|
光合作用
教学目标
１．知识方面
⑴ 光合作用的发现过程。（Ａ：知道）
⑵ 光合作用的结构基础及基本过程以及相关的反应场所、反应条件、物质变化、能量变化等基本知识。（D：应用）
⑶ 光合作用的意义。（Ｄ：应用）
⑷ 影响光合作用的外界因素及其原理，学会运用所学知识解释一些生活、生产中的实际问题。（Ｄ：应用）
２．态度、情感、价值方面
⑴ 通过对光合作用结构基础的分析，强化学生对＂结构和功能相统一＂的观念的认识。
⑵ 通过运用光合作用的有关知识解决生产实际问题的讨论，使学生逐步形成理论联系实际的理念，增强科学、技术、社会（ＳＴＳ）的意识。
⑶ 通过对光合作用发现史的几个经典实验的讨论，使学生体验科学工作的方法和过程，增强学生探索新知识的欲望和创新意识。
３．能力方面
⑴ 通过重复光合作用发现过程中的几个经典实验，提高学生的科学素质，培养学生设计实验，分析实验结果的能力。
⑵ 通过对光合作用过程中光反应、暗反应的相互关系以及温度、二氧化碳、光照强度等外界条件对光合作用的影响的分析、讨论，培养学生发现问题、综点击此处下载合分析问题的能力。
重难点分析
一、教学重点
１．通过对光合作用发现过程中的经典实验的分析、讨论，使学生感受到科学发现的艰难、科学方法培养的重要。培养学生严谨的科学态度、激发学生的创新意识。
２．通过对叶绿体中的基粒、基质、色素、酶等结构和物质与光合作用的进行相适应的特点的分析，提高学生分析问题的能力，增强学生对“结构与功能相统一”的认识。
３．使学生掌握光合作用中物质和能量的转化过程，进而理解光合作用的实质及意义。
４．通过对影响光合作用因素的分析、讨论，使学生掌握影响光合作用的各种因素及相关的原理。进而引导学生把所学知识应用到现实生活中去，在提高学生综合分析问题能力的同时，增强学生ＳＴＳ的意识。
二、教学难点
１．由于学生刚开始学习高中生物，缺乏基本的知识和技能。因此，使学生真正领会光合作用发现过程中的经典实验的科学原理，并运用到设计一些简单的实验过程中去是本节的教学难点之一。因此，在教学中应尽可能的使学生重复一些经典实验，使学生增加感性认识。再通过启发、讲解和有针对性的讨论使学生理解有关的科学原理。
２．光合作用中物质和能量的转化过程以及光反应与暗反应的相互关系比较抽象，学生较理解，同样也是教学难点。在教学过程中应该尽可能的通过多媒体教学手段来体现光合作用的基本过程，为学生创设直观的学习情景，以便于学生掌握。
３．引导学生从整体上动态地把握外界各种因素对光合作用的影响，并用于解决现实生活中的实际问题也是难点之一。在教学过程中应该尽可能的为学生提供有关的资料，如相关的曲线、图表及农业生产的常识，以便学生讨论。
教学设计说明
光合作用作为最基本的物质代谢和能量代谢是本书重点之一。它是学生以后学习《新陈代谢的基本类型》和《生态系统的结构和功能》的基础。同时，通过学习光合作用也可以使学生更好地认识生态方面的一些热点问题。如粮食、化石能源、环境等都与光合作用有着密切的联系。
《光合作用》涵盖了“光合作用的发现”、“叶绿体中的色素”、“光合作用的过程”、“光合作用的意义”等主要内容。这一章的教学切忌把教学过程封闭在“光合作用的过程”等主干体系中。一定要注意从“过去”到“现在”再到“未来”，从“课外”到“课堂”再到“课外”的全面开放的课堂。即从光合作用发现的２００年历程到运用光合作用的相关知识解决现实的农业生产问题，进而设想科技农业的未来。从课前的收集信息资料，重复经典实验到课堂上的交流讨论、发现探究，再到课后的实验设计、指导实践。全方位地开放课堂，为学生搭设一个自主学习、发现探究的“平台”。
“光合作用的意义”可以采用课堂讨论的教学模式。课前布置学生以初中所学知识为基础收集整理与光合作用有关的资料（教师可以提供一些数字材料或相关的网站信息以供学生参考）。课堂上再组织学生观看课件、录像、交流和讨论收集到的资料，进而总结出光合作用的意义。
光合作用的发现过程凝聚了众多科学家在２００年探索历程中的心血和智慧。一系列的经典实验，从一定程度上反映了科学探索的一般方法。这些经典实验为培养学生的科学思维方式和研究方法，培养学生科学精神、创新意识提供了非常好的素材。因此，这一部分内容可以采用过程式教学与研究性学习相结合的教学模式。让学生跨越时空，在虚拟的情景中重演光合作用的发现过程。但切忌简单的重复，要引导学生去发现和领悟其中的科学原理，鼓励学生对前辈的实验质疑和完善，甚至鼓励学生自己重新设计实验，以此来培养学生的科学素质和创新精神。
