《光合作用》一节的教学设计
吕玉兰 （石家庄市第五十四中学 邮编 050035 ）
1 教材分析
本节教材主要讲述了光合作用的发现史。光合作用的发现是建立在初中光合作用的基础知识上，安排了绿叶在光下制造淀粉的实验的基础上，更加深入地从产物和场所等方面讲述了光合作用发现过程中的几个著名实验。其中普里斯特利和萨克斯两位科学家的实验学生在初中时学习过，但只是按照步骤做过，对于原理理解不透。通过五个实验的学习，不仅能了解光合作用的发现过程，同时能渗透实验的思想，加强学生科学探究的意识以及培养学生实事求是的科学态度和不断探求新知识的精神，培养学生的思维能力，锻炼学生的动手能力。
2教学目标
本节课通过学习光合作用的发现史，了解科学实验的基本思路及科学家对真理执着追求的精神；学会通过实验验证真理。
2.1.知识目标
光合作用的发现（知道）
2.2能力目标
（1） 通过光合作用发现史的学习，培养学生实验探究的能力。
（2） 培养学生知识迁移能力，掌握知识的内涵和外延，培养分析综合能力。
2.3情感目标
结合光合作用发现史的学习及实验设计与分析，培养学生科学的态度及创新、合作精神，进行热爱科学、献身科学的科学思想教育。
3教学重点、难点
教学重点：光合作用的发现
落实方案：通过探讨经典实验，分析它们精巧的设计思路，然后让学生运用这些设计思想进行实验设计，以加深对经典实验的理解。
4教学过程设计思路
|
引入 |
课件（图片） |
提问 |
|
|
回顾初中所学知识——光合作用 |
光合作用的的概念 |
|
光合作用的发现
|
实验一：光合作用有需要水 |
分析海尔蒙特的实验 |
|
探究一：如何验证光合作用产生氧气 |
①普里斯特利实验（分析）
②金鱼藻的光合：学生设计实验装置 |
|
探究二：如何验证光合作用产生淀粉 |
萨克斯实验：学生动手做，学生分析 |
|
探究三：如何验证光合作用需要二氧化碳 |
学生设计 |
|
实验二：光合作用的条件和原料 |
恩吉尔曼实验（分析） |
|
实验三：光合作用产生的氧的来源 |
鲁宾和卡门实验（分析） |
|
小结：（图片） |
师生共同进行 |
5教学过程
5.1 引言
师：大家来看一组图片（2幻灯片）
师：大家看到的是…果实蔬菜中有许多有机物，他们怎么来的？…光合作用…光合作用的定义是…（3幻灯片）
5.2 新授
师： 现在我们知道了光合作用是利用水和二氧化碳合成有机物和氧气的过程，但在360年以前他是一个谜，许多科学家为探究有关光合作用的问题呕心沥血，历经种种困难和失败最终才展现给我们了丰硕的成果。我们一起来沿着科学家的足迹也来亲身体验一回研究学问的艰辛，在这其中还有一些有趣的故事呢。公元前3世纪，古希腊学者亚里士多德提出，土壤是构成植物体生长的原材料。因此，在很长一段时间里，人们一直认为，小小的种子之所以能够长成参天大树完全依赖于土壤。然而，事情果真如此吗？ 1648年，一位比利时科学家海尔蒙特对此产生了怀疑，于是他设计了这样一个实验，让我们来看看（4幻灯片）
师：他把一棵重2.25kg的柳树苗栽种到一个木桶里，木桶里盛有干燥泥土90.8kg。以后，他每天只用纯净的雨水浇灌树苗。为防止灰尘落入，他还专门制作了桶盖。五年后，柳树增重76.7千克，而土壤却只减少了57g，根据这个故事思考：1.你能得出什么结论？
生：植物的生长土壤不是构成植物体生长的原材料，海尔蒙特为此提出了建造植物体的原料是水分这一观点
师：该实验起初的90.8kg的土壤为什么必须是干燥的？海尔蒙特在作实验时又没有设置对照？如果有，怎样设置？
生：用干燥的土壤是排除水对实验的干扰（排除干扰因素）;海尔蒙特没有设置对照；如果要设置对照，应该把一棵重2.25kg的柳树苗栽种到另一个木桶里，木桶里盛有干燥的固定植物的但不被吸收的物质90.8kg，以后，每天只用纯净的雨水浇灌树苗.如果也增重而且相似，说明植物的生长土壤不是构成植物体生长的原材料，而是来源于水。
