tư duy và biết cách khai thác kiến thức thì việc trình bày sẽ logic góp phần nâng cao hiệu quả làm bài
2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Khó khăn khi lựa chọn đội tuyển, năng lực đội tuyển: nguồn ít, năng lực không đồng đều Sở dĩ như vậy là vì học sinh được lựa chọn thì đều theo học ở các ban tự nhiên, theo xu hướng xét tuyển mới và đặc thù nghề cũng dẫn tới mỗi khóa học của trường THPT Triệu sơn 3 chỉ có khoảng 10 em muốn xét tuyển vào các trường đại học có tổ hợp xét tuyển liên quan đến bộ môn Sinh học Những em có học lực khá trong nhóm này thì rất khó để các em tự tìm đến với
bộ môn trong lĩnh vực ôn thi học sinh giỏi vì đặc thù nội dung kiến thức ở lớp
10, 11 chủ yếu là lý thuyết Nhiều lý thuyết, lý thuyết khó thật sự là một trở ngại
Khó khăn trong việc hướng dẫn học sinh học chuyên đề “Quang hợp ở thực vật”: Nhiều kiến thức trừu tượng, các câu hỏi bài tập muốn trả lời được
Trang 4phải biết cách kết hợp các kiến thức Có nhiều câu hỏi liên quan đến giải thích kết quả thực hành
Trong quá trình dạy học tôi nhận thấy một điều đó là để học sinh xác định đúng yêu câu hỏi, biết cách liên kết kiến thức, phải có khả năng phán đoán, phân tích tốt đồng thời cần có kỹ năng trình bày chặt chẽ và tư duy logic cao Nếu giáo viên không thiết kế bài giải theo hướng sử dụng sơ đồ để hệ thống kiến thức, định hướng liên kết thì học sinh sẽ rất khó tự tìm ra, khó khăn trong logic trình bày, thậm chí còn hiểu nhầm dẫn đến sai kiến thức
2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề
Trên cơ sở đó khi dạy ôn thi học sinh giỏi chuyên đề “Quang hợp ở thực vật”, tôi đã soạn bài giảng theo hướng phân tách thành các nội dung trọng tâm
và sử dụng sơ đồ tư duy để hệ thống hóa toàn diện kiến thức trọng tâm, liên kết các kiến thức Cụ thể như sau:
2.3.1 Vấn đề chung về quang hợp:
2.3.1.1 Định hướng học sinh phân tích phương trình tổng quát của quá trình quang hợp để liên kết các kiến thức dưới dạng sơ đồ tư duy từ
đó chỉ ra được khái niệm, vai trò của quang hợp và hình thái, cấu tạo của lá phù hợp với chức năng quang hợp.
Cụ thể như sau:
+ Định hướng học sinh chỉ ra khái niệm quang hợp từ phương trình tổng quát quang hợp
Nguyên liệu ( chất vô cơ)
Chất hữu cơ (cacbohidrat)
Ánh sáng mặt trời
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Hệ sắc tố
Khái niệm: Quang hợp là quá trình tổng hợp cacbohidrat từ các chất vô cơ là
CO2 và H2O nhờ năng lượng ánh sáng được hấp thụ bởi hệ sắc tố thực vật
+ Định hướng học sinh chỉ ra vai trò quang hợp từ phương trình tổng quát quang hợp
Chất hữu cơ (cacbohidrat) Ánh sáng mặt trời
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Hệ sắc tố Tích lũy năng lượng
+ Định hướng học sinh chỉ ra cấu tạo hình thái, giải phẫu của lá phù hợp với chức năng quang hợp.
