生物必修1 分子与细胞
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 能量之源——光与光合作用
二 光合作用的原理和应用
教学设计
（第一课时）
安徽省潜山野寨中学 葛良善
二○○九年十一月
一、教材分析
新课标对光合作用的认识过程从原来的“了解”水平提高到了“说明”水平，教材中本部分内容从回顾科学家对光合作用的探究历程开始，让学生感知他们探索的科学精神和实事求是的科学态度，学习科学探究的一般方法和实验设计的原则，并且得出光合作用的反应式。教材中详细描述了各探究实验的关键环节，对学生的探究思维具有很好的启发性。
二、学情分析
高一年级的学生在初中接触过生物学，但对本节知识的支撑较弱，加上学生有城市的也有农村的，生物的知识层次有差别，在教学中通过一些学生很熟悉的贴近生活的知识、图片、动画激发学习兴趣，启发学生积极思考，组织学生在课堂上开展讨论和探究。
三、教学目标
1．知识目标
知道光合作用被发现的基本过程，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
2.1.重新走进科学家发现光合作用的有关实验，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；
2.2.在实验探究中掌握科学探究的一般原则，重点是对照实验原则和单因子变量原则。
3．情感态度与价值观目标
3.1.体验科学探究历程，体会科学概念是在不断观察、实验、探索和争论中形成；
3.2.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学科中的有关知识，还要具有质疑、创新及勇于实践的科学精神和科学态度；
3.3.学会参与、合作和交流探究的内容和结果；
3.4.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。
四、教学重点难点
教学重点：
光合作用的发现及研究历史过程中的各实验设计、优缺点和结论。
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。
五、教学方法
探究式教学，结合问题、讨论、比较、归纳多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生再现科学发现过程，并进行分析、讨论、归纳和总结。
六、教学过程
师：同学们，今天我走进太中校园，我便深深的被吸引了，我很羡慕大家能够在这样的环境中学习。这里环境非常的优美，特别是拥有大量的绿色植物，其实我们生活中衣食住行都离不开植物，就拿吃的方面来说吧：展示稻穗、马铃薯块茎、玉米棒、桃子图片，提问设疑： 这些植物在生长过程中积累了大量的物质，这些物质是从哪里来的呢？
生：自由回答：水、土壤、空气等等回忆已学得的有关光合作用知识。
师：（总结纠正）很好！大家已经通过学习掌握了大量的生物知识。而这些知识在几百年前仍然是一片空白，一代又一代科学家们的不懈努力才揭示了一个又一个光合作用的谜团，今天我们就沿着前人的足迹来了解这段历史，为我们今后踏上巨人的肩膀做好准备。
师：板书：二、光合作用的原理和应用
<一>光合作用的探究历程
师：投影问题1：植物在生长过程中积累了大量的物质，这些物质是从哪里来的呢？及亚里士多德的图像和推测，这样的结论正确吗？
生：不对
师：不对讲了还有意义吗？
生：有，提出了植物生长所需物质的来源问题，让后来更多的科学家开始研究这一问题
师：是的，正如牛顿的一句话：如果说我看的很远，那是因为我站在巨人的肩膀上。如果人们要证明亚里士多德的推测不正确应该怎么做呢？
生：设计实验来证明
师：第一个实验是17世纪初比利时的一位医生海尔蒙特设计的柳树实验，投影柳树实验的图片，通过这个实验我们可以清楚地判断亚里士多德的推测对吗？
生：不对
师：所以海尔蒙特认为柳树质量的增加是来自于他连续五年所浇的水。对吗？他没有考虑到什么因素？投影问题2：植物生长所需的物质除了水还有其他的物质吗？
生：在老师的指导下讨论得出：植物生长需要水是对的，但是他还没有考虑空气的影响。
师：（板书：1、17世纪初，海尔蒙特（比利时），原料：水）那海尔蒙特当时知道空气和空气的成分吗？
生：不知道
师：是的，空气和空气的成分直到19世纪才被发现。如果像对土壤的定量测定一样定量考虑植物对空气的影响，我们应如何设计实验研究呢？
生：在密闭的环境里进行实验。
师：很好，接下来让我们看看第二个实验。播放实验二、普利斯特利的鈡罩实验。
生：观察实验并通过讨论得出：植物可以更新因为呼吸和燃烧而污浊的空气。
师：（板书：2、1771年，普利斯特利（英），植物可以更新空气）
问题3：很多科学家重复钟罩实验得出的结果却是植物也会污浊空气，这是为什么呢？
生：大家讨论得出植物也会进行呼吸作用吸收氧气释放二氧化碳。原因：光照不足或是没有光照。
