科学·技术·社会　酶为生活添姿彩优秀教案

1.教学目标

1.知识目标

（1）说明光合作用以及对它的认识过程

（2）简要分析萨克斯实验、恩格尔曼实验、鲁宾、卡门实验，总结出光合作用的场所、原料、条件、产物以及释放的氧气来自于水

（3）了解叶绿体的结构以及其中的色素的作用，并理解其中的色素和酶与光合作用的关系

2.能力目标

（1）在尝试萨克斯实验操作中，学会控制变量、设立对照和重复实验

（2）在资料分析和实验观察中，学会用恰当的语言文字表述光合作用的大致过程

3.情感与价值目标

（1）通过人们对光合作用的发现过程的认识，体验生物科学发现历程，养成严谨求实的科学态度，激发学生的创新意识

（2）认同科学是在观察、实验、继承和争论中不断向前发展的

2.学情分析

学生在初中阶段曾做过观察叶片结构实验和绿叶在光下制造有机物的实验，观察了光合作用放氧的演示实验等。这些知识、经验和技能是学好本节内容的重要基础，在教学中不要忽视学生已有的知识经验。

教学重点

重点：光合作用探究历程中的萨克斯实验、恩格尔曼实验和鲁宾、卡门实验及实验的设计思想

难点：恩格尔曼实验的巧妙设计方法

3.教学过程

通过初中生物课的学习，我们已经知道，植物的每一片绿叶就好像是一个“绿色工厂”源源不断地生产有机物，绿色植物在生产有机物的过程中是通过什么生理过程完成的呢？

答：光合作用

师：那么，什么是光合作用呢？

答：光合作用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着能量的有机物，并且释放出氧的过程。

师：我们可以将光合作用的生理过程总结成这样一个化学反应式：

6CO2+12H2O→6C6H12O6+6H2O 同学们是否想过，这个生理过程到底是怎样进行的呢？这就是我们在今后的四节课中要学习的主要内容：

题目

在自然界中绿色植物随处可见，但是哪位同学曾观察到光合作用是怎样进行的呢？

答：没有

师：那么，科学家们到底是怎样发现光合作用这一生理过程呢：

这要追溯到很久很久以前。过去，人们一直以为，小小的种子之所以能够长

成参天大树，完全依靠于土壤。事情果真是这样吗？事实证明不是，但是因为科学发展的滞后，整个错误的结论直到1642年，一位布鲁塞尔的医生海尔蒙特才对此产生了怀疑，并且他设计了一个实验对此进行验证，那这个实验室怎样设计的呢？（他把一棵重2.3kg的柳树苗栽种到一个木桶里，木桶里盛有事先称过重量的土壤。以后，他每天只有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，柳树增重76.7kg,而土壤却只减少了500kg。）思考这段文字主要讲述了什么信息，然后以前后桌的四个同学为单元互相讨论和交换一下意见，最后老师请各组派一个代表来阐述各组的观点。

答：因为医生海尔蒙特在实验开始的时候为了避免外界粉尘等杂物的干扰都做了适当的处理，所以他通过本实验提出了建造植物体的原料是水分这一观点

师：好，大家现在想一想海尔蒙特为此提出了建造植物体的原料是水分这一观点，是否合理？

答：不合理

师：海尔蒙特为此提出了建造植物体的原料是水分，这一观点在当时的科学背景下也行是正确的，可是在我们今天看来他却是错误的，原因是他当时没有考虑到空气的作用。那是谁首先想到植物的生长于空气的作用有关的呢？这就是我们课本中的第二个材料中提到的英国科学家普里斯特利。好，下面我们请生物课外活动小组的同学给大家介绍有关这方面的内容。

生：我们生物课外活动小组的同学们重复了普里斯特利在1771年所做的实验：在光线充足的地方，我们将一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到一个密闭的玻璃罩里，我们看到蜡烛不久熄灭了，小白鼠也很快死去。我们又将蜡烛与绿色植物一起放在这个玻璃罩内，小白鼠也不容易窒息而死。后来，我们用一纸盒将玻璃罩罩住，使它不接受光线，重复做两个实验不能得到上述的实验结果。