Điều hòa không khí
Trang 5Lá bản mỏng, mọc về hướng ánh sáng, diện
tích bề mặt lớn
Biểu bì lá có khí khổng
Mô giậu chứa lục lạp
Ánh sáng mặt trời
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Hệ sắc tố
Mạch gỗ Mạch rây
Hệ gân lá có mạch dẫn
Như vậy học sinh chỉ cần nhớ và hiểu rõ phương trình quang hợp, học sinh có thể trả lời thành thạo các câu hỏi sau:
1 Nêu khái niệm và vai trò của quang hợp ở thực vật?
2 Trình bày cấu tạo của lá phù hợp với chức năng quang hợp?
Tiếp theo tôi sẽ định hướng học sinh còn có thể sử dụng kiến thức về phương trình quang hợp, sử dụng cùng nguyên tắc sơ đồ hóa để suy luận các câu hỏi như sau
Ví dụ 1 ( Trích đề HSG văn hóa lớp 11, tỉnh Thanh hóa, năm học 2018-2019)
Nêu các biện pháp tăng năng suất cây trồng thông qua điều khiển quang hợp
Hướng dẫn học sinh hoàn thành sơ đồ sau:
Tăng hệ số kinh tế bằng cách
chọn giống, bón phân Sản phẩm quang hợp vận chuyển nhiều đến bộ phận kinh tế,
Ánh sáng mặt trời
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Hệ sắc tố
Tăng diện tích lá, tăng cường độ
quang hợp bằng cách chọn giống,
tưới nước, bón phân, mật độ hợp
lý
Ví dụ 2 ( Trích nguồn đề tập huấn công tác bồi dưỡng học sinh giỏi văn hóa
lớp 11, tỉnh Thanh hóa năm 2018)
Có 1 thí nghiệm được tiến hành ngoài ánh sáng như sau : Cho 2 cành rong tươi có kích thước tương tự nhau vào 2 ống nghiệm A và B đổ đầy nước đã đun sôi để nguội Trên mặt nước có phủ 1 lớp dầu thực vật Cho thêm vào ống A một
ít natricacbonat Sau đó tiến hành qua sát 2 ống nghiệm một thời gian dài Hãy cho biết:
Trang 6a Mục đích của thí nghiệm trên.
b Tác dụng của lớp dầu thực vật
c Tại sao cho muối natri cacbonat vào ống A mà không cho cả 2 ống?
d Sẽ quan sát được hiện tượng gì?
Hướng dẫn
Học sinh sẽ tự hoàn thành sơ đồ sau dưới sự hướng dẫn của giáo viên khi cần hỗ trợ Cơ sở để suy luận vẽ sơ đồ là dựa vào nguyên liệu và sản phẩm của quá trình quang hợp
Ánh sáng mặt trời
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Hệ sắc tố
Từ sơ đồ học sinh sẽ xác định rõ:
a Mục đích của thí nghiệm trên
=> Chứng minh quang hợp cần CO2
b Tác dụng của lớp dầu thực vật
=> ngăn cách nước với không khí, không cho CO2 vào
c Ống A chứa natricacbonat sẽ cho ra CO2 nên xảy ra quang hợp
Ống B không chứa natricacbonat sẽ không có CO2 nên không xảy ra quang hợp
d Ống A xảy ra quang hợp giải phóng O2 nên có hiện tượng sủi bọt khí
2.3.1.2 Hệ sắc tố quang hợp và mối quan giữa loại tia sáng với cường độ quang hợp
Cơ sở để giáo viên hướng dẫn lập sơ đồ là căn cứ vào kiến thức đã học về hệ sắc tố quang hợp; bản chất hóa học của các loại sắc tố; Loại ánh sáng được hệ sắc tố hấp thu và ảnh hưởng của bước sóng, mức năng lượng và số lượng photon ánh sáng của các loại tia sáng đơn sắc tới hiệu quả quang hợp.
