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引导学生在探究和反思中成长

——《光合作用的探究历程》教学设计

广州市第二十一中学 曹春萍

2011年4月22日

一、教学设计思路

【课标要求】说明光合作用以及对它的认识过程

【教材分析】本课内容是光合作用的第二课时，第一课时学生完成了叶绿体色素的提取与分离实验，对于叶绿体的色素及其功能有了一定的了解。本课内容光合作用的探究历程看似可有可无，实际确是新课程改革在生物学科的集中体现，它从一定程度上反映了科学探究的一般方法，是培养学生科学精神、科学态度和科学研究方法的好素材，为后面众多的实验打下一个良好的感知基础，也为讲授光合作用的过程做好知识铺垫。

【学情分析】学生在初中学习过光合作用的概念，对光合作用有一定的感性认识，在之前的学习中对科学研究的基本方法——对照实验、单一变量原则等有了初步的接触。高中学生在能力方面具备一定的逻辑推理能力，理解能力也有了一定的水平。因而，本课需要在学生的初中基础上，通过回顾科学家探究光合作用的历程，引导学生理解故事中蕴含的科学研究的方法，感悟科学家坚忍不拔的科学精神。

【教学目标】

1、知识与技能：说出光合作用的探究历程；初步掌握科学探究的一般方法。

2、过程与方法：尝试分析实验，在分析中运用反思的方法，领悟反思的作用；

3、情感态度价值观：关注科学工作的方法和过程，形成严谨的科学态度；体验科学发现的艰难和科学家们的智慧力量，确立进行科学研究的欲望和信心。

【教学重点】1．光合作用的探究历程。2．科学探究实验的基本方法。

【教学难点】领悟探究实验的科学原理和方法。

【教学方法】探究式教学、反思性学习、小组合作学习

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【教学策略】

光合作用的探究历程中有一系列实验，让学生了解光合作用研究的历史，让学生以教材中展现的光合作用研究历史中的重要事件为线索，遵循科学家的探索思路，了解光合作用探索历程中所出现的问题和解决的方法，等于沿着科学家的发现思路作了一次思维的探究，这对于学生认识和掌握光合作用的具体过程是有必要的。

本节课在课本经典实验的基础上进行增加和调整，增加海尔蒙特实验，补全英格豪斯实验，从上一节调整恩吉尔曼实验到本节课中，形成按时间顺序发生的七个实验。

七个实验中的问题可以归结为：1、植物为什么会生长？2、植物为什么可以更新空气？3、植物进行光合作用的条件、场所和产物分别是什么？4、释放的O2

来自于H2O还是CO2，以及有机物是如何合成的？通过四个问题贯穿本节课，更有利于学生对光合作用概念实质的理解，最后让学生作推论，得出光合作用总反应式。

由于实验较多，不利于学生掌握实验设计思路和结论。因而以板书的形式依次将主要结论展示出来，以利于概括光合作用的总反应式。

结合新课程教学理念，本节课的教学在关注实验过程的同时，强调通过反思对实验设计的思路、优缺点的分析，从中领悟善于质疑、求实、创新等科学精神，从而在教学的过程中培养学生的情感态度，并关注过程和实际能力。

【课时】1

二、教学过程

（一）引入新课

引入：初中阶段，我们学习过光合作用的概念，所谓光合作用就是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着能量的有机物，并释放出氧气的过程。看起来短短的一句话，可却是科学家经过三百多年的探索得出来的。今天就让我们回顾经典实验，从中领悟科学家的实验方法和科学精神。

（二）学习新课

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问题1：关于植物生长的探究。

背景：古希腊亚里斯多德认为，小小的种子之所以能够长成参天大树，完全依靠于土壤。

实验：1643年，一位比利时的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：他把一棵5磅重的柳树苗栽种到一个木桶里，木桶里盛有200磅的土壤。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。五年以后，柳树长成169磅3盎司重，土壤再烘干称重，只少了2盎司。