师：很好，请同学们思考一个，蜡烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体呢？

答：氧气

师：那么，这个实验说明了什么问题呢？

绿色植物在光照下吸收了二氧化碳，产生了氧气。

师：很好，但是当时由于科学发展水平的限制，普里斯特利仅仅联想到植物可以更新空气，但是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。后来，又经过许多科学家的实验，才逐渐发现了光合作用的场所、条件、原理和产物。那现在，大家是否可以根据自己所学的知识对此进行一个合理的实验呢？这个留做课外作业大家回去后讨论一个，下节课老师来讲评，好下面我们再来介绍其中几个著名的实验。请同学们注意体会这些实验的设计思路。（德国科学家萨克斯在1864年做的实验，我们将天竺葵放在黑暗处一昼夜，然后让一个叶片一半曝光，另一半遮光。过一段时间后，把这个叶片放入盛有酒精的小烧杯里，隔水加热，除去叶片含有的叶绿素，再滴加碘液，发现遮光部分无颜色变化，曝光一半则呈深蓝色，大家请看。。。（展示实验结果））

师：很好，感受了德国科学家萨克斯在1864年做的实验后请同学们思考三个问题：

1.为什么对天竺葵先进行暗处理？

2.为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？

3.这个实验说明什么问题？

答：1.暗处理是为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽。2.部分遮光部分曝光，是为了进行对照。3.碘遇淀粉变蓝，结果证明绿叶在光下制造了淀粉。

师：这一实验成功地证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。1880年，德国的有一位科学家恩格尔曼也进行了一个光合作用的实验。他选用的实验材料是水绵。水绵是常见的淡水藻类，每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。同学们请看（先将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且黑暗的环境里，先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到的部分附近。如果将上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位周围。）

好，下面同学们分析一下，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？

答：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。

师：在这个实验中，同学们注意以下几个问题：

1.为什么选水绵做为实验材料？

2.为什么选用黑暗并且没有空气的环境？

3.为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全暴露在光下？

回答：1.选用水绵作为实验材料，是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究。2.先选用黑暗并且没有空气的环境，是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。3.先选极细光束，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做对照，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。）

师：恩格尔曼的实验巧妙地证明了光合作用的场所是叶绿体。

由此可见，从1771年到1886年，随着科技手段的进步，人们对光合作用的认识也越来越深刻，到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。

师：20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门，利用同位素标记法去成功地进行了两一个光合作用的实验。这个实验的目的是为了弄清楚在光合作用中产生的氧到底是来自水还是二氧化碳？同学们考虑一下，应该标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？

（与学生共同完成实验设计，同时演示幻灯片。幻灯片显示：用氧的同位素18O分别标记H20和C02，使它分别成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用的实验：第一组向绿色植物提供H218O和CO2;第二组向同种绿色植物提供H2O和C18O2.。在相同的条件下，对两组光合作用实验释放出的氧进行分析，结果表明，第一组释放的氧全部是18O2，第二组释放的氧全部是O2。）

师：这个实验证明了光合作用中释放的氧全部来自水。

由此可以看到。几代科学家历经二百多年，才对光合作用的生理过程有了比较清楚的认识。可见，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。

