学校 临清一中 学科 生物
第五章第4节 能量之源——光与光合作用
二、光合作用的原理和应用
光合作用的探究历程
一、教材分析
新课标对光合作用的认识过程从原来的“了解”水平提高到了“说明”水平，教材中本部分内容从回顾科学家对光合作用的探究历程开始，让学生感知他们探索的科学精神和实事求是的科学态度，学习科学探究的一般方法和实验设计的原则，并且得出光合作用的反应式。教材中详细描述了各探究实验的关键环节，对学生的探究思维具有很好的启发性。
二、教学目标
1．知识目标：
1.知道光合作用被发现的基本过程
2.简述出光合作用的原料、产物、条件和反应场所。
2．能力目标：
1.重新走进科学家发现光合作用的有关实验，学会运用科学探究的手段发现问题、解决问题，发展科学探究能力；
2.在实验探究中掌握科学探究的一般原则，重点是对照实验原则和单因子变量原则
3.过读书和师生的讨论活动，培养学生自学和主动探索新知识的技能、技巧。
3．情感、态度和价值观目标：
1．体验科学探究历程，体会科学概念是在不断观察、实验、探索和争论中形成；
2.认同科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同学科中的有关知识，还要具有质疑、创新及勇于实践的科学精神和科学态度；
3.学会参与、合作和交流探究的内容和结果；
4.认识到技术的发展在科学研究中的作用，尊重科学且用发展的观点看待科学、树立辨证的科学观。
三、教学重点难点
重点：光合作用的发现及研究历史过程中的各实验设计、优缺点和结论。
难点：光合作用的发现过程中各实验如何巧妙地连接起来，如何过渡，如何引导学生进行思考探究从而得出正确结论。
四、学情分析
学生在初中生物课中学习过有关光合作用的知识，而且生活实践中也对光合作用有所了解。但是，对于光合作用的发现历史却很陌生，关键对于我们这节课要达到的目标“科学探究的一般方法”知之甚少。高中学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。在教学过程中，教师要尽量创设学生活动的机会，让学生成为学习活动的主体，教师只是为学生的学习提供必要的指导和知识铺垫。
五、教学方法
探究式教学，结合问题、讨论、比较、归纳多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生再现科学发现过程，并进行分析、讨论、归纳和总结。新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习
六、课前准备
1. 学生的学习准备
学生收集了解关于光合作用研究历史。兴趣小组做关于光合作用的探究实验。
2. 教师的教学准备
指导学生预习教材、收集了解关于光合作用研究历史；制作的多媒体课件；准备实物投影等课堂用品。
3. 教学用具的设计和准备
（1）多媒体课件 （2）实物投影仪
七、课时安排：1课时
八、教学过程：
第一课时 光合作用的探究历程
(一)预习检查、总结疑惑
检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。
（二）情景导入、展示目标。
【多媒体】展示一组优美的配乐风景图片。
【教师】植物的每一片绿叶就好像是一个 “绿色工厂”源源不断地生产者有机物。在自然界中绿色植物随处可见，你看到过植物正在进行光合作用吗？没有。那么，科学家们到底是怎样发现光合作用这一生理过程的呢？（创设问题情境，激发兴探究兴趣，导入新课。）
【教师】这节课我们就来学习光合作用的探究历程。我们来看本节课的学习目标。多媒体展示学习目标，强调重难点。
（三）合作探究、精讲点拨。
1. 植物为什么会生长的探究：
（1）亚里士多德的观点：
【教师】植物种在土壤，能不断的生长。植物为什么会生长呢？如果你是公元前的某个人你可能会怎样想？
【学生推测】植物种在土壤，植物的生长当然来源于土壤。
【教师】公元前3世纪，古希腊学者亚里士多德以为，小小的种子之所以能够长成参天大树，完全依靠于土壤。果真是来自土壤吗？我们要分析是怎样得出此结论的。
【学生思考后回答】亚里士多德的结论实际上只是一个经验上的推测，并没有进行相应的科学实验。（使学生认识科学的生物学结论的得出需要严谨得科学实验位基础。）
（2）海尔蒙特的实验:
【多媒体】展示材料1（图片和文字）：海尔蒙特的实验过程。
【教师】如果亚里士多德的结论是正确的，你推测一下，5年后柳树增加的重量与土壤减少的重量是怎样的关系？（让学生学会科学推测。）
