Transcript 光合作用的发现
第二课时 《 光合作用的发现》的教学实例 1、 教学设计思路 本节课是高中生物必修1第五章第二节的第二课时，教材通 过介绍6位科学家的经典实验，揭开光合作用发现之谜。本课内 容与原教材内容变化不太大，教师在教这部分内容时，为了节省 时间，如果直接用讲授法教学即“教师讲，学生听”，让学生记 忆实验的名称和结论，就很难激发起学生学习的积极性，只能达 到知识目标，能力和情感目标就无法达到。要想在教学中贯彻新 课程的理念，达成三维目标，就必须精心设计，而本节课又是教 材中落实HPS教育的好素材。考虑到同类型内容的课在本教材中 还有很多，如何探索这一类的教法，是一个值得研究的问题。笔 者根据新课程的要求，在教学中尽量创设情境，再现科学家发现 光合作用实验的过程，教学过程中注重学生获得知识的过程，而 非知识的本身，学生在形象直观的课件和小组合作学习中，体验 到科学家实验的艰辛的同时学会实验设计的方法，培养学生敢于 质疑的科学精神和态度。 2 教学目标的确定 2．1 知识目标 （1） 知道光合作用的发现过程，理解光合作用的概念 （2）认识科学家实验设计的巧妙之处，了解有关实验设计的基 本知识。 2．2 能力目标 （1）通过光合作用发现过程的学习，培养学生分析问题、解决 问题的能力。 （2）能够设计简单的实验，进行简单的实验探究，学会控制自 变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。 （3）在有关实验、资料分析、思考与讨论、探究等的问题讨论 中，运用语言表达的能力以及分享信息的能力。 2．3 情感目标 （1）通过光合作用发现过程的学习，让学生认识 到科学发现的艰幸，培养学生的科学精神和科学态度。 （2）通过研究科学家对光合作用原理的探究历程， 认同科学是在不断的观察、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 新和勇于实践的科学精神与态度。 3 教学重点和难点 3．1 教学重点 通过对光合作用发现过程中经典实验的分析、讨论， 培养学生严谨的科学态度和分析实验、设计实验的能 力。 3．2 教学难点 通过对光合作用发现过程中经典实验的分析、讨 论，是学生真正领会光合作用发现过程的几个著名实 验的设计思想，并运用到设计一些简单的实验中。 4 教学过程 情境素材 亚里士多德 观点 问题情境 一粒种子为何可以 长成参天大树？ 知识建构 深入思考 植物的物质积累 光合作用需要土 需要土壤提供某 壤提供的物质是 什么？ 些物质 海尔蒙特实 为什么要用雨水浇 验（1962年） 柳树？ 植物的物质 积累需要水 光合作用需要水 做什么？ 普里斯特利 实验（1771 年） 植物可以更 新空气 光合作用同空气 有何关系？ 植物生长与空气是 否有关？ 英格豪斯实 为何普里斯特利实 验（1779年） 验时而成功，时而 失败？ 索绪尔 1804 梅耶实验 1845 植物吸收和释放的究竟 是什么气体？植物把太 阳能转化成了化学能储 存在什么物质中？ 绿叶只有在光 绿叶和光照为光 照条件下才能 合作用提供了什 么？ 更新空气 绿叶在光下放出的 气体是氧气，吸收 的是二氧化碳。 植物除产生氧气外 还产生了什么物质？ 情境素材 萨克斯实验 （1864年） 问题情境 知识建构 深入思考 光合作用还有没有 植物光合作用的 实验还能得出什 其他产物？ 产物中存在淀粉 么结论？ 植物体释放的氧气 氧气是有叶绿体释 能有其他的方法 恩格尔曼实 与叶绿体有关吗？ 放出来的，叶绿体 代替此实验设计 是光合作用的场所 吗？ 验（1880年） 鲁宾和卡门 实验（1939 年） 卡尔文实验 （1957年） 如何确定氧气来自 水还是二氧化碳？ 利用同位素示 氧气主要来自水 踪法肯定了光 而非二氧化碳 合作用时水分 解而放出氧气 的事实 光合作用具体过程 是什么 确立了同化二 二氧化碳的循环 氧化碳的碳循 过 环途径 资料一 植物生长所需的物质来自何处？ 2000多年前 亚里士多德 (Aristotle) 探讨：古希腊哲学家亚里士多德研究一粒 种子为何可以长成参天大树？ 资料二 1648年范·海尔蒙特实验 开 始 时 5a后 实验前后 的差值 柳树的 质量 2.3k 76.7k g g +74.7kg 干土的 质量 90.8 90.74 kg 3kg －0.057kg 范·海尔蒙特做了盆栽柳树称重实验，木桶里栽柳5年，雨水浇灌， 柳苗由2.3kg增重至76.8kg；90kg干土减重57g。 探讨：为什么要用雨水浇柳树？通过以上提供的资料，结 合所学知识，你能说出植物增加重量的来源吗? 资料三 1771年，英国的普里斯特利 实验1：他把一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到密闭的 玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭了，小白鼠很快也死去了。 实验2：他把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到一个密 闭的玻璃罩里。他发现植物能够长时间地活着，蜡烛也没 有熄灭。 实验3：他又把一盆植物和一只小白鼠一同放到一个密闭 的玻璃罩里。他发现植物和小白鼠都能够正常地活着。 上述实验都是在光照下进行的。于是，他得出了结论： 植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空 气。但是，他没有发现光在植物更新空气中的作用，而是 将空气的更新归因于植物的生长。 当时有人重复普利斯特利的实验，却得到完全相反的结 论，认为植物跟动物一样能使空气变污浊。这一结论引起 人们的关注。 议一议：1、 有现在的知识解释普利斯特利知道植物更新 的是空气的什么成份吗？为什么？ 2、有人重复普利斯特利的实验，为什么却得到完全相 反的结论？ 