“叶绿体中的色素”不仅要让学生掌握色素的种类和功能，更重要的是要让学生通过讨论总结出叶绿体与进行光合作用相适应的特点，为后面学习光合作用的过程打下基础。
“光合作用的过程”比较抽象，可以采用启发、讲解与观察、讨论相结合的教学模式。尽可能地通过多媒体课件来展示虚拟的光合作用过程，为学生的观察创造条件，并就知识要点提出问题以供学生讨论。通过讨论和总结，不仅要使掌握光反应、暗反应中物质和能量的转化过程，还要理解光反应与暗反应之间的关系以及外界因素对光合作用强度的影响。再结合农业生产的实际引导学生用所学的知识指导生产实践。
课时安排
二课时
课前准备
准备有关叶绿体的结构及光合作用过程的电脑动画课件，有关光合作用的意义的录像资料以及文字资料以及兴趣小组的学生重复部分经典实验的录像等。
教学过程
第一课时
一、光合作用的意义
引言：我们知道人和动物每天都要摄取食物以满足对物质和能量的需求，而绿色植物却不需摄食，原因何在？通过初中的学习我们知道绿色植物可以利用二氧化碳和水制造有机物并释放氧气。那么绿色植物的光合作用会对自然界有什么意义呢？
教师活动：播放录像（根据光合作用的意义剪辑而成），并组织学生观看。
提出问题：光合作用给生物界带来什么？并组织学生结合录像及自己收集的资料就所提问题进行讨论。
教师活动：结合讨论的结果进行总结：
1.光合作用可以制造有机物。
地球上的绿色植物好像一座“绿色工厂”每年可以制造（4～5）×1011 t的有机物，为包括人类在内的几乎所有生物提供物质来源。
2.光合作用可以转化太阳能。
地球上的绿色植物是一个“巨型能量转换站”，每年可以转化太阳能3×108kj。它是地球上几乎所有生物的能量来源。
3.光合作用可以维持大气中氧气和二氧化碳含量相对稳定。
地球上的绿色植物好像一台天然的“空气净化器”，不断地吸收二氧化碳释放氧气。这既保证了各种生物对氧气的需求，又可以防止因二氧化碳过多而引起的“温室效应”。
4.光合作用对生物进化有重要意义。
地球的原始大气中原本没有氧气，自从绿色植物出现以后大气中才逐渐含有氧气，这为需氧型生物的出现创造了条件，并使它们得以生存和发展。紫外线对生物的生存、发展与稳定有强烈的影响，它可以危及生物的生命，并导致生物产生基因突变，由于紫外线在水中衰减明显，故对水生生物危害不太明显。但是陆地紫外线非常强烈，正是绿色植物光合作用产生的部分氧气转化成臭氧（O3）,有效地滤除了太阳辐射中大部分紫外线，才为水生生物逐渐向陆地发展创造了必要条件。
当今大气圈上空出现臭氧层空洞，值得人类引起充分注意，并需要采取有效措施加以解决。大家可以想一想，我们人类怎样才防止出现臭氧层空洞呢？希望同学们在课下查找有关的资料并进行交流。
通过刚才的学习我们可以看到光合作用对于人类和整个生物界都有重要意义。在人口爆炸、粮食危机、能源匮乏、环境污染等问题日益严重的今天，我们作为地球村的一员面对严酷的现实该怎么去作呢？这是我们每个人都应该思考的问题。
二、光合作用的发现
提出问题：通过前面的讨论外贸制度光合作用对自然界具有重要的意义，那么光合作用又是怎样逐渐被人发现和了解的呢？下面我们来看一看科学家们是怎样逐步认识光合作用的。、
很久以前人们一直以为植物的生长完全依靠土壤，1648年比利时科学家海尔蒙特对此产生了怀疑，因此他设计了如下实验。
教师活动：展示1648年比利时科学家海尔蒙特的盆栽柳树的实验示意图，并做适当的讲解。
1.海尔蒙特将一棵2.5kg的柳树种到一个木桶里(桶里的土壤经烘干并称过重量)。
2.每天只给柳树浇适量的雨水，并利用桶盖防止灰尘进入桶内。
3.五年后取出柳树，并把柳树和土壤分别称重。发现，柳树增长了八十多千克，而土壤只减少了一百多克。
提出问题：经过五年的生长柳树增长了八十多千克而土壤只减少了一百克，这说明了什么问题呢？
学生讨论后小结：当时海尔蒙特据此提出了建造植物体的原料是水的观点。
提出问题：海尔蒙特的这一结论是否精确呢？
学生讨论后小结：他忽略了空气对柳树的影响。