学生推测后，教师展示海尔蒙特的实验结果：柳树重量增加了73.7kg而土壤只减少了约0.06 kg。
根据这一事实海尔蒙特会提出什么观点？ 据你了解该结论完全正确吗？
（培养学生分析问题和交流的习惯和能力，以及面对现象提出合理假设的能力。）
【学生讨论并回答】1.海尔蒙特根据试验得出的观点：建造植物体的原料是水分。
2.当时他没有考虑到空气的作用。
2.植物放出氧气之谜的探究：
【教师】是谁首先想到植物的生长与空气的作用有关的呢？1771—1777年，英国科学家约瑟夫·普利斯特利。
【多媒体】展示材料2：普利斯特利的实验图示。
由重复了普里斯特利实验的部分兴趣小组同学结合图示讲解实验过程、实验现象。
【教师】这个实验说明了什么问题呢？
【学生分析回答】植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气。
【多媒体】展示材料3：
当时又有多位科学家参照普利斯特利的实验过程重复实验，却发现他们的实验结果有时与普利斯特利相同，但也有很多时候与普利斯特利不同，甚至是完全相反的，即与植物同时放在密闭钟罩中的蜡烛熄灭的时间比不与植物同时放在密闭钟罩中的蜡烛熄灭得更快；与植物同时放在密闭钟罩中的小鼠比不与植物同时放在密闭钟罩中的小鼠存活时间更短。由此他们认为植物也能是空气变污浊。
【教师】这又是什么原因？
【学生分析讨论并回答】没有认识到光在其中的关键作用。（培养学生严谨的科学态度。）
【教师】是谁发现了光在其中的关键作用？
【多媒体】展示材料4：
1779年，荷兰的英根豪斯做了500多次植物更新空气的实验，结果发现：普利斯特利的实验只有在光下才能成功；植物体只有在光下才能更新污浊的空气。
【教师】由于当时科学发展水平的限制，普利斯特利仅仅联想到植物可以更新空气，但不知道是空气中的哪种成分在起作用，也没有认识到光在其中的关键作用。直到1785年，化学家们发现了空气的组成，人们才明确植物在光下吸收的是CO2，放出的是O2。
（使学生体会科学的研究需要不懈的努力，认识科学是逐渐发展的过程，不同学科在科学发展过程中相互促进。）
3.植物进行光合作用的条件、产物和场所的探究：
（1）光合作用的条件、产物探究：
【教师】光是植物光合作用的必要条件。那么在这个过程中光能到哪里去了？
1845年，德国科学家梅耶指出：植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
【教师】光能转换成化学能，贮存于什么物质中？ 部分兴趣小组的同学进行了探究。
【多媒体】展示材料5：部分兴趣小组的同学重复萨克斯实验实验的录像
【教师】为什么对天竺葵先进行暗处理？ 为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？这个实验的说明什么问题？
【学生回答】暗处理是为了将叶片内原有的淀粉耗尽。部分遮光部分曝光，是为了进行对照。碘遇淀粉变蓝，结果证明绿叶在光下制造了淀粉；光合作用需要光。
（进行实验设计能力的培养。）
（2）光合作用场所的探究：
【教师】1880年，德国的又一位科学家恩吉尔曼也进行了一个光合作用的实验。
【多媒体】展示材料6（图片和文字结合）：恩吉尔曼的水绵实验过程和现象
【教师】简介水绵和好氧型细菌的特点。
提问： ①为什么选用水绵做为实验材料？②为什么选用黑暗并且没有空气的环境？③为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？④好氧细菌集中于叶绿体所有受光部位的周围，这说明了什么问题呢？
【学生分析资料讨论回答】①选用水绵作为实验材料，是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究。②先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。③先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。④氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。（培养学生分析问题和语言表达能力。）
【教师】恩吉尔曼的实验巧妙地证明了光合作用的场所是叶绿体。
通过上述探究历程，可以归纳光合作用是怎样过程？
【学生】归纳得出光合作用的概念、反应式： CO2 + H2O——→(CH2O) + O2
4.释放的O2 来自于H2 O还是CO2、有机物是如何合成的探究：
（1）释放的O2 来自于H2 O还是CO2探究：
