生物必修一能量之源——光与光合作用之光合作用的发现历程教学设计.doc

光合作用的发现历程教学设计新课程教材教学设计之光合作用的发现历程作 者： 黄和平工作单位：上高二中二00九年十一月二十日光合作用的发现历程一、教学目标：1、知识目标： 了解光合作用的发现过程，并能简述出光合作用的原料、产物、条件和反应场所。2、能力目标： 学习各位科学家的发现过程，帮助学生学会运用探究的手段发现问题、解决问题。3、情感目标：(1)通过光合作用发现过程的学习，使学生认识到科学发现的艰辛、科学研究方法的重要性，进而说明学习方法的重要性。 (2)通过体验科学探究一般过程，了解科学研究的一般方法、养成勇于实践的科学精神和实事求是的科学态度。二、教学重点：光合作用的发现过程中，各实验步骤、结论、缺点。三、教学难点：光合作用的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的结论。四、教学方法：导学导思法、讨论法、提问法相结合五、课时安排：一课时六、教学过程：教 学 过 程学 法 指 导新课引入：人们对植物光合作用这一重要生命现象的发现以及对光合作用总反应式的认识，经历了由表及里的漫长过程，是各国科学家共同努力的结果。众所周知，一粒种子播种在土壤中，在适宜的条件下便可萌发生长。有的可以长成高达数十米的参天大树；有的在其最适合生长的季节里具有惊人的生长速度。如玉米在拔节期每天大约长高8cm，而大牡竹曾有一天增高41cm的记录。那么，植物生长所需的营养物质是从哪里来的呢？知识链接：早在两千多年以前，人们受古希腊著名哲学家亚里士多德的影响，一直认为植物体是由“土壤汁”构成的，也就是说植物生长发育所需的物质完全来自于土壤。在1648年，比利时科学家海尔蒙特设计了一个巧妙的实验，推翻了这一说法，解开了柳树生长之迷。一、海尔蒙特实验(1648年) “柳树之迷”展示海尔蒙特实验过程的有关图片；讲述海尔蒙特实验的步骤及实验的现象。引导学生分析实验现象，得出实验结论。 教 学 过 程学 法 指 导海尔蒙特实验的步骤及现象：1、 海尔蒙特把一棵2.5千克重的柳树苗栽种到一个木桶里，桶里盛有事先称过重量的土壤。2、 在这以后，他只用纯净的雨水浇灌树苗。为了防止灰尘落入，他还专门制作了桶盖。3、5年过去了，柳树逐渐长大。经过称重，他大吃一惊：柳树的重量增加了80多千克，而土壤却只减少了不到100克。 导思：由海尔蒙特实验的步骤及实验的现象，你能得出什么结论呢？导学：构成植物体的物质来自于水分，而土壤只供给极少量的物质。海尔蒙特首先提出了水参与植物体有机质合成的观点。但非常遗憾的是，海尔蒙特实验存在一个非常明显的不足之处。导思：海尔蒙特实验存在一个非常明显的不足之处，是什么呢？导学：海尔蒙特没有考虑到空气对植物体物质形成所发挥的作用。知识链接：早在1637年，我国明代科学家宋应星在论气一文中，已注意到空气和植物的关系，提出“人所食物皆为气所化，故复于气尔”。可惜因受当时科学技术水平的限制，未能用实验证明这一精辟的论断。直到100多年后，英国科学家普利斯特利做了一个有名的实验。人们才确信植物的光合作用与空气有着密切的关系。 二、普利斯特利实验(1771年)普利斯特利实验的步骤及现象：1、用玻璃钟罩分别罩住小白鼠和点燃的蜡烛一段时间后，小白鼠死亡；蜡烛熄灭。2、将小白鼠和绿色植物罩在一起；将点燃的蜡烛和绿色植物罩在一起一段时间后，小白鼠仍活动自如，蜡烛继续燃烧。导思：由普利斯特利实验的步骤及实验的现象，你能得出什么结论呢？导学：植物可以更新空气。导思：在植物可以更新空气的结论中，“更新空气”具体是指什么呢？导学：“更新空气”是指植物可以吸收二氧化碳，释放出氧气。知识链接：随后有人重复普利斯特利的实验，但却得出了与之相反的结论，认为绿色植物不仅不能更新空气，反而会把空气变得污浊。这种截然不同的结论引起人们极大的关注。导思：为什么有人认为植物也能使空气变得污浊，你能解释这种现象吗？导学：植物在黑暗环境中只能进行细胞呼吸释放出二氧化碳，不能进行光合作用释放出氧气，所以空气会变得污浊。知识链接：英格豪斯做了500多次植物更新空气的实验，证实了普利斯特利的实验结果，确认绿色植物对污浊的空气有“解毒”能力，同时指出这种能力，是太阳光照射的结果。从而证明绿色植物只有在光下，才能更新空气。要求学生对此进行分析讨论，得出相关的结论，教师进行点拔。要求学生认真分析海尔蒙特实验的过程，引导学生分析此实验的缺点与不足。演示普利斯特利实验过程的课件；讲述普利斯特利的步骤及实验的现象。引导学生分析实验现象，得出实验结论。要求学生结合生活实践，展开讨论，得出结论。