“光合作用的發現” 教學設計

唐麗娜 李亞軍

摘 要： 本節教學設計旨在通過重溫光合作用的發現的幾個經典實驗，使學生體驗科學家發現光合作用的艱辛歷程，探討在光合作用的發現過程中科學與技術之間的緊密聯系，領悟科學探究的基本方法和步驟，建立良好的認知結構。

關鍵詞： 光合作用 科學探究 實驗 教學設計

1.教材分析

“光合作用的發現”這一課題是人教版高中生物必修1《分子與細胞》第5章第4節《能量之源──光與光合作用》中的學習內容之一。光合作用在綠色植物的新陳代謝生態系統中能量流動的物質循環中有非常重要的意義。“光合作用的發現”以光合作用探究過程中的幾個經典實驗進行著重講解，從一個側面反映了科學探究的一般方法，是學生體驗科學精神、科學態度和科學研究方法的好素材。本節內容不僅可為后面眾多的實驗探究內容的學習奠定良好的感知基礎，而且可以為下節課學習“光合作用過程”做好知識鋪墊。

2.教學目標

2.1知識目標。

（1）說出綠色植物光合作用所需原料、產物和各種條件的發現過程；

（2）理解光合作用的概念。

2.2情感目標。

（1）形成熱愛自然、熱愛生命的良好品格；

（2）認同科學是在不斷觀察、實驗、繼承、爭論中不斷向前發展的；

（3）樹立科學的世界觀。

2.3能力目標。

（1）通過學習，了解科學家的科學思維方法，培養學生比較、歸納的能力；

（2）提高學生的表達和自主學習能力。

3.教學過程

3.1創設情境，引入新課。

動物的食物來自植物，那植物的食物又來自什么呢？（提出問題）

很早以前，許多人都根據總結的經驗認為是來自于土壤，包括世界古代史上最偉大的哲學家、科學家和教育家亞里士多德都是這樣認為的。（做出假設）

直到1648年，比利時醫生海爾蒙特設計了柳樹實驗驗證上述假設。讓學生初步了解科學探究的一般過程：提出問題、做出假設、實驗驗證、得出結論。

植物的光合作用是一個極其復雜的生物化學反應過程，人們對光合作用過程的認識經歷了一個漫長的探索歷程，該探索歷程不僅充分展示了人類的聰明才智，而且人類對于光合作用的深層探索仍在進行。科學家是通過怎樣的實驗設計探索光合作用的奧秘呢？由此進入新課。

3.2追尋科學家的足跡，重溫科學探究之路。

3.2.1海爾蒙特的柳樹實驗

作為補充，展示經典實驗。利用多媒體展示海爾蒙特實驗的過程，學生仔細觀察，然后思考。海爾蒙特的實驗結論是：植物的營養物質來源于水。請學生評價：（1）海爾蒙特得出的這一結論合理嗎？為什么？（2）海爾蒙特實驗在科學研究方面給了大家什么啟示？（3）海爾蒙特是一個什么樣的人呢？學生根據這些問題進行討論，然后得出自己的結論。通過這些問題的思考和討論，可以培養學生的觀察和分析能力，獲取信息的能力。學會積極思考問題，學會從積極的一面認識問題，科學地、客觀地評價前人及其為科學發展所作的貢獻，提高生物科學素養。對于海爾蒙特的結論很多人都不贊成，在眾多不贊成的聲音中，其中一位英國的科學家——普里斯特利就用他的實驗驗證了這一點，他是怎么做的呢？

3.2.2普利斯特利實驗

展示實驗：1771年，荷蘭科學家普利斯特利做了這樣一個實驗（多媒體展示實驗過程）。同學們觀看多媒體，同時思考老師提出的問題：（1）普利斯特利實驗對光合作用的發現有什么影響？（2）普利斯特利實驗在實驗設計方面給大家什么啟示呢？后來有人重復了普里斯特利實驗，發現在有光的條件下，實驗成功了，但是在黑暗的條件下，都以失敗告終，這又說明了什么呢？普里斯特利實驗在實驗設計方面還有可以改進的地方嗎？請同學們討論作答。學生在課堂上帶著問題進行認知。從而很好地培養學生的科學思維能力，學習科學研究方法，體驗如何排除外界因素對實驗的干擾。

