光合作用的发现(黑龙江省哈尔滨市南岗区)

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光合作用的发现
一、教材分析
1.学习内容分析：
教材的《能量之源——光与光合作用》一节中包括以下内容：叶绿体中的色素（并且安排了“叶绿体中色素的提取和分离”的学生实验）、光合作用的探究历程、光合作用的过程。
其中安排了光合作用的发现过程的目的是：不仅让学生了解这个科学发现的历史，更重要的是让学生认识到科学研究方法的重要性、科学研究的思维方式的重要性，体验到科学家们智慧的力量和创造的快乐，学习科学家们“不断挑战权威、不断创新”精神，提高科学素养。
2.学习者的分析
义务教育初中教材已经讲述了光合作用的基础知识，安排了“绿叶在光下制造淀粉”实验。要更加深入地从产物和场所等方面讲述了光合作用发现过程中的几个著名的实验，相对来说学习困难并不大。
学生学习光合作用发现的几个著名的实验时，若能深入探讨怎样根据实验目的设计实验以及实验设计时需要遵循的原则等知识，不仅满足了学生的求知欲，还能让学生真正学到科学研究的方法以提高科学探究能力，亲自体验科学家的思维过程以达到启迪学生的思维、提高思维技能的目的，并使学生在潜移默化中学习科学家不断探求新知识的精神，让学生真正学有所获，促进学生发展。
3.教材的重点和难点
重点：①光合作用的发现
②科学研究的基本方法
③说明光合作用的定义
难点：①科学研究的基本方法
二、教学目标
1.知识目标：
①能说明光合作用的发现过程。
②能与已有的知识经验建立联系，分析所示的几个著名实验各种处理的目的。
③能得出科学实验的基本方法，应用实验设计所遵循的有关原则，尝试设计实验。
④说明光合作用的定义。
2.能力目标：
①通过亚里士多德的经验推测,意识到科学研究方法的重要性以及了解科学研究的基本方法。
②能分析普里斯特利实验、萨克斯实验、鲁宾和卡门实验，在体验科学家的思维过程中提高思维技能，理解并应用实验设计时要遵循的原则。
③能通过课堂实验方案的设计及初步评价，培养学生综合能力。
④通过课后对日常生活中实际问题的分析和解决，提高实际运用科学研究方法的能力。
3.情感目标：
①通过学习科学发现史，体验科学家们智慧的力量和创造的快乐，激励学生不断挑战权威、不断创新的精神。
②学生通过分组和小组良好的合作、交流，培养合作、参与的精神。
三、教学准备：
教具准备：多媒体课件
课时安排：1课时
四、教学过程：
引言：科学的成果都是后人继承前人的经验，又经过多次探索和研究才获得的。人们对植物光合作用这一重要生命现象的发现，经历了由表及里的漫长过程，是各国科学家共同努力的结果。
创设情境：众所周知，一颗种子播种在土壤中，在适宜的条件下便可萌发生长。有的可长成高达数十米的参天大树；有的在其最适合生长的季节里具有惊人的生长速度。如玉米在拔节期每天大约可长高8厘米，而大牡竹曾有一天增高41厘米的记录。那么，植物生长所需的营养物质是从哪里来的？
生：营养物质，光合作用制造的。?
师：谁知道光合作用是怎么发现的 是哪些人发现的 ?
生：思索?
师：这就是我们本节课要关注的话题。?
　　(屏幕显示：探究绿色植物光合作用的发现)?
(一) 1771年，普利斯特利（Priestley）实验
早在两千多年前，人们受古希腊著名哲学家亚里土多德的影响，认为植物体是由“土壤汁”构成的，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。
师：你认为对吗？
生：不对。?
