科学前沿 组装细胞教学目标

《光合作用探究历程》教学设计

内江二中 谭湘兰

一、教学目标 1、说明光合作用以及对它的认识过程 2、简述化能合成作用 3、模仿科学家的实验方法和思路 4、感悟科学家的科学精神 二、教学重难点 1、重点：光合作用的发现及其研究历史 2、难点：模仿科学家的实验方法和思路 三、教学策略： 1、创设情境：从腐殖质学说和海尔蒙特的桶栽柳树实验导入新课，激发学生的学习兴趣。 2、从光合作用的概念入手，让学生沿着科学家研究光合作用的历程做一次思维的探索。 3、让学生从实验变量、实验步骤等方面分析经典实验，模仿科学家的实验方法和思路。

4、与光合作用对比，简述化能合成作用并比较二者之间的相同点和不同点。 四、教具准备：

多媒体课件，课本有关图片 五、教学方法：活动元，学导式

六、课时安排：1课时 七、教学过程： （一）情境创设——早期植物生长原因的研究： 教师：植物为什么能够生长？为什么说万物生长靠太阳？ 学生：是因为植物能进行光合作用。 教师：同学们已经知道植物生长的原因。

很好！让我们沿着时光隧道回到2000多年的古希腊时代，看看伟大的思想家和科学家亚里士多德是如何回答这个问题的。

或者回到400多年前的欧洲，看看海尔蒙特又是怎样回答这个问题的。 多媒体呈现问题探讨：

亚里士多德的腐殖质学说 这一学说是古希腊的伟大哲学家和科学家亚里士多德提出来的。他通过观察发现植物生长总是离不开土壤，他还发现某种物质经腐烂之后会促进植物的生长。因此他认为植物之所以生长是因为从土壤中吸收了一种叫“腐殖质”的生长汁的缘故。 1、

海尔蒙特实验桶栽柳树实验 17世纪30年代荷兰医生海尔蒙特栽种一株柳树于一桶土中，栽种之前称得柳树和土的质量分别为2.27千克和90.72千克，五年中对柳树仅仅是按时浇水，五年后称土和柳树的质量分别为76.7千克和90.663千克，发现土只减轻了56.7克,而柳树在五年中增长了74.43千克。

显然亚里斯多德的“腐殖质”学说受到了挑战，但海尔蒙特得出了植物生长的物质来自水的结论，这一结论被无土栽培技术所证实。

（活动一）问题探讨：

（1）亚里斯多德的腐殖质学说与海尔蒙特的结论，哪一个正确？ （2）海尔蒙特在实验中注意到了水对植物生长的作用，但是他忽略了空气对植物生长的作用。我们怎么理解他的局限性？ （3）你怎样解释柳树的增重的原因？

从我们现在的生物学知识，足以解答这个问题：我们知道柳树增重的主要原因是光合作用。

光合作用是谁发现的呢？请我们一起来追寻科学家的足迹，重温光合作用的探究历程。 （二）光合作用的发现 教师：多媒体展示： 1、

英国牧师兼化学家普利斯特利实验

出示图片，链接动画，介绍该实验引发的争论与后期实验进展： 2、

奥地利宫廷医生荷兰人英根豪斯的研究 1779年，荷兰科学家英跟豪斯做了500多次植物更新空气试验，结果发现：普利斯特利试验只有在阳光下照射下才能成功，植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。 3、

瑞士牧师塞内比尔的研究 1782年，瑞士的牧师塞内比尔注意到“植物恢复空气的活性取决于固定的空气”，用今天的科学语言表述为：“植物产生氧气关键取决于二氧化碳的供应。”

（活动二）提醒学生注意：什么时间？什么国家？什么人？具体实验过程怎样？实验的结果怎样？实验的不足点是什么？ 问：（1）英根豪斯做了多少次实验？得出了什么结论？ 学生：500多次！普利斯特利实验必需在有光情况下才能更新空气。 问：（2）他们有没有准确得出植物更新的是何种空气成分？为什么？ 学生：没有！因为空气成分直到1785年才被发现 师：

一般认为，普利斯特利、英根豪斯和塞内比尔三人共同发现了光合作用。 （三）光合作用概念的形成 问：他们有没有注意到能量的转变？ 学生：没有！ 1.

