光合作用教学设计-科学史

教学设计与案例《光合作用》第一课时光合作用的研究历史一、教材分析：1、本章在教材中的地位本章教材主要是在学生学习了关于生命的物质基础和生命的基本单位——细胞的基础上，比较详细地讲述了酶和ATP在新陈代谢中的作用，植物、动物和人体内新陈代谢的主要过程和特点，以及新陈代谢的基本类型等基础知识。使学生通过本章的学习，更加深入地理解新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础，是生物最基本的特征。所以说它是我们高中生物学的重点和难点知识。2、本节本内容在本章中的地位本节教材主要讲述了光合作用的发现过程、叶绿体及其色素、光合作用的过程以及影响光合作用的因素等四个方面的内容。光合作用的过程，教材首先从光合作用的总反应式入手，说明光合作用的场所、条件、原料和产物。从而引出根据是否需要光，将光合作用的过程分为光反应和暗反应阶段。之后教材对这两个阶段分别从反应场所、条件、物质变化、能量变化等方面进行了比较详细的分析。得出两个阶段是一个整体，在光合作用的过程中，二者紧密联系、缺一不可的辨证结论。并从中得出光合作用的概念、实质。紧接着讲述了影响光合作用的因素，最后还补充了植物栽培与光能的合理利用，意在指导学生理论联系实际。本节内容不仅和初中教材中有关光合作用的基础知识密切相关，而且在高中教材中也起着承上启下的作用：一方面通过本节内容的学习，可以进一步理解在第三章中为什么把叶绿体比作“有机养料制造车间”和“能量转换站”，另一方面也为本节生物体内营养物质的转变等内容的学习打下基础。所以说本节本内容既是本章的重点和难点，又是整个高中生物学中的重点和难点.二、学生情况分析本节的授课对象是高二的学生，很多上海高一未开设生命科学课，又由于学生,生物的基础也普遍较，有一部分根本就没有学生物，在知识的衔接方面还存在一些偏差，学生对学习的兴趣，在完成教学任务方面存在一定的难。能够发现问题,探讨问题,有一定合作学习的能力。大部分同学在初中学习中已具备了一定的关于光合作用的基础知识，也做过“绿叶在光下制造淀粉”这个实验。同时他们具备物质转变和能量变化等相关的物理、化学知识。而光合作用过程是微观的化学变化，较为抽象，学生比较难理解。针对以上的种种情况，在教学中，要做到因材施教，循循善诱，通过，引起学生对一些问题的思考，激发学生深入提高学生独立观察发现、探索交流并归纳总结，持之以恒的精神。三、教学目标知识与能力：1、描述光合作用的研究过程。2、写出光合作用的总反应式。过程与方法：能够例证科学家所研究的实验。情感态度价值观：1、通过科学家对光合作用原理的探究过程的学习，认同科学是在不断地观察、实验、探索和争论中前进的。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意见中的合理成分，还要有质疑、创新和勇于实践的科学精神与态度。四、教学重点、难点及解决方法1、教学重点和难点：光合作用的发现及研究历史。五、教学程序第1课时教学过程教学内容目标达成目标达成情境创设俗话说“万物生长靠太阳”，为什么这么说呢？首先给大家看一组数据：1.地球表面上的绿色植物每年大约可形成5000亿吨的有机物。2.地球表面上绿色植物所储存的能量大约是7.11×1018KJ，这个数字大约相当于240000个三峡水电站发出的电力。那么这些植物储存的有机物中的能量来自于哪？很明显从我们的俗语中可以看出，这些能量是来自于太阳能的。可是这些植物又是通过什么方式合成这些有机物的呢？这就是我们接下来所需要学习的知识——光合作用。从以上的数据显示我们可以看出光合作用对于我们人类有着很重要的作用，但它又是一个不容易被人察觉的过程，那么它是如何被科学家发现的呢？这个问题曾困扰了科学家们几个世纪。1.早在两千多年前,古希腊著名哲学家亚里土多德就说过这样一句话：“植物的根是一张嘴，植物生活和生长所需的一切物质，都是通过根从土壤中吸收了土壤汁得到的。”也许我们现在听到这个观点会觉得很荒谬，植物中积累的有机物质怎么会全来自于土壤呢？可在当时，人们却深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。这一观点竟统治了西方近两千多年。亚里土多德这一观点的最大不足之处就在于没有通过实验去检验自己的理论。因此，这个未经过实践检验的观点，也只能算一个经验推测而已。我们应该知道，生物学是一门实验性科学，任何结论的得出都需要实验作为依据。2.直到300年前，比利时的一个医生海尔蒙坚持了长达五年的实验，来推翻了亚里士多德的观点。