师：他根据自己的观察提出了问题又设计了实验进行探索，在设计的过程中努力排除干扰因素，肯定了土壤不是构成植物体生长的原材料，这种设计实验的思想值得我们学习，但他的设计仍然是不完善的，没有设置对照。大约又过了70多年英国科学家普利斯特利做了另一个实验继续研究光合作用，我们一起来看看：（5幻灯片）
师：将一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到一个密闭的玻璃罩里，又将刚才的装置改为各加放一盆生长旺盛的绿色植物，并放在阳光下。小组讨论一下这几个问题：（6幻灯片）
1、 烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体？
2、 这个实验说明什么问题？
3、 普里斯特利的实验有对照实验吗？实验中所需控制的单一变量是什么？
生：…1、氧气2、绿色植物在光下产生氧气3、有对照，单一变量是有没有植物。
师：但有人后来重复他的实验但没有成功看看为什么？（7幻灯片）
师：小鼠和蜡烛的命运截然不同，是因为没有给装置进行光照，看来科学是需要严谨的态度的。普的实验在设计上更进了一步，加上他的科学的严谨的态度他成功了，但鉴于当时的科技的发展和知识的局限性，他只是得出植物在光下可以更新空气这一结论，但并不知道这种气体是氧气。我们现在无论在知识上还是在科技水平上都比当时先进得多，利用我们现有的知识和技能，活动一下我们的大脑试一试（8幻灯片）
验证氧气是光合作用的产物之一
实验材料： 烧杯、金鱼藻等水草、带火星的木条、自制的细颈漏斗、水、100W的电灯泡等
学生画出装置图
生：…讨论
师： 我们来看看同学们画的装置图请他上来给大家介绍他的思路
生：…学生把画出的装置图给大家介绍，并且说出预测结果。
师： 同学们与他相同的请举手，好。有没有同学还有疑问？现在让我们看看别人是怎么做的？（9幻灯片）
师： 这个设计装置的实验先让我们热热身，具体操作起来并不是很容易的问题。我们的兴趣小组又通过自己查资料设计实验验证光合作用产生淀粉的经典试验，让我们请上兴趣小组给大家介绍他们的试验及成果。请…
生：（10.11幻灯片）学生介绍试验及其结果。实验仪器及材料。说出实验步骤同时打出图片。步骤 1.实验材料按处理24—48小时。
2.选生长状况良好的几片叶子，用锡箔纸两面遮住，中间剪出不同的形状，然后加住。
3.进行光照2-4小时4. 取下叶片进行酒精水浴加热进行脱色，滴加碘酒观察颜色变化。中间露光的部分颜色深周围部位颜色浅.
4.分析结果得出结论。我们的实验结论是：植物在光下进行光合作用生成淀粉等有机物。根据自己的体会提问题给同学，并帮同学纠正。
1）为什么对天竺葵进行暗处理？
2）为什么让叶片一半曝光另一半遮光？
3）为什么要用酒精脱色？
4）为什么水浴加热？
5）该实验的结果说明了什么问题？
6）设计试验的原则是什么？
请其他同学说他们的疑问…为什么要两面遮光？
师：这个实验并不是很成功，原因你分析过吗？。。。这是用天竺葵做的实验(12幻灯片)
师：有了兴趣小组给我们带来的精彩的试验和只是让意犹未尽得我们再来设计一个实验证明二氧化碳是光合作用的原料之一。这是我们的实验仪器，（介绍）请小组讨论设计出试验步骤。那一组同学上来讨论？
生：讨论说出本组的实验设计。由其他组提出不足。
… …
生：实验仪器及材料。说出实验步骤同时打出图片。
步骤1.取实验材料常春藤暗处理24—48小时。选取生长状态相似的枝叶两组备用。
2.用玻璃钟罩和玻璃板制成密封透光的两套装置标号1组和2组，边缘涂凡士林。
3.1号中放置培养皿并加入20mlNaOH,2号装置中加入相同的培养皿并加如20ml蒸馏水。把两组枝条分别培养在两个烧杯中，放在两个装置中，并放置在光下2--4小时。
4.取两株的叶片酒精加热脱色并滴加碘液。预测结果：1组叶片不变蓝，2组叶片变蓝。结论：说明植物在光下进行光合作用需要二氧化碳产生淀粉。.