梅耶的研究：

1845年，德国科学家梅耶根据能量转化公式，认为植物把太阳能以化学能的方式储存起来。

教师：梅耶的研究是光合作用研究的重要里程碑。

到这时为止，许多科学家已经知道光合作用的反应物有水、有二氧化碳，反应条件需要光，生成物有氧气和有机物。

但没有谁具体证明光合作用产物是何种有机物？

场所是叶片的什么结构？

请继续关注是谁证明了光合作用的产物有淀粉，又是谁发现了光合作用的场所是叶绿体。

多媒体展示： 2、1864年德国植物生理学家萨克斯实验 3、1880年，德国植物生理学家恩格尔曼水绵实验 （活动三）同样提醒学生注意：什么时间？什么国家？什么人？具体实验过程怎样？实验的结果怎样？

问：（1）为什么要把植物在黑暗中放置几小时？ 学生思考，后回答：是让植物进行呼吸作用消耗叶片中的有机物。防止叶片中原有淀粉对实验结果的影响。 问：（2）这样做，是控制什么变量？

答：无关变量。 问：（3）这个实验有没有设置对照实验？ 答：有的说没有，有的说有。 师：引导分析，是同一个叶片遮光部分和不遮光部分进行对照。这叫自身对照。 问：（4）这个实验可以分为哪几步？ 答：（讨论之后回答）

饥饿处理 ②控制自变量光 ③控制无关变量，将植物放在光照条件下一段时间 ④用碘蒸气熏叶片，检测因变量淀粉的产生。 问：（5）恩格尔曼实验的自变量是什么？因变量是什么？

答：自变量为光照，因变量为氧气释放，是以好氧性细菌聚集做指示标志。 问：（6）这两个实验分别证明了什么？ 答：萨克斯实验证明光合作用产物是淀粉。恩格尔曼实验证明光合作用的场所是叶绿体。 4、

光合作用的概念： 是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放氧气的过程。 教师：请大家分析光合作用的反应场所、反应条件、反应物、生成物、能量转变等。 问：

能否用一个反应式表示？（学生尝试后再展示方程式）

CO2+H2O O2+有机物质

教师：1897年，光合作用一词首次在英国教科书中出现，20世纪才广为流传。 下面请写出光合作用的化学方程式： 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2 （四）光合作用的深入研究 分析：生成物中的C、H、O的来源。氧气中的O元素是来自二氧化碳还是水？

大家推测有几种可能？ 学生推测：三种。（可由学生叙述） 教师：事实是怎么样呢？请看科学家的实验研究。 1、

鲁宾卡门实验 20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了光合作用反应物水中氧元素的去路问题。

请同学们参照P106页基础题的第6小题。 (活动四)分析：（1）找出该实验中的实验材料、自变量、因变量、实验步骤、实验结果。 （2）实验结果说明什么？ 学生答：光合作用氧气中的氧元素全部来自水。 教师：为了恰当表示光合作用反应事实，我们将光合作用反应式进行适当修改： 6CO2+12H2O C6H12O6+6 H2O +6O2。 教师：科学是没有止境的！科学家还在探索二氧化碳是怎样转变成有机物的？光合作用过程中能量是怎样转变的？ 2、

卡尔文的研究 分析：材料、方法、结果。（下一节内容学习） （五）光合作用研究的拓展：

化能合成作用 1、1929-1931年，荷兰微生物学家，范.尼尔发现光合细菌能利用光能，但以硫化氢作为供氢体。光合作用拓展到微生物领域。 2、后来，科学家又发现某些微生物不能利用光能，但能利用其他能力合成有机物。即化能合成作用。参见课本P105教学内容。

由植物通过光合作用自我制造有机物，所以植物属于自养生物。人是什么类型生物？自然界是否还有其他类型的自养生物？ 学生：自学化能合成作用。 教师提问：

（1）什么是化能合成作用？

（2）硝化细菌属于自养型还是异养型生物？

（3）硝化细菌是从哪里获得能量合成有机物？

（4）化能合成作用与光合作用的相同点和不同点在哪些方面？

学生回答：（略） 附：光合作用研究与诺贝尔奖 1.1915年

德国化学家威尔斯泰特因发现叶绿体晶体结构； 2.1930年

德国化学家菲舍尔初步确定了叶绿素的化学结构； 3.1961年 美国化学家卡尔文揭示光合作用机理即“卡尔文循环”； 4.1978年 英国生物化学家米切尔解释了ATP在细胞中能量转换问题； 5.1988年