【教师】光合作用释放出的氧气到底来自水，还是二氧化碳？
可以提示：在绪论中曾介绍的同位素示踪法，应标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？
【学生讨论设计】用氧的同位素18O分别标记 H2O和CO2，使它分别成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用的实验：第一组向绿色植物提供H218O和CO2；第二组向同种绿色植物提供H2O和 C18O2。在相同的条件下，对两组光合作用实验释放出的氧进行分析。
【多媒体】展示实验结果：第一组释放的氧全部是18O2，第二组释效的氧全部是O2。
结论：光合作用中释放的氧全部来自水。
（2）有机物是如何合成的探究：
【教师】由原先写的光合作用的化学表达式，提问产物（CH2O）中C来自反应物中的什么?怎样研究其形成有机物的过程？
【学生】借鉴鲁宾和卡门的实验，很快想到用同位素示踪法。
【多媒体】展示材料7：20世纪40年代美国科学家卡尔文实验的过程，最终探明了碳转化成有机物中碳的过程，称为卡尔文循环。
5.近代科学家对光合作用的研究：
【多媒体】展示材料8：部分兴趣小组学生收集的近代科学家对光合作用的研究、因光合作用的研究获得诺贝尔奖的科学家，并由兴趣小组学生进行简单介绍。例如:1954年D.I.阿尔农的循环光合磷酸化的研究；英国的R.希尔光反应系统的研究；1982年西德生化学家H.米舍尔生物膜上的色素复合体的成功分离； 德国的蛋白质晶体结构分析专家R.休伯和J.戴维森这个复合体的复杂的蛋白质结构的测定等。
并引导学生分析预测光合作用的研究对农业、能源、国防、军事、航天等领域的重要作用，对人们生产、生活的影响。
6.对科学家对光合作用探究历程的归纳：
（1）在多媒体上对光合作用的探究历程中主要科学家、年代、研究结论等内容进行列表归纳。
【教师】从1771年至今科学家们历经三百多年，才对光合作用的生理过程有了比较清楚的认识。可见，科学的发展道路是很艰难，这里不仅包含着科学家们的艰辛劳动与智慧，还与社会科学技术的进步与发展密切相关。科学的结论来源于长期科学的研究。
（2）由上述实验归纳光合作用的场所、动力、原料、产物，得出光合作用的反应式。
【学生】场所：叶绿体；动力：光；原料：CO2 和H2O；产物：糖类等有机物和氧气。
光合作用的概念、反应式： CO2 + H2O×——→(CH2O) + O2×
（三） 光合作用有关问题的自主探究设计：
【教师】请学生思考有关光合作用的场所、动力、原料、产物，是否还有需要研究的问题、如何研究，并以小组合作的方式讨论、设计、汇报、修正实验方案。
【学生】以四人小组为单位，讨论研究的问题，共同设计探究实验，选择四组学生代表在实物投影仪上展示探究问题及实验方案。（例如探究光合作用需要CO2吗？）
其他小组可以提出问题进行质疑，通过交流、讨论修正实验方案。
（四）反思总结，当堂检测。
教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。
设计意图：引导学生构建知识网络并对所学内容进行简单的反馈纠正。
（五）发导学案、布置预习。
我们已经学习了光合作用的探究历程，那么，光合作用是如何进行的呢？在下一节课我们一起来学习光合作用原理和应用。这节课后大家可以先预习这一部分，着重分析光合作用的过程。并完成本节的课后练习及课后延伸拓展作业。
九、板书设计
<一>、光合作用的探究历程
1、1627年，海尔蒙特（比利时），原料：水
2、1771年，普利斯特利（英），植物可以更新空气
3、1779年，英格豪斯（荷），条件：光照
4、1864年，萨克斯（德），产物：淀粉
5、1880年，恩格尔曼（美），场所：叶绿体 小结：CO2+H2O O2+ CH20 6、1939年，鲁宾和卡门（美），H2*O *O2
7、1948年，卡尔文（美），*CO2 2*C3 *CH2O
十、教学反思
光合作用探究历程中的经典实验，从一定程度上反映了科学探索的一般方法，是培养生科学素质的好素材。但是在教学过程中如果仅仅只是照本宣科介绍几个科学家的实验，学生学习的兴趣不能激发,学习的主动性不能调动。要结合学校的实际将部分经典实验设计为兴趣学生亲自动手做的验证实验，课堂上由兴趣小组学生呈现给全体同学,再加上与多媒体的有机结合，达到既培养学生科学精神和创新思维能力的目的，就充分调动学生的学习能动性。
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