提出问题那又是谁首先想到植物的生长与空气有关的呢？下面我们再来看一看1771年英国科学家普利斯特利所做的实验。
教师活动：播放有关普利斯特利实验的CAI课件资料，并讲解实验过程。
1.在光照充足的地方将小老鼠和点燃的蜡烛分别放在一个密闭的玻璃罩内，不久小老鼠死亡，蜡烛熄灭。
2.如果把小老鼠和点燃的蜡烛分别放在有绿色植物的密闭玻璃罩内，则小老鼠不易死亡，蜡烛也不易熄灭。
提出问题：小老鼠生活、蜡烛燃烧需要什么气体？这个实验说明了什么问题？
学生讨论后总结：这个实验可以证明植物吸收二氧化碳释放了氧气。
但是，受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，并不知道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。他在实验记录里也没有记录是在有光的环境所做的实验，进而得到这样的结果。因此，1779年英格豪斯在室内做相同的实验时却得不到与之一致的结论。这是为什么？
学生抢着回答：因为室内光线比较弱。
对了，英格豪斯因此而发现了光合作用的必需条件之一——光。后来，又经过很多科学家的实验，才逐渐发现了光合作用的场所、反应条件、原料和产物。下面我们再来看几个经典的实验。
教师回答：播放兴趣小组同学重复萨克斯在1864年证明光合作用产生得分的实验录像。并让兴趣小组的同学讲解实验过程。
1.将天竺葵放到黑暗处一昼夜。
2.将天竺葵的一部分叶子一半曝光一半遮光，再培养一段时间。
3.再将天竺葵的叶子水浴加热去除叶子的的叶绿素。向处理后的叶子上加碘液发现曝光部位变成蓝色，遮光部分不变色。
提出问题：
1.为何要将天竺葵先进行一昼夜的暗处理？
2.为何要对天竺葵的叶子进行“一半曝光，一半遮光”的处理？
3.实验的结果说明了什么？
学生讨论后总结:暗处理是为了消耗叶子原有的淀粉；“一半曝光，一半遮光”是为了进行对照；实验的结果可以证明天竺葵的叶子在光下制造了淀粉。同时也可以证明光合作用需要光。
这样在1864年萨克斯通过这个实验就成功地证明了光合作用制造了淀粉。
随着科技的进步，到了1880年科学家们又有了什么新发现呢？我们再来看看恩吉尔曼设计的光合作用的实验是怎样进行的。
教师活动：出示恩吉尔曼实验的CAI课件，并讲解实验过程。
1.将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气黑暗的环境里。
2.用极细的光束照射水绵，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的部位。
3.装片完全暴露在光照下，在显微镜下观察发现好氧细菌集中在叶绿体所有的受光部位。
提出问题并就所提问题组织学生讨论：
1.选用水绵做实验有什么好处？
2.为什么选用黑暗没有空气的环境？
3.为什么先用极细的光束照射水绵，而后又让水绵完全曝光？
4.好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的部位。说明了什么问题呢？
讨论后教师总结：
1.选用水绵做实验材料是因为水绵有细而长的带状叶绿体，便于观察和分析研究。
2.选用黑暗没有空气的环境，是为了排除空气中光线和氧气对实验的影响。
3.先用极细的光束照射水绵，便于用好氧细菌准确检测出水绵细胞的放氧部位。而后让水绵完全曝光是为了与之对照，来证明实验结果是由光线引起的。
4.好氧细菌只集中在叶绿体被灌输知识的保卫者说明了氧气是由叶绿体释放的。
恩吉尔曼通过实验巧妙地证明了光合作用的场所是叶绿体。
从以上几位科学家的实验我们不难看出，随着科技手段的进步，人们对光合作用的认识越来越深入了。到20世纪30年代科学家们对光合作用的探索又进行了什么样的尝试呢？下面我们就再来看看蒙古科学家陆斌和卡门是怎样利用同位素标记法来证明光合作用中氧气的来源的。
教师活动：
1.用18O分别标记水和二氧化碳。
2.给第一组植物提供H２18O和ＣO2，检测光合作用释放的氧气，发现氧气具有放射性。
3.给第二组植物提供H2O和Ｃ18O2，检测光合作用释放的氧气，发现氧气不具有放射性。
提出问题：这个实验能证明光合作用产物中的氧气愿与反应物中的谁呢?