师：很好，大家对前面的知识掌握都非常牢固。但是1776年荷兰的科学家英格豪斯重复了500多次实验才发现植物更新空气是需要光照的，可见在科学探索的道路上是充满艰辛和挫折的，大家今后在科学研究中如果也遇到这样的困难，你能否不断调整不断探索直到获得成功呢？
生：能（大声）
师：投影英格豪斯的实验图片，（板书：3、1779年，英格豪斯（荷），条件：光照）到了19世纪初，化学学科有了很大的发展。投影索苏尔的成就资料，思考：索苏尔利用什么方法揭示这个问题。
生：定量化学分析的方法
师：这给你什么启示呢？
生：生物科学的发展需要借助于其他学科的知识和技术的进步。
师：好的现在我们知道植物吸收了二氧化碳、水和光能，释放了氧气。
问题4：光能到哪里去了呢？
生：描述梅耶的推测。
师：在植物体内储存能量的物质是什么呢？
生：回顾第二章的有关内容回答：淀粉，脂肪等。
师：那么我能不能将梅耶的假设更具体一点呢？
生：（讨论）光能转化为化学能主要储存在淀粉中
师：我们能不能设计实验来证明这个问题呢？怎样检验有淀粉的生成呢？
生：用碘液检测变蓝
师：投影萨克斯的叶片遮光实验
生：观看实验过程，讨论这是不是一个对照实验，它的自变量是什么，怎么操纵的？他的因变量是什么？如何获取的？它还有哪些无关变量？如何控制才能避免产生额外变量？
师：总结并修正相关回答，提示前面几个实验的自变量设计问题。投影：
问题1：为何要在黑暗中放置一昼夜？
问题2：为何要一部分遮光一部分曝光？
问题3：为何要用酒精脱色叶片？
生：讨论回答相关问题并结合实验的结果分析得出实验的结论
师：（板书：4、1864年，萨克斯（德），产物：淀粉）问题5：叶肉细胞吸收光照利用水和二氧化碳合成有机物和氧气的反应是在哪里进行的呢？
生：叶绿体
师：如何来证明这个问题呢？播放恩格尔曼的水绵实验。（介绍水绵细胞和叶绿体，好氧细菌）
生：学生观看实验并讨论该实验的自变量、因变量、无关变量等问题
师：投影：
问题1：为何选择水绵作为实验材料？
问题2：为何要将装片置于黑暗而无空气的地方？
问题3：为何要完全曝光？后又用极细的光束照射？
生：思考回答并总结实验的结论
师：（板书：5、1880年，恩格尔曼（美），场所：叶绿体）
提示学生总结光合作用的原料、产物、条件和场所。
生：用反应式表达出光合作用的过程，同时向大家展示其反应式，并总结光合作用的概念。
师：（板书：小结：CO2+H2O O2+ CH20）
纠正反应式中的一些不规范的地方，投影问题6：氧气中的氧是来自于水还是二氧化碳呢？
生：说出可能的假设
师：我们又该如何来证明这个问题呢？介绍新方法——同位素追踪法，我们如果要知道氧气是来自于水还是二氧化碳应怎么追踪呢？
生：讨论后回答出相应的方案
师：播放鲁宾和卡门的实验
生：观看实验并总结结论
师：（板书：6、1939年，鲁宾和卡门（美），H2*O *O2）氧气的氧元素是来自于水中。
投影问题7：二氧化碳是否是直接转化为淀粉呢？还是先转化为其他的物质呢？我们要如何去追踪呢？
生：用14C标记二氧化碳
师：投影卡尔文的实验结果——卡尔文循环
生：描述卡尔文循环
师：（板书：7、1948年，卡尔文（美），*CO2 2*C3 *CH2O）好的我们再回顾一下这几百年的历史看看能够给我们哪些启示呢？投影
问题8：在光合作用的探究历程中科学家们除了利用生物学知识，还借助了哪些其他学科的知识和技术呢？这给你什么启发呢？
问题9：在光合作用的探究历程中你还得到了哪些启发呢？和大家交流一下吧。
生：讨论得出相应的答案
师：对学生的答案进行修正和总结，看来我们大家都有很多的收获，甚至有点跃跃欲试了，那就让我们站在巨人的肩膀上小试牛刀吧，投影:
“小试牛刀”
尝试利用所学的知识探究光照下水草能产生了氧气。材料用具：小球藻若干、漏斗两只、试管两只、烧杯两个、火柴、蒸馏水、台灯等。
生：思考讨论并会出实验装置图，同时向大家展示该过程
师：对展示的同学给与肯定，我们今天一起走过光合作用的探究历程，相信大家一定了解到了科学发现过程的艰辛，也学会了如何去探究科学问题，将来我们一定会让科学之花绽放的更加美丽！最后让我们再以一首小诗朗诵回味光合作用的发现历程给我们的启示吧！
生：集体朗诵
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……
七、板书设计
二、光合作用的原理和应用
<一>、光合作用的探究历程
1、1627年，海尔蒙特（比利时），原料：水
2、1771年，普利斯特利（英），植物可以更新空气
3、1779年，英格豪斯（荷），条件：光照
4、1864年，萨克斯（德），产物：淀粉
5、1880年，恩格尔曼（美），场所：叶绿体
小结：CO2+H2O O2+ CH20
6、1939年，鲁宾和卡门（美），H2*O *O2
7、1948年，卡尔文（美），*CO2 2*C3 *CH2O
