4.2.2 光能的转换—光合作用
教案
一、学习目标
1．知识目标。说出科学家对光合作用原理的认识过程，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。模仿科学家发现光合作用的过程，学会运用科学探究的手段发现问题、解决问题，发展科学探究能力。
3．情感态度与价值观目标。体验科学探究历程，认同科学概念是在不断的观察、实验、探索和争论中前进的；认同科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意见中的合理成分，还要具有质疑、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。
二、活动设计
实验一：1627年，比利时的科学家海尔蒙特（V.Helmont）第一次试图用定量的方法研究植物的营养来源。通过该实验他认为，植物生长所需要的养料主要来自于，而不是土壤。问题讨论与质疑：你认为他的结论正确吗？为什么？
实验二：1771 年，英国的科学家普利斯特利（J.Priestley）通过植物和动物之间进行气体交换的实验，第一次成功地应用化学的方法研究植物的生长。通过实验证实，植物可以因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。问题讨论与质疑：①为什么学者们会得到相反的实验结果呢？②你认为普利斯特利在实验中忽视了哪种条件？
实验三：1779年荷兰的科学家英格豪斯（J.Ingen-housz）做了500多次植物更新空气的实验，发现普利斯特利的实验只有在下才能成功。问题讨论：①他在实验中控制的单一变量是什么？②小组合作设计实验装置图，证明植物需要光才能制造O2？怎样检验O2？（提 供实验材料和器材：金鱼藻、大烧杯、漏斗、试管、木条、火柴等）阅读材料：1782年瑞士牧师谢尼伯通过实验证明植物在光下不仅把坏空气变好，还能把坏空气作为自身的养料。1785年，由于发现了空气的组成，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。以后，随着化学和物理学知识的不断丰富和实验技术的不断发展，对植物生命活动的研究也逐渐走向定量化和精确化。1804年瑞士植物生理学家索苏尔（deSaussure）首次利用定量化学实验进行定量测定，发现植物在光下吸收的二氧化碳与放出的氧气有等体积关系，而且植物的增重量大于二氧化碳吸收量减去氧的释放量。因此他指出绿色植物在光下同时还要消耗水，这也与海尔蒙特的结论相吻合。1845年，德国科学家梅耶（R.Mayer）根据能量转换和守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
实验四：1864年德国的科学家萨克斯（J.von Sachs）采用碘液检测淀粉的方法进行实验。问题讨论：以小组为单位，针对萨克斯的实验，互相提问有关实验过程、方法及设计原则并互相解答。
实验五：1880年美国科学家恩格尔曼的水绵实验。得出什么结论？该实验设计上有什么巧妙之处？
实验六：1939年美国的科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）利用同位素标记法进行了探究实验。尝试设计实验：提出问题：探究光合作用释放的氧气到底来自二氧化碳还是水？作出假设：光合作用释放的氧气来自。设计实验：用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2。然后进行分组实验：第一组：向植物提供H2O和C18O2；第二组：向同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，分析两组实验释放的氧气。预测实验结果：。观察与实验：（略）获取分析实验证据：结果表明，第一组释放的氧气全都是，第二组释放的氧气全都是。得出结论：光合作用释放的氧气来自。表达与交流。
实验七：1948年美国的科学家卡尔文（M.Calvin）等报告了历时10年的科研成果，他用14 C标记的，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了光合作用过程碳元素的行踪，这一途径被称为卡尔文循环。4.2.2 光能的转换—光合作用
教案
一、教学目标
1．知识目标。
说出科学家对光合作用原理的认识过程，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。
模仿科学家发现光合作用的过程，帮助学生掌握科学探究的一般原则，重点是对照实验原则和控制变量原则；
学会运用科学探究的手段发现问题、解决问题，发展科学探究能力。
3．情感态度与价值观目标。
体验科学探究历程，认同科学概念是在不断的观察、实验。探索和争论中前进的；