Cành rong Phủ dầu ngăn cách nước với không khí, không cho CO2 vào
Ống A chứa natricacbonat sẽ cho ra CO2
Quang hợp
Trang 7Hệ sắc tố
quang hợp
Dựa vào sơ đồ học sinh có thể trả lời câu hỏi sau Ví dụ 1 ( Trích đề HSG văn hóa lớp 11, Tỉnh Vĩnh Phúc, năm 2010- 2011) Tách chiết sắc tố từ lá dựa trên những nguyên tắc nào? Nêu cách tách chiết sắc tố? Hướng dẫn: Sắc tố phụ (Carotenoit) Sắc tố chính (Diệp lục) - Hấp thụ chủ yếu ánh sáng đỏ và xanh tím - Không hấp thụ ánh sáng màu lục nên lá có màu xanh lục -Gồm Diệp lục a và b Diệp lục a là trung tâm của các phản ứng quang hóa + Hấp thụ ánh sáng và truyền cho diệp lục +Bảo vệ diệp lục khi cường độ ánh sáng cao + Caroten và xanhtophyl, tạo nên màu đỏ, vàng
Chỉ tan trong dung môi hữu cơ
Dùng cồn để tách hỗn hợp sắc tố
ra khỏi dung dịch
Tách sắc tố
Sắc tố chính: Diệp lục -> Tan trong Axeton tạo màu xanh lục phía trên
Sắc tố phụ: Carotenoit -> Tan trong Benzen tạo màu vàng
v àng phía dưới
Ánh sáng đỏ có nhiều photon hơn
=> hiệu quả quang hợp lớn hơn
=> Nhiều tinh bột hơn
=>Nhuộm Iot màu xanh đậm hơn.
Hấp thụ ánh sáng
( ở cùng mức năng
lượng)
Ánh sáng xanh tím có ít photon hơn
=> hiệu quả quang hợp thấp hơn
=> ít tinh bột hơn
=>Nhuộm Iot màu xanh nhạt hơn.
Trang 8- Sắc tố quang hợp không tan trong nước chỉ tan trong dung môi hữu cơ
- Cách tách chiết sắc tố
+ Dùng cồn để tách hỗn hợp sắc tố ra khỏi dung dịch
+ Tách riêng từng sắc tố
Diệp lục -> Tan trong Axeton tạo màu xanh lục phía trên
Carotenoit -> Tan trong Benzen tạo màu vàng phía dưới
Ví dụ 2 ( Trích đề HSG văn hóa lớp 11, tỉnh Thanh hóa, năm học 2018-2019)
Tiến hành thí nghiệm như sau: Chọn 2 lá cây cây cùng loại đã để 48 giờ
trong tối Một lá được chiếu bằng ánh sáng màu đỏ, một lá chiếu ánh sáng đơn
sắc màu xanh tím Sau đó nhuộm cả 2 lá bằng Iot Hãy cho biết:
a Mục đích của thí nghiệm
b Vì sao phải để lá cây trong bóng tối trước khi làm thí nghiệm
c.Hiện tượng thí nghiệm và giải thích Hướng dẫn
Học sinh sẽ căn cứ vào sơ đồ để suy luận câu hỏi này đang sử dụng kiến
thức liên kết giữa ảnh hưởng của các loại tia sáng tới hiệu quả quang hợp và
cách sử dụng thuốc thử Iot để chứng minh lượng sản phẩm quang hợp tạo ra
nhiều hay ít.
a Mục đích
=> Chứng minh ánh sáng đỏ có hiệu quả quang hợp cao hơn ánh sáng xanh
tím
b.Để lá cây trong tối trước khi làm thí nghiệm để lá sử dụng hết tinh bột
c Giải thích
- Hiện tượng: Cả 2 lá đều chuyển màu xanh đen nhưng lá cây được chiếu
ánh sáng đỏ có màu thẫm hơn
- Giải thích: Ánh sáng đỏ có hiệu quả cao hơn lá cây được chiếu ánh sáng
đỏ quang hợp mạnh hơn tổng hợp nhiều tinh bột hơn màu thẫm hơn.
Ánh sáng xanh tím có hiệu quả thấp hơn lá cây được chiếu ánh sáng xanh
tím quang hợp yếu hơn tổng hợp ít tinh bột hơn màu nhạt hơn.
Ví dụ 3 ( Trích đề thi đề xuất của trường THPT Chu Văn An, Hà nội, cho khu
vực Duyên hải và đồng bằng Bắc bộ, năm 2015)
Các cây màu đỏ có quang hợp được không? Tại sao?
Hướng dẫn
Học sinh dựa vào sơ đồ để nhận thấy hệ sắc tố quang hợp gồm những sắc tố
nào và ảnh hưởng của các sắc tố đến màu sắc của lá.
