《光合作用的探究历程》福建师大附中林金昌.docx

人教版，必修一 分子与细胞 第5章 细胞的能量供应和利用第4节能量之源光与光合作用光合作用的探究历程教学设计单位：福建师大附中 作者：林金昌一、 设计理念1. 构建学习共同体：（1）、突出学生主体地位以新课标“提高生物科学素养，面向全体学生，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系”的课程理念来设计教与学的活动过程，变教材中经典实验的学习过程为探究过程，为学生创造“知识再发现”的角色体验的探究情境再现，努力吸引学生思维的参与，发挥他们的学习主动性。让他们的思维随前人一起参与到探索过程中，突出学生的主体性，学习的探究性和目标的完整性，从而使他们更深切地体会到科学家们富有创意的思维过程和巧妙的工作方法，并从中感悟科学探索的艰辛和乐趣。（2）充分发挥教师主导作用教材对科学探索、发现、发展过程的介绍往往显得比较简单。特别是对于科学家们具体开展工作时的思维过程、实验方法、态度精神、以及由此给我们带来的启示等等，教材往往没有详细的说明。查阅一些相关的课外资料，如亚里士多德、论气、卡尔文循环、量子研究等以充实丰富教材内容，使相关的内容更完善，更富有吸引力，更能体现教育价值。在具体教学活动中通过现身说法的情景创设、角色扮演的穿越活动、精心设计的课件呈现、有效概念图式板书建构等环节逐步激发并奇妙引导学生的探究学习活动，有序开展、逐步深入，做到主线明晰，效益彰显。2.两条主线并进、突出探究显性的知识主线：科学探究的一般历程中的经典实验及其所展示的光合作用的基本要素；隐形主线：基于能力和情感、态度、价值观的，人类进行科学探究的基本规律和主要方法。科学方法是科学素养的要素，是教学的重点。引导学生从中总结生物学研究的一些规律性的方法，如怎样搜集资料、怎样进行科学观察、怎样设计实验、怎样描述和呈现研究成果等等。教学活动中着力体现科学家们执著的精神、百折不挠的毅力、实事求是的态度、以及谦虚坦诚、团结协作的品质。这是作为一名成功科学工作者必需具备的素质。二、教学设计1教材分析光合作用的探究历程是人教版高中生物学教材必修一第五章细胞的能量供应和利用的第四节第二课时的内容。光合作用是绿色植物最重要的生理作用之一，与生物的生活、环境的变化息息相关。教材将光合作用的发现史列在整个章节之前主要介绍了海尔蒙特、普里斯特利、英格豪斯、萨克斯等光合作用发现过程中的几个经典实验。在这其中蕴含着科学探究的一般方法，是培养学生科学素养和探究能力的好材料。旨在向每位师生说明科学上的每一项发明和发现的背后都凝聚着无数探索者的辛勤劳动，学生通过学习能够更好地体会到一个正确的科学结论是经过许多的生物科学家不断完善的过程，是来之不易的，也为学生后面学习众多的实验打下基础。2学情分析 （1）、高中生的认知发展水平学生的分析、推理和抽象思维能力不强；在学习方法和认识水平方面还不够熟练；对本节知识有亲身体验，求知欲强，积极性高，学习潜力很大。（2）、知识、技能基础通过初中阶段的学习，学生已经有了光合作用所需原料、条件等知识基础，对于光合作用发现史也有所了解，但对于“科学探究的一般方法”了解不多且不成系统。能力与思维方面，高中学生具备了一定的观察和认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步形成，但还很不完善，对新事物好奇，却又缺乏理性思考。3教学手段新课程倡导：强调过程，强调学生探索新知识的经历和获得新知的体验，不能在让教学脱离学生的内心感受，必须让学生追求过程的体验，包括思维的探究，实验的探究。（1）、充分应用现代信息技术将多媒体技术与传统教学形式（如：建构精练的概念图式板书）结合起来，增大了课容量、整合了各种教学资源、提高了教学效率，同时正确处理两者关系，使两者在课堂教学中各尽其能、相互促进。（2）、引入新的教学理念把知识、情感态度与价值观和能力三维目标作为一个整体来完成；注重学科间的横向联系；重视探究实验在生物概念教学中的重要作用，把科学探究的思想贯彻始终。让学生在探究实验中体验、学习设计实验的基本原则，学会分析、改进实验，科学地评价自己。探究活动有利于学生主动建构知识、发展能力、形成正确的情感态度与价值观。根据以上分析，结合学生实际，选用了直观教学法、引导探究法和互动讨论法进行本节教学。4教学目标（1）、知识目标：光合作用的概念光合作用的发现（2）、能力目标：光合作用经典实验的设计与探究的能力讨论光合作用发现史角色体验中，知识迁移能力、分析综合能力。