认同科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意见中的合理成分，还要具有质疑、创新及勇于实践的科学精神和科学态度；
学会参与、合作和交流探究的内容和结果；
认识到技术的发展在科学研究中的作用，尊重科学且用发展的观点看待科学、树立辨证的科学观。
二、教学重难点
教学重点：
光合作用研究历史过程中的各实验步骤、结论、优缺点。
光合作用的概念。
教学难点：
光合作用的发现过程中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结论。
三、教学方法
采用探究式教学，融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生模拟科学发现过程，进行分析、讨论、归纳和总结。
四、课时安排：1课时
五、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
创设情景，设疑引入 从小诗引入，设疑：生物体内的能量，从根本上讲，来源何处？太阳能怎样才能转化为各种有机物中储存的能量呢？ 思考回答：太阳能，绿色植物的光合作用。再忆初中所学有关光合作用的知识。 以诗情画意，创设问题情景，激发学生兴趣和求知欲。
实验一：1627年，比利时科学家海尔蒙特的实验 亚里士多德的从观察自然现象，提出自己的观点。 植物增重部分全部来自土壤。 从观察自然现象入手，提出探究性问题。
多媒体引入海尔蒙特的实验，简述实验过程，出示实验现象和结论。 分析实验现象和结论，推翻亚里士多德的观点。揭示反应物：水。
出示海尔蒙特的实验结论。问题讨论：他的结论正确吗？你有什么新的疑问？ 讨论后提出：该实验存在科学性问题，不符合单一变量原则。 尝试应用实验设计原则，分析质疑。
实验二：1771年，英国科学家普利斯特利的实验 出示实验过程图示，引导学生描述实验过程，分析问题讨论。 据图描述实验过程。 理解控制变量原则、设置对照实验的原则。
实验三：1779年，荷兰科学家英格豪斯的实验 引导学生分析问题讨论，得出结论。引导实验设计。引导学生分析评价相关学科发展与生物学探究之间的关系。 揭示条件：光；绘制实验装置图实物投影，交流设计。 尝试像科学家一样思考，完成探究过程。
阅读材料 引导学生带着问题阅读小资料。 阅读，思考回答问题。揭示产物：O2；原料：CO2。 培养学生自主学习、获取信息的能力。
实验四：1864年，德国植物学家萨克斯的实验 介绍实验处理方法，要求学生互相提问有关实验过程、方法及设计原则并解答，巡回答疑。 小组讨论：学生针对萨克斯的实验分析提出问题并互相解答。 培养分析问题，解决问题的能力，并联系应用相关的化学知识。
总结萨克斯的实验的结论。 揭示产物：淀粉等有机物。小结光合作用。 归纳总结
实验五：1880年美国科学家恩格尔曼的水绵实验 简述水绵的特点，播放恩格尔曼实验的操作过程。引导学生得出实验的结论。 分组讨论：该实验设计的巧妙之处。 培养学生分析解决问题的能力，体验科学实验设计的严谨性。
实验六：1939年，美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法进行了探究实验。 简述20世纪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，对光合作用的认识更深入了一步。什么是同位素标记法呢？ 理解同位素标记法的含义和应用。 体验科技进步对生物科学发展的促进作用。
引导学生尝试设计实验。 学生分组讨论，设计实验。表达交流。 培养设计实验的能力及创新意识。
实验七：1948年美国科学家卡尔文 简述卡尔文循环的基本思路。 思考同位素标记的对象。 运用恰当的实验方法进行实验。
光合作用的概念 根据探究历程总结出光合作用的概念，引导学生写出光合作用的方程式 理解概念中所涉及的内容， 归纳总结
科学探究的一般方法 观察发现问题→作出假设→实施实验→验证假设→得出结论 从光合作用探究历程中感悟科学探究的一般方法。 归纳总结
课堂反馈及课后探究(共30张PPT)
光合作用
新叶沐浴着和煦的阳光，
鸟儿在绿叶间尽情欢唱：
“是你给了我生命的甘露，
是你给了我无穷的能量！”
光合作用的探究历程
观点：植物体由“土壤汁”构成，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。
问题：植物生长所需的物质来自何处？
亚里士多德(Aristotle)
五年后
一、1627年比利时科学家海尔蒙特
开始时
柳树的质量 2. 27kg
干土的质量 90kg
+74.43kg
－0.1kg
结论：植物生长所需要的养料主要来自水,而不是土壤。
76.7kg
89.9kg
5年后
实验前后的差值
（1）你认为他的结论正确吗？
（2）你认为海尔蒙特的实验设计存在什么问题？
2
1、蜡烛易熄灭、小
白鼠易窒息而死。
2、蜡烛不容易熄灭
3、小白鼠不易窒息而死