德国生物化学家米歇尔、胡伯尔和戴森霍弗成功分析光合作用反应 6.1992年，美国化学家马库斯提出电子专业理论因广泛运用于光合作用以及蛋白质的氧化还原反应； 7.1997年，Skou和Pau boyer 、John Walker 成功研究ATP机制。 （六）课堂小结：

围绕光合作用方程式，教师和学生一起小结 1、光合作用的概念 2、化能合成作用的概念 3、光合作用与化能合成作用的比较 4、光合作用的探究历程的经典实验 课堂感悟： 回顾光合作用探究历程，说明科学在实验和争论中前进，许多科学家秉承前人科学成果，汲取不同领域的学术见解，富有创新精神、锲而不舍，促进了科学的不断深入发展。

牛顿所说：“我是站在巨人的肩膀上”！

亲爱的同学，你想站在哪位巨人的肩膀上？ 七、课堂练习：多媒体展示（略）

八、课后作业： 1.P100 基础题的第3小题 2.P106基础题的1、2、5、6 附：光合作用的探究历程导学案 一、教与学的思路

追寻和模拟科学家足迹，揭示光合作用的探究历程

大致分为四个阶段： 1.植物生长的原因探索 （1）亚里士多德的腐殖质学说

（2）海尔蒙特的“桶栽柳树实验” 2.光合作用的发现 （3）普利斯特利实验

（4）英根豪斯的研究

（5）萨克斯实验

（6）格尔曼实验 3.光合作用的深入研究 （7）鲁宾和卡门实验

（8）卡尔文及其团队的研究 4.光合作用的拓展研究 （9）化能合成作用的研究 二、补充内容 1.腐殖质学说： 亚里斯多德提出来的。他通过观察发现植物生长总是离不开土壤，他还发现某种物质经腐烂之后会促进植物的生长。因此他认为植物之所以生长是因为从土壤中吸收了一种叫“腐殖质”的生长汁的缘故。 2.海尔蒙特实验。 17世纪30年代荷兰医生海尔蒙特栽种一株柳树于一桶土中，栽种之前称得柳树和土的质量分别为2.27千克和90.72千克，五年中对柳树仅仅是按时浇水，五年后称土和柳树的质量分别为76.7千克和90.663千克，发现土只减轻了56.7克,而柳树在五年中增长了74.43千克。

显然亚里斯多德的“腐殖质”学说受到了挑战，但海尔蒙特得出了植物生长的物质来自水的结论，这一结论被无土栽培技术所证实。 三、思考题： （一）关于植物生长的早期探索 1.亚里斯多德的腐殖质学说与海尔蒙特的结论，哪一个正确？ 2.海尔蒙特在实验中注意到了水对植物生长的作用，但是他忽略了空气对植物生长的作用。我们怎么理解他的局限性？ 3.你怎样解释柳树的增重的原因？ （二）光合作用的概念： 4.什么是光合作用？ 5.请大家分析光合作用的反应场所、反应条件、反应物、生成物、能量转变等。 （三）光合作用的探究历程 6.英根豪斯做了多少次实验？得出了什么结论？ 7.他们有没有准确得出植物更新的是何种空气成分？为什么？ 8.他们有没有注意到能量的转变？ 9.是谁发现了光合作用过程中能量的转变？ 10.是谁通过实验证明光合作用产物是淀粉？ 11.是谁通过实验证明光合作用场所是叶绿体？ 12.萨克斯实验中为什么要把植物在黑暗中放置几小时？ 13.萨克斯实验中自变量和因变量分别是？ 14.萨克斯实验组实验组和对照组分别是？ 15．萨克斯实验分为哪四步？

16．恩吉尔曼实验的自变量是什么？因变量是什么？ 17.因变量是通过什么来判别的？ 18.光合作用产物氧气中的O元素是来自二氧化碳还是水？如果作为未知的探究实验，大家推测有几种可能？ 19.鲁宾卡门实验和卡尔文实验分别运用了什么技术？用小球藻做实验材料有什么优点？ 20.广义的光合作用包括化能合成作用，分析科学家这么界定的理由。