前面我们已经了解了光合作用的发展过程，那么，在绿叶这个“绿色工厂”中，光合作用这一生理过程，到底是怎样进行的呢？

师：我们在前面已经对叶绿体的有关知识进行了初步了解，下面同学们回忆一下，叶绿体存在于植物的哪一个部位？它有什么功能？

答：主要存在于绿色植物的叶肉细胞中，是进行光合作用的细胞器。

师：现在，我们一起来学习一下叶绿体的结构，下面我们先一起来看一下叶绿体结构的挂图！（教师出示叶绿体结构挂图，引导同学复习。）

哪位同学能够看着图，为大家描述一下叶绿体的外形特征？

答：叶绿体呈扁平的棉球形或球形。

师：很好，这是我们在光学显微镜观察到的，那在电镜下观察叶绿体有什么状态呢？

好，看下面这幅挂图：

电镜下观察可以看到叶绿体有双层膜，使叶绿体与细胞质基质隔开，叶绿体的膜还可以控制物质的进出。叶绿体内部充满了基质和绿色的基粒。

大家看看挂图上的基粒的外观像什么？

答：一枚硬币。

师：很好，我们说这些“一枚枚的小硬币”堆积成了叶绿体的另一个外形似圆柱状内部结构——囊状结构，同学试想一想，这有什么作用呢？

师：叶绿体内含有的几个到几十个基粒构成囊状结构不仅扩大了叶绿体内的膜面积，而且薄膜上分布着许多酶和色素，有利于光合作用的一系列化学反应的进行。

好，大家通过学习知道酶是发生光合作用时的催化剂，那囊状结构上存在的这些色素都有几种类型和什么作用呢？大家想了解么？

答：想！

师：好，那么大家带着这两个问题，可以上网查一查有关内容，然后我们下一节课要一起来讨论！

教学内容

引入新课：通过初中生物课的学习，我们已经知道，植物的每一片绿叶就好像是一个“绿色工厂”源源不断地生产有机物，绿色植物生产有机物是通过什么生理过程完成的呢？（光合作用）什么是光合作用呢？

科学家是通过怎样的实验设计，去探索光合作用的奥秘呢？

今天，我们就回眸历史，共同揭开光合作用之谜

简介：人们对光合作用的探索历程…

一．光合作用的探究历程

1.

海尔蒙特实验：

简要介绍实验过程及结果。

提出相关问题：实验能得出什么结论？

共同得出建造植物体的原料是水分这一观点

进一步提出问题：海尔蒙特实验得出结论正确吗

2.

普里斯特利实验：

多媒体课件演示实验过程及结果

提出问题：

（1）本实验又能得出什么结论

（2）后来又有科学家重复该实验，发现有时成功有时失败，失败的原因最可能是什么

3.萨克斯实验的探究

演示多媒体课件“萨克斯实验”动画过程

思考并讨论问题：

（1）为什么对天竺葵先进行暗处理？

（2）为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？

（3）这个实验说明什么问题？

4.恩格尔曼实验：

安排学生阅读教材P100“资料分析”

教师巡回指导学生阅读

师生共同讨论：指导回答有关问题：

（1）为什么选用黑暗并且没有空气的环境？

（2）为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全暴露在光下？

5.鲁宾、卡门实验

光合作用中产生的氧到底是来自水还是二氧化碳？同学们考虑一下，应该标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？

联系前学知识，介绍同位素标记法应用

引导并指导学生通过小组讨论尝试设计实验的方案

二、叶绿体的结构

学生活动

教学意图

学生回答，进入建立与初中学习状态

知识的联系

学生思考，小声激发学生的议论

求知欲望

学生倾听、思考激发学生积同桌议论回答

极思维，主动探求知识，总结引出实验2 学生自己演示实验并预测实验结果。经典重温

设置悬念，激发学生求知欲望，引出实验3 学生观看动画，激发学生的思考并回答相探究热情和关问题

主动参与学习的过程

学生自主阅读教材内容，根据提出问题小组讨论，讨论后，再自我更正

进一步学习利用同位素标记法，探究实验设计的诀窍。

在教师指导下，通过合作讨论完成相关内容

指导学生如何分析资料，引导学生用对照实验的思想思考并学会分析问题

学生学会用对照的方法设计实验，进一步熟悉科学探究的一般步骤

利用结构功能为学习下节

多媒体展示叶绿体亚显微结构的动画

相统一的思想课内容光反引导学生回忆叶绿体的结构及所含成分

去感知叶绿体应、暗反应奠多媒体展示叶绿体中色素吸收光的动画并引导结构和成分的定基础

学生利用结构和功能相统一的观点体会

特殊之处，加深1.色素作用

对其理解。

2.酶

课堂小结：几代科学家历经二百多年，才对光合感悟科学道路引导学生体作用的生理过程有了比较清楚的认识。可见，科的艰辛

会用于创新学的发展道路是很艰难的，这里不仅包含着科学的科学精神家们的艰辛劳动与智慧，还与社会科学技术的进和严谨的科步与发展密切相关。

学态度

板书设计： 光合作用

一．光合作用的探究历程 二。叶绿体

结构

：类囊体膜 基质

成分：色素 酶