1
3
二、1771年英国的科学家普利斯特利
结论：植物可以更新污浊的空气。
二、1771年英国的科学家普利斯特利
（1）为什么有的学者会得到相反的实验结果呢？
（2）你认为普利斯特利在实验中忽视了哪种条件？
三、1779年荷兰的科学家英格豪斯
结论：植物体只有在光下才能更新污浊的空气。
甲
乙
（2） 英格豪斯知道植物更新了空气中的什么成分吗？为什么？
（1）他在实验中控制的单一变量是什么？
1789年，由于发现了空气的组成成分，人们才明确绿叶在光下吸收了CO2，释放了O2。
（3）小组合作设计实验装置图，证明植物需要光才能制造O2？怎样检验O2？
（备选实验材料和器材：金鱼藻、大烧杯、漏斗、试管、木条、火柴等）
设计实验
A组
B组
资料连接：1845年，德国科学家梅耶，
根据能量转化和守恒定律明确指出，植物
在进行光合作用时，把光能转化成化学能
储存起来。
植物在吸收CO2和H20，释放O2的过程中，光能哪里去了？
光能转化为化学能储存在什么物质中？这一问题迟迟未能解决。
①暗处理
②光照
四、1864年德国的植物学家萨克斯采用碘液检测淀粉的方法进行实验
萨克斯，J.von Sachs (1832～1897)
③滴加碘液
参考问题：
①为什么要把绿叶在暗处放置一昼夜？
②叶片一半曝光，另一半遮光，目的是什么？
③为什么在加碘蒸汽前要用热酒精处理叶片？
④这个实验得出什么结论？
结论：植物在光下产生了淀粉
小资料：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成的。水绵最明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。
五、1880年，美国科学家恩格尔曼的水绵实验
一是选用水绵作为实验材料，便于观察和分析；
二是将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除环境中光线和氧的影响；
三是选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位；
四是进行黑暗和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
恩格尔曼的实验在设计上的巧妙之处是：
提出问题：探究光合作用释放的氧气到底来自二氧化碳还是水？
五、1939年美国的科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）利用同位素标记法进行了探究实验。
1、需要标记什么元素？
2、如何作出假设？
3、怎样设计分组对照实验？
4、预测实验结果有几种情况？
5、得出什么结论？
CO2
H218O
C18O2
H2O
预测1：若第一组为O2，第二组为18O2，则全部来自H2O
预测2：若第一组为18O2 ，第二组为O2 ，则全部来自CO2
预测3：若两组既有18O2、也有O2，则来自两者。
第一组
第二组
绿色植物
（如小球 藻）
CO2
H218O
18O2
C18O2
H2O
O2
结论：光合作用释放的氧气全部来自水
第一组
第二组
卡尔文及其同事用来研究光合藻类CO2固定的仪器装置
他用14C标记的CO2追踪了光合作用过程中碳元素的行踪，从而进一步揭示了光合作用中复杂的化学反应。
六、1948年美国的科学家卡尔文（M.Calvin）等人的实验
思考：科学结论的诞生经历了怎样的过程？
观察发现问题
提出假设（推想）
设计实验验证
得出结论
重复
（科学性、单一变量、对照原则）
动力
场所
水
CO2
O2
淀粉等有机物
绿色植物通过叶绿体,利用光能，把二氧化碳和水转变成贮存能量的有机物，并且释放氧气的过程就是光合作用。
CO2+H2O （CH2O） + O2
叶绿体
光能
光合作用的概念
课后探究
有一个刚从花鸟市场买回的鱼缸，内有金鱼和金鱼草，有哪些方法可以让金鱼草放出更多的氧气供金鱼呼吸？
利用几天很好的天气，将你的想法设计成实验，然后进行实验验证，看看是否可以成功。
流传千年的真理，
在不经意间蜕变，
一个简单的实验，
开启了光合作用发现史的新纪元。
亚里士多德的哲言，
由定论转为铺垫，
一个个学者，因为踏上了巨人的肩，
他们的视野才更高更远。
氧气如何产生？
怎样更新二氧化碳？……
光合作用的无数谜题，
逐一揭示出答案。
每一个新的发现，
都足以让生物学界震撼。
更多的奇迹，
无穷的奥秘，
等待我们去探索，
等待我们去发现……
谢谢!
请多多指教!
同位素标记法
同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫做示踪元素。示踪元素标记的化合物，化学性质不变。人们可以根据这种化合物的性质，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫做同位素标记法。
你知道常用的O的同位素吗？