海尔蒙特的结论：建造植物体的原料是水分这一观点。

整理资料：

分析：

柳苗

土壤

实验前

-------- 实验后

-------- 重量变化

①该实验中的泥土重量减少了，减轻的成分往哪去了？（植物）

②这个实验属于对照实验吗？（是，属于前后对照）

③海尔蒙特的分析全面吗？从植物生活环境的角度分析，还应考虑什么因素？（空气、阳光）

——假设：植物的生长与阳光和空气有关。

板书：

问题2：关于植物更新空气

引入：是谁首先想到植物的生长与空气的作用有关的呢？是一位英国科学家普利斯特利。

示图：1771年英国普利斯特利实验。

小组讨论，分析：

1、从图片分析，普利斯特利进行了对照实验吗？（是）

2、如果进行了对照实验，请指出对照组和实验组。[目的：反思、运用对照实验的知识] 科学家

海尔蒙特

原料

H2O

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3、几组实验的结果是什么，用简单的式子表述出来？[目的：学会整理思路的方法] 实验组：钟罩+小鼠+植物——小鼠活

对照组：钟罩+小鼠——小鼠死

实验组：钟罩+燃烧的蜡烛——蜡烛熄灭

对照组：钟罩+燃烧的蜡烛+植物——蜡烛持续燃烧

4、该实验装置中玻璃罩有什么作用？（隔绝空气）

分析：通过对照，我们可以看到，小鼠活下来以及蜡烛持续燃烧的因素是植物的存在。

学生总结：实验的自变量：植物的有无

实验的因变量：小鼠的存活情况、蜡烛燃烧的情况

讲授：由此，普利斯特利得出了结论：植物可以更新空气。

补充板书：

科学家

普利斯特利

空气

问题3：光合作用的条件、场所、产物

引入：普利斯特利的实验看似简单，但后人做得实验很多不能成功。于是大家对这个实验产生了怀疑，甚至认为，植物会使空气变污浊。这是为什么呢？直到1779年，英格豪斯通过500多次实验发现，普利斯特利的实验需要在光下才能成功；植物只有绿叶才能更新空气。

讲授：后续的发现。空气的成分分析，绿色植物在光下吸收的是二氧化碳，释放的是氧气。

补充、整理板书：

科学家

普利斯特利

英格豪斯

原料

CO2

条件

阳光、绿叶

产物

O2

设疑：在光下进行，就会有光能吸收，光能去了哪里？

讲授：梅耶根据能量转换和守恒定律指出光能转变成化学能储存起来了。存到哪种物质呢？

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资料展示：萨克斯的实验

学生分析：

1、叶片遇碘变蓝，说明含有哪种物质？（淀粉）

2、为什么用天竺葵的同一片叶片进行一半遮光一半曝光，而不能选不同的叶片或不同株的天竺葵？（不同叶片的营养条件不同，叶片接受的光照也会有差异）

3、这个实验的对照组和实验组分别进行怎样的处理？

（实验组：曝光；对照组：遮光）

4、对天竺葵先进行暗处理这一步可以省略吗？为什么？

（不可以。避免原有的淀粉干扰实验结果）

5、这个实验说明什么问题？（绿叶在光下制造了淀粉）

补充板书：

萨克斯

淀粉

科学家

海尔蒙特

普利斯特利

英格豪斯

原料

H2O CO2

条件

阳光、绿叶

产物

O2

示图：恩吉尔曼的实验

讲授：水绵是一种淡水藻类。细胞呈长筒状，它的叶绿体呈带状，沿细胞壁盘旋。

分析：

1、请同学们分析一下，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？

（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？（便于进行观察和分析）

3、为什么选用黑暗并且没有空气的环境？（选用黑暗并且没有空气的环境，是

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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。）

讲授：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。恩吉尔曼的实验巧妙地证明了光合作用的场所是叶绿体。

补充板书：

科学家

恩吉尔曼

原料

条件

场所

叶绿体

产物

问题4：释放的O2

来自于H2O还是CO2，以及有机物是如何合成的？

引入：20世纪30年代，随着物理学和化学的发展，一些先进的科学技术手段被广泛采用，如用同位素标记法来研究光合作用的问题，这使人们对光合作用的认识更深入了一步。那么，什么是同位素标记法呢？请同学们阅读课本中的小资料。