教 学 过 程学 法 指 导三、英格豪斯实验(1779年)导思：如何设计实验，证明植物只有在光下，才能更新空气？导学：将一只小白鼠和绿色植物用玻璃钟罩罩住，并将装置放在太阳光下；同时将一只大小且性别相同的小白鼠与生长状况基本相同的绿色植物用同等大小的玻璃钟罩罩住，并用黑布将整个玻璃钟罩罩住，放在太阳光下，几个小时后，观察小白鼠的生活状况。知识链接：通过上面的学习，我们可以确认绿色植物进行光合作用需要光照。那绿色植物吸收的光能到哪里去了呢？1845年，德国科学家梅耶（R.Mayer）根据能量转化与守恒定律明确指出：植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来了。那么，光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？也就是说，在植物光合作用过程中，还产生了什么物质呢？这一问题迟迟未能解决。直到1864年，德国科学家萨克斯做了一个非常经典的实验，才解决了这一难题。四、萨克斯实验(1864年)导思：实验过程中对天竺葵进行一昼夜的黑暗处理，这样做的目的是什么？导学：将叶片中原有的淀粉运走耗尽，避免影响实验结果。导思：为什么要对叶片进行酒精隔水浴加热？导学：除去绿叶中的色素，防止干扰实验的颜色反应。导思：分析萨克斯实验的现象，可以得到哪些实验结论？导学：1、天竺葵进行光合作用，制造出了淀粉（有机物）；2、天竺葵只有在光下才能进行光合作用制造淀粉；3、叶绿体是光合作用的场所。 知识链接：在当时，虽然人们对光合作用与气体间的关系有较深刻的认识，但是由于当时化学发展水平的限制，人们尚不了解植物吸收和释放的究竟是什么气体。直到1785年，由于发现了空气的组成，值得一提是，法国著名化学家拉瓦锡通过实验发现了空气中有氧气，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。然而，当时对于氧气是从绿色部分的什么部位释放出来的尚不清楚。在1880年，德国科学家恩格尔曼巧妙地利用具有螺旋形叶绿体的水绵进行了一个非常有名的实验，证明了光合作用释放氧气的具体部位。五、恩格尔曼实验(一) (1880年)恩格尔曼实验的步骤及现象：1、把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。2、把临时装片完全暴露在光下。好氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位。导思：恩格尔曼为什么采用叶绿体呈螺旋式带状的水绵与好氧细菌做为实验材料，这样的选材有什么巧妙之处呢？导学：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确定释放氧气的部位。要求学生写出实验步骤，并展示学生写出的实验步骤，展开讨论，教师进行点拔、引导，归纳出合理的实验步骤。演示萨克斯实验过程的课件，并讲述萨克斯实验的步骤及实验的现象。要求学生分析对天竺葵叶片进行一系列处理的原因，最终引导学生分析实验现象，得出实验结论。演示恩格尔曼实验过程的课件及展示有关的图片，讲述恩格尔曼实验的过程及实验现象，引导学生分析实验现象，得出实验结论。教 学 过 程学 法 指 导导思：恩格尔曼为什么要将制作的临时装片置于没有空气的黑暗环境中呢？导学：没有空气的黑暗环境可以排除氧气和光的干扰。导思：恩格尔曼在实验时，为什么要采用极细的光束照射叶绿体呢？导学：用极细光束照射叶绿体，可将水绵细胞内的叶绿体分为受光和不受光的部位，这相当于一组对比实验，可增加实验结论的说服力。导思：恩格尔曼在实验时，为什么还要设置一个临时装片完全暴露在光照下的实验呢？导学：再设置一个完全暴露在光照下的实验是对实验结果再一次进行验证，使得到的实验结论更具有说服力。导思：在恩格尔曼实验中，好氧细菌为什么向叶绿体被光束照射到的部位集中，而也被光束照射到的无叶绿体的部位以及未被光照射到的叶绿体部位，却无好氧细菌的聚集？由此我们可以得出什么样的结论？导学：因为只有被光束照射到的叶绿体部位才能释放出氧气。实验结论：1、氧气是由叶绿体释放出来的；2、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。知识链接：恩格尔曼在证明光合作用放氧部位是叶绿体后，并没有满足于现状，紧接着又做了一个实验。五、恩格尔曼实验(二) (1880年)恩格尔曼实验(二)的实验步骤及实验现象：用透过三棱镜的光照射载有水绵和好氧细菌临时装片大量的好氧细菌聚集在红橙光和蓝光区域。