探究过程中，学会控制自变量、观察和检测因变量和设计对照实验的方法。在问题探讨、思维探究等过程中，合作互助、分享并运用信息、表达交流、建构模型的能力。（3）、情感态度和价值观：通过光合作用探究历程中“角色”体验学习，交流、合作和评价，学会欣赏自己和他人，认同科学探究的一般规律，增进生物科学素养5、教学重点（1）、光合作用的探究历程中经典实验的角色体验；（2）、解释光合作用探究历程实验的原理；（3）、说明光合作用的定义。6、教学难点（1）、科学家探究过程的角色体验；（2）、阐述发现光合作用的实验原理。7教学过程 （1）、主要思路安排 活动设计 设计意图复习概念、写出方程式强调方程式的学科规范，提出本节探究学习的主要内容穿越活动、角色扮演：写出一个方程式不到一分钟，但人类关于光合作用的探索却持续了几百年，今天我们来一次穿越，就化身这些伟大的先行者，重温光辉岁月！引导学生主体进行角色扮演，回到对光合作用探究历程的“再探究、重新发现”主题情境中。引入：老师的“麻烦”！女儿吃饭问题：我女儿说，人要吃饭很烦啊，那树为什么不要喽？情境设置：激发学生的浓厚兴趣，形成亲和的师生关系，促成学习共同体。学生探讨：人要依赖饭提供能量，而树通过光合作用能够获取能量。概念复习：光合作用是什么？复习初中的概念。探究对象：解读方程式中包括反应物、产物、场所、条件等要素实质是提出探究的对象。提出学习主题：光合作用经典回顾、问题探究：回顾光合作用的探究历程的经典实验的思维过程、实验方法、探究者的态度精神以及由此给我们带来的启示等。学生融入主体角色和具体探究实验中，教师主导学习共同体的学习行为。共同勾勒显性的知识主线之外的能力和情感、态度、价值观的隐形主线。总结提升：科学探究的一般历程勾勒出本节课的两条主线。（2）、教学程序的具体开展学习阶段教师组织和引导学生活动教学意图创设情境、引入概念概念探讨：板书、课件穿越活动、角色扮演：探究历程的经典实验回顾与探究强化实验设计的基本原则，指导学生开展探究实验系统总结引言：老师的“麻烦”！需要大家帮忙女儿吃饭问题：我四岁的女儿吃饭很忙，从桌上到地上，从家里到小区。女儿老说，人要吃饭很烦啊？因为人要依赖饭提供能量。那树为什么不要喽？总结学生的回答，提出光合作用的概念。（板书 一、光合作用反应式）(课件：光合作用概念)（板书2H2O2 2H2O+O2）光合作用是绿色植物最重要的生理作用之一，与生物的生活、环境的变化息息相关，是整个生态系统能量之源、物质之基，重要性不言而喻！解读：方程式中包括反应物、产物、场所、条件等要素实质是提出探究的对象。写出一个方程式不到一分钟，但人类关于光合作用的探索却持续了几百年，今天我们来一次穿越，就化身这些伟大的先行者，重温光辉岁月！古希腊学者亚里士多德认为：植物生长在土壤中，土壤是植物的食物来源。16481653年，比利时医生海尔蒙特做了一个简单而有意义的试验。他把1棵重5磅的小柳树苗种在桶内，桶上加盖，防止灰尘落入，桶内装有已称重的土壤。他用纯净的雨水浇灌树苗，5年后的柳树长到270磅，而桶内土壤损失却极少。由于显微镜的发明，一个英国人和一个意大利人几乎同时发现了植物的气孔，并因此推测植物与空气发生着作用。明末清初宋应星论气1771年英国化学家普利斯特，把一只点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放在密闭的玻璃罩内，蜡烛不久就熄灭了，小白鼠也很快死去；但他将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内，蜡烛则不容易熄灭；将小白鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内，小白鼠也不容易窒息而死。实验证明植物能够改善因蜡烛燃烧而损坏的空气。 1779年英杰豪斯用了三个月的时间，做了500多次的植物对空气影响的实验，证明植物只有在光下才能改善空气。他用藻类植物作为实验材料。1804年，沙斯修以人工定量配制的空气充入放有绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内。一星期后测试发现：1864年德国科学家萨克斯把绿叶放在暗处几小时，然后将叶片一半曝光，另一半遮光，一段时间，用碘蒸气处理叶片，发现曝光的一半叶片呈蓝色，而遮光的一半叶片没有发生颜色变化。1880年德国科学家恩吉尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片暴露在光下，在显微镜下发现好氧细菌集中在叶绿体受光部位的周围。