学生阅读：同位素标记法

学生阅读：鲁宾和卡门的实验

学生讨论，分析：

1、第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O 。

18 CO2+H2O 光照

O2 2、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2

CO2+H2O 18光照

18O2

结论：光合作用中释放的氧全部来自水。

讲授：美国科学家卡尔文利用14C标记的14CO2追踪了C转化成有机物的途径。于是，光合作用的过程终于被探明了。

（三）巩固新课

1、学生根据板书总结光合作用的总反应式 CO2 + H2O

2、练习反馈

练习1：如右图所示，现有四个实验装置，若要验证绿色开花植物产生O2需要光和验证O2是否由绿色植物释放，则应选用的实验组合分别是（ ）

(CH2O) + O2

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A．①②和①③ B．②③和①② C．②④和①③ D．②③和③④

练习2：下图是小球藻进行光合作用的示意图。图中物质A与物质B的相对分子质量比为

（ ）

A．1：2

B．9：8 C．2：1

D．8：9 3、请学生谈学习光合作用的研究历程的感想

提示：回顾科学家的探究之路，想想自己需要学习科学家些什么？

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。

（四）探究性结尾

既然知道了光合作用的原料、产物、场所、条件等，光合作用的过程又是怎样的呢？我们将会在下节课进行学习。

三、板书设计

科学家

海尔蒙特

普利斯特利

英格豪斯

萨克斯

恩吉尔曼

原料

H2O CO2

条件

阳光、绿叶

7 场所

叶绿体

产物

O2

淀粉

CO2 + H2O (CH2O) + O2

四、教学反思：

本节课考虑从学生科学素质培养的角度展开教学。课标教材中以探究历程呈现知识，本身就是新课程教学中科学素质培养的体现。因而，备课中考虑就教学内容结合对原有知识的反思展开充分的探究。

反思这一节课的教学设计，我认为，将普里斯特利实验之前的亚里斯多德的观点以及海尔蒙特实验的引入能够使关于光合作用的探究构成一个完整的体系，以便学生归纳光合作用的原料和条件，总结出光合作用的总反应式，并从中得到思维方法的训练，这是成功的做法。

反思性学习在这一节课的体现之一是对初中光合作用概念的回顾，分析实验中的实验组、对照组，分析自变量、因变量等对原有知识的应用。通过应用原有知识，形成新的知识——对实验进行分析的技能性知识。反思性学习的之二就是在巩固新课的环节以写反应式、谈感悟等方式进行的反思。

这一节课的探究是体现在介绍经典实验过程中的不断地质疑，不断地设计新实验解决问题。因而，学生在这节课的学习过程就是一次科学探究之旅。学生在科学探究之旅中，可以感受到科学家是如何质疑的，又是如何设计巧妙的实验去解决问题的。往往看似解决了问题，科学家又提出新问题，这就是质疑精神的体现；巧妙的实验设计展现了科学家的创新精神；英格豪斯500多次实验体现了锲而不舍的科学精神。本节课最后让学生谈感悟的环节，正是让学生在反思探究历程的基础上感悟科学精神。詹**同学在谈感想的环节中说，我佩服科学家（英格豪斯）能够在不断失败中仍然坚持实验。

这节课选在高一3班上课。高一3班基础较差，入学成绩中理科各科的平均分均在年级最后，所以在思维的引导上是采用教师以范例辅助的方式，如教师举例“钟罩+小鼠→死”，学生迅速就能完成后续的归纳

“钟罩+植物+小鼠→活”、“钟罩+蜡烛→很快熄灭”、“钟罩+植物+蜡烛→持续燃烧”。书写这些式子的过程，其实就是学生整理思路的过程。通过这样的整理，引导学生反思对照实验的知识，

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让学生指出实验中的实验组、对照组，自变量、因变量、无关变量等。学生在课后反馈，通过这样系列实验的分析，反复运用相关的概念，对这些概念的理解加深了。由于范例辅助降低了思维的难度，以及结合了熟悉的对照实验的知识，3班同学能保持探究的信心，大部分的同学能紧跟老师进行光合作用的探究，取得较好的效果。课后，吴**同学说：“开始时，我只知道光合作用的概念，现在才知道光合作用的探究历程原来是这么复杂的。生物学的研究和化学的发展密切相连。”肖**同学说：“学了这节课，我对于对照实验的知识理解清晰了。” 反思这一节课，我尝试将探究性学习和反思性学习有机地结合，学生的知识、技能、情感、态度、价值观等方面都得到了发展，这次实验是成功的。对于问题引导学生思考方面仍需再细细揣摩，以取得更好的教学效果。

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