首先海尔蒙特设计的实验很巧妙：他把一棵重2.3kg的柳树苗种植在一桶事先称好重量的土壤中，桶内土壤的干重是90.8kg。桶上加盖，然后只用纯净的雨水浇灌而不供给任何其他物质。5年后，他发现这棵柳树的重量竟是刚栽种时的32.4倍，重达74.47kg。大家想：如果按照亚里土多德的观点推算，桶内土壤重量必定会大大的减少。结果到底是不是这样呢？这时，海尔蒙特把桶内的土壤烘干后，测得重量竟还有90.74kg。土壤的重量只减少了0.06kg。由此我们可以证明亚里士多德是错误的。但是由于受到时代的局限，通过这个实验海尔蒙特认为柳树增重的74.47Kg物质只是来源于水。此实验有三个缺陷：○1没有说明植物成分如何从水中合成；○2同时也未发现植物即使他在桶上加盖，气体是可以进入桶内的，也不知道在生长过程中会吸收和放出某些气体；○3再者对于桶引入新课发现问题内土壤减少的现象，他将之简单地归为实验误差，而没有进一步研究土壤中无机盐进入植物体的情况。因此，成功的机遇与他擦肩而过。不过，无论怎样，天资聪慧的海尔蒙特将数学的概念引入了生物学领域，揭开了光合作用研究的序幕。当然我们现在应该知道我们大气中的O2几乎全部来自于植物，那么，是谁最先用实验的方法证明植物的生长与空气有关的呢？请看投影。3.1771年普里斯特利在所做的实验：在光线充足的地方，将一支点燃的蜡烛和一支小白鼠分别放到一个密闭的玻璃罩里，看到蜡烛不久熄灭了，小白鼠也很快死去。将蜡烛与薄荷一起放在这个玻璃罩内，蜡烛不容易熄灭，小白鼠也不容易窒息而死。但是，普里斯特利的实验有时成功，有时失败，这是什么原因呢？4.荷兰科学家英格—豪斯进一步实验发现虽然植物和蜡烛放在一起，如果在黑暗条件下，蜡烛还是会熄灭，只有在光照下，蜡烛才不会熄灭。虽然当时人们对光合作用与气体间的关系有较深刻的认识，但是，对植物在光合作用中吸收的二氧化碳和释放的氧气之间的数量关系仍然不清楚。5.1804年，瑞士学者德·索苏尔研究了植物光合作用过程中吸收的二氧化碳与放出的氧之间的数量关系，结果发现植物制造的有机物和释放出的氧的总量，远远超过它们所吸收的二氧化碳的量。由于实验中只使用了植物、空气和水，别无他物，因此，他得出结论植物在进行光合作用合成有机物时不仅需要二氧化碳，水也必然是光合作用的原料。此结论不仅证实了海尔蒙特关于柳树生长过程中合成植物体的物质主要来自水的推论，而且把人们对光合作用本质的认识提高到一个崭新的阶段。索苏尔的工作方法和结果都是正确的，可惜当时没有被人接受。他提出，CO2和H2O是植物体有机物质的来源。那么，光合作用合成的有机物质到底是什么呢？6、1864年，德国科学家萨克斯（J.vonSachs1832-1897）做了这样一个试验：把绿色植物放在暗处几个小时（目的是什么？让叶片中的营养物质消耗掉，避免干扰试验—单因子变量法）然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光。过一段时间在盛水的大烧杯中放入一个小烧杯，小烧杯中放入酒精和叶片，然后加热，使得叶绿素溶在有机溶剂中，煮后的叶片呈无色，再用碘液处理，这样发现遮光的那一半叶片没有颜色变化，曝光的那一半叶子呈蓝色（碘遇到淀粉变蓝色，是一种很常见的检验淀粉的方法）。由此，我们可以得出什么结论呢？绿色叶片在光合作用中产生了淀粉知道绿色植物能够产生淀粉放出O2，那么绿色植物又是怎样哪里完成的呢？7、1880年，恩戈尔曼用水绵做实验，证明了O2是从叶绿体中释放出来的，即叶绿体使光合作用的场所。8、经过技术的进步，直到20世纪30年代，物理学发展为生命科学的研究提供了新的思路和方法，即同位素示踪法。1939年，美国科学家鲁宾和卡门利用同位素示踪法发现光合作用释放的氧气来自于水。具体步骤为，采用同位素标记法分别标记H2O和CO2，进行两组光合作用的实验。第一组向绿色植物提供H218O和CO2；第二组提供H2O和C18O2，其他实验条件相同。结果，加入C18O2的一组释放的是O2，加入H218O的一组释放的是18O2，说明什么（光合作用释放的氧气来自于水）。小结一、光合作用的发现过程1.亚里士多德的经验推测2.海尔蒙特的柳树实验——光合作用原料H2O的证明3.普里斯特利的实验4.英格豪斯的改进实验——光合作用条件光的证明5.索苏尔的实验——光合作用原料CO2和H2O的证明6.萨克斯的实验——光合作用产物淀粉证明7.鲁宾和卡门的同位素标记实验——证明O2的来源二、光合作用的概念三、光合作用总反应式四、实验设计时要遵循的原则——对照原则单一变量原则