通过学生讨论后得出结论：光合作用释放的氧气全部来源于水。
刚才我们看到了，几代科学家提供200多年的艰难探索才对光合作用有了较为清楚的认识。可见，科学发展道路的艰难，这不仅需要空想家的艰辛劳动与智慧，还与社会科技的发展密切相关。
现在我们的条件比以前的科学家强多了，我们能不能自己设计实验来尝试一下简单的科研工作呢？比如，设计一个实验来证明“植物的光合作用需要二氧化碳”。下面我们先来看看兴趣小组的同学是怎样设计的。
教师活动：播放实验录像，并请兴趣小组的同学介绍实验过程。
1.将甲、乙两盆天竺葵放在黑暗处48小时。
2.将甲盆天竺葵放在无色的玻璃罩内，花盆旁边放置一个培养皿，培养皿（大号）内盛有25ml/dl的NaOH溶液，并用凡士林密封玻璃罩。然后移置光下培养5小时。
3.将乙盆天竺葵按照（2）得方法处理。但是，用清水代替25ml/dl的NaOH溶液。
4.将两盆天竺葵从玻璃罩内同时取出，摘取甲、乙两盆天竺葵的几片叶子分别进行酒精隔水加热，煮沸待叶子褪色后，将叶子取出并漂洗干净。将漂洗干净的叶子用碘液分别处理。
结果：甲盆天竺葵的叶子不变蓝，而乙盆植物的叶子变蓝。
这个实验是怎样证明“植物的光合作用需要二氧化碳”的呢？它运用了哪些科学原理呢？希望同学们在课下做进一步的思考，也希望同学们自己尝试重新设计。
到此，我们就光合作用的发现过程的讨论中得到有关光合作用的基本概念：（教师可以让学生总结，并书写光合作用的化学反应式,强调每一步的发现过程和当时的结论。）
三、 叶绿体中的色素
我们知道光合作用的场所是叶绿体，那么叶绿体具有什么样的结构来保证光合作用顺利地进行呢？
教师活动：演示叶绿体结构的课件，并组织学生就所提问的问题进行讨论。
通过讨论得出下列结论并进行总结：
1.叶绿体的外膜和内膜使叶绿体具有了独立的空间，为光合作用的进行提供了稳定的内环境。
2.叶绿体基粒的囊状结构为各种光合色素和酶的附着提供了广阔的膜面积，为色素吸收光能以及各种化学反应的进行创造了有利的条件。
3.叶绿体的基质含有大量的酶，为光合作用在常温、常压下顺利地进行提供了保障。
提出问题：色素是绿色植物利用光能进行光合作用的关键，那叶绿体中含有哪些色素呢?
教师活动：出示叶绿体中色素的提取和分离实验结果的投影图象，结合图像组织学生观察、讨论。
通过讨论总结出色素种类和颜色：
叶绿素a （深绿色）
叶绿素类
叶绿素b （浅绿色）
叶绿体中的色素
叶黄素 （黄色）
类胡萝卜素
胡萝卜素 （橙黄色）
提出问题：叶绿体中的这些色素又有什么作用呢？
教师活动：演示色素吸收光谱的投影片，并做适当的讲解。
提出问题：光穿过三棱镜后所形成的七色光经过含有叶绿体中色素的溶液后发生了哪些变化？这说明了什么问题？
讨论后教师总结：红橙光区和蓝紫光区明显变暗了，这说明红橙光和蓝紫光被叶绿体中的色素吸收了。因此，我们可以说叶绿体中的色素具有吸收光能的作用。不仅如此，叶绿体中的色素还可以传递、转换光能。
通过前面的讨论，我们看到叶绿体为光合作用的进行创造了各种有利的条件，那么光合作用时怎样在叶绿体中进行的呢？这是我们下一节课讨论的内容。
四、小结
五、课后作业
P60第二大题第2小题
|