让我们把时光退回到十八世纪，看看普利斯特利实验。
多媒体展示普利斯特利实验：
A组：将小鼠与点燃的蜡烛放在一个 密闭的玻璃罩内。
将小鼠单独放在密闭的玻璃罩内。
B组：将点燃的蜡烛与绿色植物放在密闭的玻璃罩内。
将点燃的蜡烛单独放在密闭的玻璃罩内。
C组：将点燃的蜡烛、小鼠和绿色植物共同放在一个密闭的玻璃罩内。
师：1、这三组实验的现象是什么？
2、有无植物的实验装置，起什么作用？ 实验说明什么问题？
3、该实验装置中玻璃罩有什么作？
生：1、单独密封的蜡烛很快熄灭、老鼠很快死去，与绿色植物一起的蜡烛暂时不会熄灭、老鼠会存活很长时间。
2、对照作用、绿色植物可以更新空气。
3、排除干扰因素（外界空气的影响）。
教师指出：当时他并不知道植物更新了空气的哪种成分，也没有发现光在这个实验中的关键作用。
（教学意图：问题的设置梯度由易而难，最后一个问题的设计不但能为下一环节的知识做引入，也为接下来学生学习中应具有的科学探究素质作了铺垫，即探究过程中的严谨性。另外，了解对照实验原则、单因子变量原则实验中的相关应用。）
过渡：
随后有人重复普利斯特利的实验，但却得出与他相反的结论，认为植物不仅不能把空气变好，反而会把空气变坏（这是由于植物同样有呼吸作用的缘故）。而这一现象连普利斯特利本人也难以解释，你认为最可能的原因是什么？
这种截然不同的结论引起人们的极大关注，导致了1779年荷兰的简·英格豪斯进行一系列实验。
（二）补充英格豪斯的经典实验：
实验中的叶片和绿色枝条需要在阳光下才能更新空气的成分，最终引导学生得出“是绿色植物在光下释放氧气”的结论，引出之前学过的“叶绿体”一词。
多媒体展示：
重复普里斯特利的实验，但始终在光下进行
生讨论：确定了植物的绿色部分，只有在光下才能起到 “净化”空气的作用（吸收CO2,放出O2）。
（教学意图：培养学生尊重科学且用发展的观点看待科学、树立辨证的科学观 。）
自然过渡：光合作用除了生成气体，更新空气外，还有其他物质生成吗？
（三）1864年，萨克斯实验
（课件动画展示）模拟萨克斯实验
1、介绍：1864年德国科学家萨克斯的实验：黑暗处理→一半照光、一半遮光→酒精脱色→碘液显色（遮光处颜色没有变化，照光处变深蓝色）。
2、本实验是否存在对照组？若有，请指出单一变量。（部分遮光、部分曝光，进行对照。）
3、问：这个实验可以得出什么结论（淀粉是光合作用的产物）。
4、小组合作讨论：
A.这个实验是否设置了对照？实验中所需控制的单一变量是什么？
B.实验结果如何显示？
（教学意图：感受科学发现过程，提高学生探索求实的科学素养。进一步培养学生科学实验探究的原则和方法。）
情境设疑：光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢，还是两者兼而有之？
生：讨论。
（四） 20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门的实验
教师提示：同位素标记进行光合作用的实验，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？还是两者兼而有之？同学们考虑一下，应标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？
1、教师利用动画的形式展示实验过程
2、学生阅读资料，了解同位素标记法
3、师生共同分析此对比实验的巧妙性
生：用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它分别成为H218O和C18O2。进行两组光合作用的实验，然后对释放的氧气进行分析。
第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O
C18O2+H2O 光照O2
第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2
CO2+H218O光照18O2
（教学意图：培养学生运用所学的知识和技能解决实际问题的能力。）
（五）20世纪40年代，卡尔文实验
用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。
生：卡尔文循环：CO2 → C3 → (CH2O)
教师整理板书，将之前学生在探究过程中记录的零散的字词转变成本节的知识点进行呈现，得出光合作用的反应式。
通过已得的反应式引导学生用自己的语言概括出光合作用的定义。
指导学生完成书上的图文填空。最后发表本节课的探究感言。
（教学意图：一方面对学生之前的思维火花给与肯定，一方面循序渐进的完成本节课的各项教学目标，最终给出评价。）
五、板书提纲
第4节 光合作用的发现
一、发现历程：
二、光合作用的条件：
二氧化碳 +水 有机物 + 氧气
三、光合作用的定义：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，并且释放出氧气的过程。
六、教学小结：
本堂课主要旨在通过对光合作用的发现过程的完整的再现，让学生对光合作用的定义及反应式进行系统知识的重建，同时学习科学家的精神及科学的学习方法，并尝试加以运用。由于实验操作的局限性，只能利用多媒体再现当年的实验过程，本课介绍光合作用的发现史所涉及到的实验很多，如果以单一的呈现方式出现，学生肯定会产生厌倦情绪，那么教学目标的就无法很好的达成。而本课在教学设计中充分利用多媒体手段以多样的方式来呈现这一个个的实验，激发了学生的兴趣。能够帮助学生更好的体会科学家实验设计的巧妙之处，提高学生实验设计的能力。如何组织好这一部分内容的教学，使上述目标得以达成是一个值得思考和研究的问题。本课在这方面做了一个尝试。
光照
叶绿体
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