他又将棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上，发现好氧性细菌在水绵周围的聚集情况。20世纪30年代，凡涅尔比较了不同生物的光合作用过程，发现它们有共同之处，例如：绿色植物 CO22H2O（CH2O）O2H2O紫硫细菌 CO22H2S（CH2O）2SH2O红细菌 CO22H2（CH2O）H2O凡涅尔因此做出推测1939年1940年，英国科学家希尔参考前人的研究成果，从磨碎的叶子中提取叶绿体加上氧化剂铁离子等，在不吸收二氧化碳的情况下，成功地制造出了氧气。这就是著名的希尔反应。20世纪40年代初，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了这个问题1949年1957年，美国生物化学家卡尔文领导的研究小组利用含有放射性同位素14C的二氧化碳进行实验，经过艰苦努力，基本确定了光合作用中二氧化碳的环式代谢途径（即卡尔文循环）。卡尔文因此获诺贝尔奖。光合作用研究的新进展光反应过程的模拟实验已取得成功。已经能够人工合成叶绿体，甚至已有人做成了“人工树叶”。现在科学家们正在全力以赴地投入模拟暗反应过程。经过大胆的实验，已成功地用一种金属络合物催化二氧化碳，使其变成简单的有机化合物。但是，光合系统的高效传能和转能超快过程到底是如何进行的?光合作用在常温常压下使水裂解释放氧气，这是怎样做到的？进入量子水平探索，永无止境！思考回答：是光合作用，何为光合作用？人可以光合作用吗？共同回顾初中光合作用的概念和反应式化身小小科学家角色体验、思维探究，探讨回答问：海尔蒙特得出了什么结论？（柳树的生长主要靠水而不是土壤）；他忽略了什么？（空气）；给土壤称重时应注意什么？（烘干）；实验中土壤重量也有少量减少，除了实验误差外，最可能的原因是什么？（植物吸收了其中的矿质元素）。问：当时普利斯特的实验有时成功，有时却不能重复上述结果，他自己也不知道是为什么。你知道原因吗？（在光下就成功，在暗处就不成功）。问：选用藻类植物作为实验材料有什么优点？（有利于观察、收集和检验所释放出的气体）；该实验是对照实验？（是，属自身条件对照）；单一变量什么？（光照）是能否证明植物在放出氧气的同时，吸收了二氧化碳？（不能）O2增多，CO2减少问：现在能证明吸收了CO2？（可以）问：实验前为什么把绿叶放在暗处几小时？（让叶片中的营养物质消耗掉）；该实验的实验组和对照组分别是什么？（曝光的一半叶片和遮光一半叶片）；实验结果说明什么？（植物在光下合成了淀粉）。问：选用水绵作为实验材料的优点是什么？（丝状绿藻，含带状螺旋形叶绿体，有利于直接观察光合作用发生的位置）；实验说明了什么？（叶绿体是光合作用的场所；光合作用的作用光谱与叶绿体色素的吸收光谱基本一致，即红光区和蓝紫光区光合作用最强）。问：通过比较上述反应式，你是否也能做出相应推测？（既然紫硫细菌光合作用产生的硫来自原料H2S，那么绿色植物光合作用产生的氧气也应该来自原料中的H2O，而不是CO2）。问：希尔反应说明什么？（证明光合作用产生的氧气来自水的分解；学习同位素标记机示踪技术光合作用于1771年被发现，历经200余年，对光合作用的研究不断小有所成，其中有6次因有重大突破而获诺贝尔奖。人类一直梦想着有朝一日能够人工合成粮食，从而掀起世界性“绿色革命”，彻底解决粮食问题。尽管在探索中还会有数不清的困难，但我们坚信这一天一定会来到。透过今天穿越和角色体验，小小科学家们得到了什么启示？你们会有什么奇思妙想？激发学生的浓厚兴趣，形成亲和的师生关系，促成学习共同体。提出学习主题：光合作用复习概念、写出方程式强调方程式的学科规范，提出本节探究学习的主要内容强调光合作用的主要意义，引导到光合作用的探究历程,进行角色体验。不要盲目相信权威和直觉，科学需要有实验证据来支持。科学家应该是一个健康的怀疑者。海尔蒙特的实验虽简单，但坚持5年却不容易。他的认真推翻了长期以来人们所持的错误观点。人类研究的方向从土壤转向了空气。显微镜的发明为研究提供了新的技术工具。上述实验说明，选择合适的实验材料并科学设计实验过程是实验成败的重要因素。技术进步再一次促成了新的研究成果解释定量与定性分析的区别。暗处理的意义；复习对照实验；证明光合作用的产物除了氧气之外还有糖类（淀粉）。恩吉尔曼能在精密技术条件尚未发展的时代，以简单的，然而却是极其精巧的实验，揭示了这一重要的科学规律，令人叹服！说明，科学家的大胆设想有时候比技术更加作用。类比推理的方法是迁移发现的重要途径这一发现将光合作用区分为两个阶段：即光反应阶段和暗反