导思：用三棱镜处理光线的作用是什么？好氧细菌大量聚集在红橙光区和蓝紫光区的现象，说明了什么问题？导学：用三棱镜处理光线，可以使太阳光分成七种单色光；说明了植物主要吸收太阳光中的红橙光和蓝紫光进行光合作用。导思：通过对以上经典实验的学习，你能归纳出光合作用所需的原料、产物、场所和条件吗？你能用一个化学反应式表示出来吗？ CO2H2O (CH2O)O2光能叶绿体导学：原料：二氧化碳和水；产物：淀粉(有机物)、氧气；场所：叶绿体；条件：光照。反应式：导思：由光合作用所需的原料、产物、场所和条件等知识，如何对光合作用的概念进行描述？导学：光合作用是指绿色植物通过叶绿体(场所)，利用光能(条件)，把二氧化碳(原料)和水(原料)转化成储存着能量的有机物(产物)，并且释放出氧气(产物)的过程。知识链接：在此时，人们已经确信光合作用的原料有水和二氧化碳，产物除有机物外，还有氧气。但是光合作用释放的氧气到底是来自二氧化碳还是水呢？人们曾一度认为这些氧气是来自同是气体的二氧化碳。事实果真如此吗？引导学生分析恩格尔曼实验中选材、操作的巧妙之处。要求学生分析恩格尔曼实验的现象，引导学生得出实验的结论。展示恩格尔曼实验(二)过程的课件，讲述实验的过程及实验的现象，引导学生分析实验现象，归纳出实验的结论。要求学生对以上所学内容进行小结，归纳出光合作用所需的原料、产物、场所和条件。引导学生归纳出光合作用的定义。教 学 过 程学 法 指 导知识链接：进入到20世纪，科学技术已有极大的进步，人们对同位素有了更多的了解：同位素可用于追踪物质运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质并不会改变。科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。我们把这种方法称为同位素标记法。同位素标记法为解决氧气来自水还是二氧化碳提供了研究手段。在1939年，美国科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）利用同位素标记法进行了探究。六、鲁宾和卡门实验(1939年)鲁宾和卡门实验的步骤：1、用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2。2、将长势基本相同的植物均分为二组，第一组向植物提供H2O和C18O2；第二组向植物提供H218O和CO2。3、两组植物在其他条件都相同且适宜的环境中，培养一段时间，分析两组实验释放的O2，观察氧气的放射性情况。实验现象：第一组释放的氧气全部是O2；第二组释放的氧气全部是18O2。导思：根据鲁宾和卡门实验的现象，我们可以得出什么结论？导学：光合作用释放的氧气中的氧来自于水。导思：有人重复鲁宾和卡门的实验，发现在向植物提供H2O和C18O2时，得到的O2中有一些O2也具有18O的放射性。你能解释其中的原因吗？导学：因为在光合作用中，产物除了氧气和有机物外，还有水的生成，而生成的水中的氧是来自于二氧化碳中的氧，若生成的水再作为光合作用的原料，参与光合作用的进行，则生成的氧气也就具有放射性。12H2O6C18O2C6H1218O66H218O6O2光能叶绿体可用化学反应式表示如下：知识链接：萨克斯通过实验证实了绿叶在光下进行光合作用，制造出了有机物。那光合作用制造的有机物又是怎样合成的呢？进入到20世纪40年代，科学家们利用同位素14C做实验研究这一问题。其中最为著名是美国科学家卡尔文等用小球藻(一种单细胞绿藻)所做的实验。七、卡尔文实验(1946年)卡尔文等从1946年起，用14C标记14CO2供小球藻进行光合作用 ，追踪检测细胞叶绿体内化合物中的14C的转移途径。历经9年左右的时间，终于探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。为此，卡尔文被授予1961年度的诺贝尔化学奖。为纪念卡尔文所做出的贡献，这一途径被称为卡尔文循环。纵观光合作用的整个发现史，有关光合作用的发现历程前前后后已经经历了300多年的时间。在这300多年的时间里，有许多科学家在探索光合作用的过程中，付出了毕生的心血。今天，我们仅仅是撷取了其中最具有代表性的七个著名的实验。演示鲁宾和卡门实验的课件，讲述鲁宾和卡门实验的过程及实验现象，引导学生分析实验现象，得出实验结论。引导学生对实验现象进行分析，归纳产生此现象的原因。教 学 过 程学 法 指 导课堂小结：光合作用发现过程中各实验实验结论小结：1、 海尔蒙特实验 2、普利斯特利实验