總結過渡：在普里斯特利的實驗中可以得知植物可以更新空氣，但并沒有發現光在這個過程中的關鍵作用。那科學家又是怎樣發現光對綠色植物光合作用產生影響的呢？

3.2.3薩克斯的遮光實驗

教師借用多媒體展示薩克斯的實驗過程，同學們在認真觀看完之后思考如下問題：（1）薩克斯實驗對探究光合作用所需要的條件、原料和產物有何影響？（2）薩克斯的探究實驗在設計上有哪些巧妙之處？為什么？（教師可提示“暗處理”、“遮光處理”、“碘液”的選用等）學生通過問題討論和分析可以鍛煉分析問題能力和語言表達能力，并讓學生對對照設計有初步認識。

總結過渡：薩克斯實驗巧妙地發現了植物在光照下產生了淀粉，那淀粉又是在什么結構內合成的呢？我們一起來看當年科學家遇到這些問題是怎么解決的呢？

3.2.4恩格爾曼水綿實驗

教師結合教材和多媒體展示恩格爾曼的實驗過程，學生要仔細觀察，特別是最后的實驗結果，然后思考回答教師的提問：（1）觀察實驗結果發現好氧細菌集中于葉綠體所有受光部位的周圍，而沒有受光的葉綠體附近幾乎沒有好氧細菌，這說明了什么問題呢？（2）恩格爾曼為什么選用水綿做實驗材料？（3）恩格爾曼的水綿實驗，在設計中他選用了在“黑暗而沒有空氣”的條件下，“極細光束”和“完全曝光”，這樣的設計有什么巧妙之處呢？在此教師可以給學生一些提示，從前面的幾個實驗中得到啟發。

恩格爾曼通過巧妙的實驗設計證實了水綿在光照條件下，其葉綠體產生了氧氣。到此，以上幾位科學家為人類認識研究光合作用奠定了重要基礎，其實在此期間，還有大量科學家也為研究光合作用作出了貢獻，如空氣成分的發現、量化實驗的出現和能量轉化與守恒定律的提出，等等，具體內容借由多媒體展示。在同學們仔細閱讀的時候要歸納總結以下問題：（1）光合作用需要的原料有哪些？需要的必要條件和場所分別是什么？產物又是什么？（2）用化學方程式的形式總結出光合作用所需要的原料，必要條件和產物。（3）科學家在探索光合作用的歷程中多次利用相關的化學和物理的知識和方法，這說明了什么？在學生整理歸納的過程中，使其認識到生物學離不開化學、物理等其他學科的發展；體驗科學探究的歷程，認同科學概念是在不斷的觀察、實驗、探索中被不斷完善的，是一個艱辛的歷程，是許多人共同努力的結果。

過渡總結：光合作用就是指綠色植物利用CO、HO，在光的作用下，在葉綠體中合成有機物，同時釋放O的過程。光合作用為植物提供生長所需的營養。而O是來自于CO還是HO，或是二者都有呢？科學家是怎樣檢測的呢？

3.2.5魯賓和卡門實驗

指導學生閱讀教材P102的小字部分，幫助學生認識“同位素標記法”。在多媒體上展示魯賓和卡門利用同位素標記法進行實驗的全部過程。并引導學生分析：魯賓和卡門運用同位素標記法對光合作用的研究及生物學科的發展有什么啟示？讓學生體會到生物科學的發展離不開科學技術的發展和支持。

3.3課堂小結。

引導學生從知識、能力、情感三方面總結本節課的收獲，試著總結這些經典實驗，并從中找出他們成功的原因。（科學家在科學研究的過程中總是善于觀察、敢于質疑、勇于實踐、不畏艱辛、堅持不懈，并且積極學習前人成功的經驗。）

4.結語

通過學習，我們可以看到幾代科學家歷經數百年才對光合作用這一生理過程有了大致認識，所以科學的探索是艱辛的，是需要恒心和毅力的，是要有不屈不撓的求真精神的，同時科學的研究離不開技術的進步，先進的技術為科學的研究打下了堅實基礎。隨著現代科學技術的發展進步，人們對光合作用的研究也越來越深入，發現的秘密也越來越多，面對這些未知，需要我們共同努力學習去解決，我們的任務還很重，我們要走的路還很長。