师：同学们根据他们组的实验设计步骤，对照你们组的结果说明他们设计的合理的部分和不足的地方。
生：… …
师：同学们各抒己见把实验设计得很完善，越来越接近科学家的思路和做法。但有一点是，兴趣小组用的实验材料效果不佳，可能选材不是很好，对于研究问题选材也是很重要的，科学是严谨的。在设计完善，操作正确的前提下，加上选材得当，成功的机率就更大些。
师： 随着科学技术的发展，可以利用的手段越来越完善。1880年，德国科学家恩吉尔曼（G.Engelman）做了这样一个实验。先将载有水绵和好氧性细菌的临时装片放在没有空气并且黑暗的环境里，先用极细光束来照射水绵在显微镜下观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到部分附近。如果将上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位周围。（13幻灯片）
师：思考讨论下列问题（14幻灯片）
1） 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？
答：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。
2）为什么选用水绵作为实验材料？
水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。在显微镜下便于观察和分析研究
3）为什么先放在没有空气且黑暗的环境中
1、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。
2、 同一装片先在黑暗环境中，后完全暴露在光下，确保有光与无光的对照，而其它条件完全一样。）
4）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？
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作对照，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。
恩吉尔曼如何控制无关变量从而证明实验的结果完全是光照引起的，并且间接看见氧是由叶绿体释放出来的，同学们对此钦佩不已。通过学生讨论认识到科学实验选取合适实验材料重要性，学生们在感叹科学家的实验设计的巧妙构思的同时，也激发学生探索生命现象的兴趣。这正是我们引导学生学习科学发展史的目的。
师： 回顾前面的实验我们是不是能写出光合作用反应式呢？
板书： 反应式
师： 反应式中的原料二氧化碳和水，产物中的有机物氧气反应场所是叶绿体我们通过实验都能证明了，但光合作用中有氧气生成，在光合作用中产生的氧到底是来自水还是二氧化碳？大家能否设计一个方案来验证呢？
师：60年代以后，由于固体物理和光化学迅速发展和渗透，人类对光合作用机理的探讨提出了许多新观点，从而使光合作用的研究深入到量子水平。
有学生提出对氧进行跟踪。怎样跟踪呢？这就要用到同位素标记法，下面同学们先阅读课本中的小资料。什么是同位素标记法呢？（学生阅读）
师：20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门，利用同位素标记去成功地进行了另一个光合作用的实验。（15幻灯片）
师：由此可以看到。几代科学家历经二百多年，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。
5.3 小结：
5.3.1 探究问题的方法：
提出问题→建立假设→实验探究→收集和处理事实→得出结论
5.3.2设计实验的原则：
1） 对照性原则；
2） 单一变量原则；
3） 等同性原则；
4） 科学原则（合理选材）。
5.3.2 光合作用发现史及其有关知识
师：今天这节课里，我们首先介绍了光合作用的发现历程。对于这部分内容，同学们不要只记住结论，更重要的是理解科学家们的设计思想。
5.4 作业
叶脉是运输水的结构，你能根据这个实验原理理设计实验证明水是光合作用 的原料吗？你也可以设计实验探索有关光合作用的其他问题，并将实验设计以书面形式上交。
6 教学体会
这节课设计了理科的科学性和严谨性。本节课有三条线索：
1.知识线索
2.实验设计原则、方法
3.光合作用的发现的时间顺序
这节课的设计真正改变课堂的角色让学生做学习的主人。学生通过自己收集资料、整理、讲述，此过程锻炼了学生的自学能力、合作能力，培养了他们的创新意识；使他们深刻体会科学家发现问题思考问题的方式，理解科学家探索道路的漫长，也感受到每一步发现都需要精心的设计认真观察，分析思考；培养学生的不断探索自然界生物学奥秘的兴趣。
|