- Các lá màu đỏ vẫn quang hợp được
Giải thích: Các cây lá màu đỏ vẫn có sắc tố diệp lục, nhưng do sắc tố dịch bào
Carotenoit nhiều nên đã lấn át màu xanh của diệp lục
2.3.2 Cơ chế chung của quang hợp.
2.3.2.1 Sơ đồ pha sáng của quang hợp
Trên cơ sở nội dung cơ bản của pha sáng như nguyên liệu, sản phẩm, phản
ứng quang phân li nước, học sinh sẽ hệ thống hóa kiến thức cơ bản và suy luận
mở rộng theo sơ đồ sau:
Trang 9Từ sơ đồ này học sinh sẽ xác định được:
+ Nguyên liệu, sản phẩm của pha sáng.
+ Xác định rõ vai trò của phản ứng quang phân li nước.
+ Chứng minh được O 2 tạo ra trong quang hợp có nguồn gốc từ nước, được tạo ra từ phản ứng quang phân li nước.
Qua đó liên hệ với vị trí xảy ra pha sáng để xác định sau khi tạo thành Oxi phải
đi qua 4 lớp màng là màng tilacoit, 2 lớp màng của lục lạp và màng sinh chất để
ra khỏi tế bào.
2.3.2.2 Sơ đồ pha tối của quang hợp
Từ sơ đồ này học sinh sẽ xác định được:
+ Nguyên liệu, sản phẩm của pha tối.
+ Xác định được các chất nhận CO 2 , sản phẩm đầu tiên, nguyên liệu, sản
phẩm của chu trình canvin
+ Chứng minh được H 2 O tạo ra trong pha tối quang hợp
+ Thống kê được số phân tử ATP cần sử dụng để tạo thành một phân tử
Glucozo của thực vật C3, C4 và CAM.
- Sơ đồ chu trình Canvin và một số điểm đặc trưng của pha tối
PTTQ: 12H 2 O + 12NADP+ + 18ADP + 18Pv -> 12NADPH 2 + 18ATP + 6O2
Cung cấp cho hô hấp hiếu khí Pha sáng
Tăng H+ -> Tổng
hợp ATP
Quang phân li nước: 2H2O -> 4H+ + 2e - + O2
Cung cấp cho diệp
lục
vị phóng xạ của ôxi (18O)
- TN1: Sử dụng H2O có 18O -> ôxi thải ra là 18O
- TN2: Sử dụng CO2 có 18O -> ôxi thải ra không phải là 18O
=>KL: Ôxi được giải phóng trong quang hợp có nguồn gốc từ H2O
PTTQ: 12H2O + 12NADP+ + 18ADP + 18Pv -> 12NADPH2 + 18ATP + 6O2
Trang 10
- Phân biệt pha tối của các nhóm thực vật C3, C4, CAM
Học sinh căn cứ kiến thức khai thác được sơ đồ mô tả quá trình cố định CO 2 ở thực vật C3, C4, CAM trong sách giáo khoa, hoàn thành bảng phân biệt các nhóm thực vật với các tiêu chí cụ thể như sau:
Chất nhận
CO2
RiDP ( Riboluzo
APG
Glucozo ATP, NADPH
Chu trình Canvin
Pha tối
Để tạo 1 Glucozo:
Thực vật C3: cần 18 ATP (Canvin) Thực vật C4+ CAM: 18 ATP (Canvin) và cần thêm 6 ATP để chuyển hoá axit piruvic (AP) thành photpho enol piruvat (PEP)
PTTQ:
6CO2 + 12NADPH + 18ATP -> C6H12O6 + 6H2O + 12NADP+ + 18ADP + 18Pv
RiDP ( Riboluzo
APG
Glucozo ATP, NADPH
Chu trình Canvin
Pha tối
Để tạo 1 Glucozo:
Thực vật C3: cần 18 ATP (Canvin) Thực vật C4+ CAM: 18 ATP (Canvin) và cần thêm 6 ATP để chuyển hoá axit piruvic (AP) thành photpho enol piruvat (PEP)
PTTQ:
6CO2 + 12NADPH + 18ATP -> C6H12O6 + 6H2O + 12NADP+ + 18ADP + 18Pv