资料四 1779年荷兰科学家英格豪斯 1779年荷兰科学家英格豪斯 通过实验证明绿色植物只有在 光下才能净化空气；他还发现， 光照下的绿色植物能够释放气 体，这种释放气体的能力在夕 阳西下时降低，日落后则完全 停止。 此实验说明光合作用 需要的条件是什么？ 资料五 瑞士的索绪尔 德国的梅耶实验 1779年，荷兰科学家英格豪斯做了500多次植物更新空气 的实验，结果发现：普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能 成功：植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。然而，由于当时 化学发展水平的限制，人们尚不了解植物吸收和释放的究竟是 什么气体。 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。 1804年，瑞士的索绪尔通过定量研究进一步证实二氧化碳 和水是植物生长的原料。 1845年，德国的梅耶发现植物把太阳能转化成了化学能。 问题：光能转化成的化学能储存在什么物质中呢？ 植物的光合作用除了释放氧气还产生了什么 物质？ 资料六 1864年，德国植物学家萨克斯 1864年，德国植物学家萨克斯做了一个 实验：他把绿叶先在暗处放置几小时，目的 是消耗掉叶片中的营养物质。然后，他让叶 片一半曝光，另一半遮光。过一段时间后， 他用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的一半呈 深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。 1、暗处理的目的是什么？ 2、叶片一半曝光，另一半遮光，目的是 什么？ 3、碘蒸气处理叶片，目的是什么？ 4、这一实验成功地证明光合作物的产物 除氧气外还有什么？。 资料七 1880 年，美国科学家恩格尔曼 1880 年，美国科学 家恩格尔曼把载有水绵 和好氧细菌的临时装片 放在没有空气的黑暗环 境中，然后用极细的光 束照射水绵。他发现细 菌只向叶绿体被光束照 射到的部位集中；如果 临时装片暴露在光下， 细菌则分布在叶绿体所 有受光的部位。 问题：该实验说明光合作用的场所是了什么？ 资料八 1939年，美国科学家鲁宾和卡门 1939年，美国科学家鲁宾(S．Ruben)和卡门(M．Kamen)利用同位素标记 法进行了探究。他们用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为 H218O和C18O2。然后进行两组实验： 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，他们分析了两组实验释放的氧气的放射性。结果表明， 第一组释放的氧气全部是O2；第二组释放的氧气全部是18O2。 问题：这一实验有力地证明光合作用释放的氧气来自？ 资料九 美国科学家卡尔文实验研究 光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢?进入 20世纪40年代，科学家开始用放射性同位素14C做 实验研究这一问题。美国科学家卡尔文等用小球藻 (一种单细胞的绿藻)做实验：用14C标记的14C O2， 供小球藻进行光合作用，然后跟踪检测其放射性， 最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物 中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。 14CO 2+ H2O 光 叶绿体 (14CH2O)+ O2 5、课堂小结 通过回顾科学家的实验，建构光合作用的知识是一个方面， 但是更重要的是体验和学习科学家设计实验的思想和方法。5.1 提问：科学家的实验设计思想及方法，对你有什么启发？ 总结：（1）设置对照实验（如萨克斯的曝光和遮光实验、 扬·英根豪斯将枝条放在光下和放在暗处） （2）控制单一变量（鲁宾和卡门分别标记水和二氧化 碳中的氧） （3）显性化的实验现象（普利斯特莱实验利用蜡烛创 造条件，使无法观察到的空气成分变化表现出来） 5.2提问：科学家研究问题的方法是什么？ 总结：提出问题——作出假设—— 制定计划——实施实验 ——实验结论和应用 6教学反思 6．1以学生为主体，圆满完成各项教学目标。 本节课在介绍每个科学家通过实验得出结论的过程中， 引导学生发现问题，解决问题，并帮助学生思考问题， 从而让学生认识到光合作用的发现从不完善到完善，从 模糊到清晰。学生通过小组合作探究学习，不仅建构了 光合作用的相关知识，而且在讨论中充分体验了科学家 设计实验的方法和思想，并能够对其中的实验进行完善 设计尝试，学生参与度高，学习兴趣浓，很好的完成了 三维目标。 6．2在教学中要渗透HPS教育 HPS是科学史、科学哲学和科学社会学History Philosophy and Sociology of Science的缩写词。把科学史科学哲学和科学 社会学的有关内容纳入科学课程中以提高科学教育的质量，是近 年来国际科学教育界高度重视的一个课程理论课题。科学课程中 有了HPS的内容，可以使学生更好地把握科学本质，使学生懂得科 学究竟是什么，科学知识是怎样产生的，科学在社会发展和进步 中的作用，科学和科学方法的优点与局限性等等。只有对当代科 学有了这样全面的辩证的认识，才能区分科学与非科学和伪科学， 才能驱散唯科学主义的迷雾，正确认识科学技术对社会发展的推 动作用。本节课通过对科学家6个经典实验进行有机整合，变成具 体的情境材料，使学生接触问题情境;帮助学生认识情境材料中包 含的问题;引导学生思考提出的问题和做出假设;启发学生讨论和 设计实验;形成结论.，同时体验到科学家实验的艰辛，学会实验 设计的方法，培养了学生敢于质疑的科学精神和态度。