“光合作用的发现” 教学设计

唐丽娜 李亚军

摘 要： 本节教学设计旨在通过重温光合作用的发现的几个经典实验，使学生体验科学家发现光合作用的艰辛历程，探讨在光合作用的发现过程中科学与技术之间的紧密联系，领悟科学探究的基本方法和步骤，建立良好的认知结构。

关键词： 光合作用 科学探究 实验 教学设计

1.教材分析

“光合作用的发现”这一课题是人教版高中生物必修1《分子与细胞》第5章第4节《能量之源──光与光合作用》中的学习内容之一。光合作用在绿色植物的新陈代谢生态系统中能量流动的物质循环中有非常重要的意义。“光合作用的发现”以光合作用探究过程中的几个经典实验进行着重讲解，从一个侧面反映了科学探究的一般方法，是学生体验科学精神、科学态度和科学研究方法的好素材。本节内容不仅可为后面众多的实验探究内容的学习奠定良好的感知基础，而且可以为下节课学习“光合作用过程”做好知识铺垫。

2.教学目标

2.1知识目标。

（1）说出绿色植物光合作用所需原料、产物和各种条件的发现过程；

（2）理解光合作用的概念。

2.2情感目标。

（1）形成热爱自然、热爱生命的良好品格；

（2）认同科学是在不断观察、实验、继承、争论中不断向前发展的；

（3）树立科学的世界观。

2.3能力目标。

（1）通过学习，了解科学家的科学思维方法，培养学生比较、归纳的能力；

（2）提高学生的表达和自主学习能力。

3.教学过程

3.1创设情境，引入新课。

动物的食物来自植物，那植物的食物又来自什么呢？（提出问题）

很早以前，许多人都根据总结的经验认为是来自于土壤，包括世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家亚里士多德都是这样认为的。（做出假设）

直到1648年，比利时医生海尔蒙特设计了柳树实验验证上述假设。让学生初步了解科学探究的一般过程：提出问题、做出假设、实验验证、得出结论。

植物的光合作用是一个极其复杂的生物化学反应过程，人们对光合作用过程的认识经历了一个漫长的探索历程，该探索历程不仅充分展示了人类的聪明才智，而且人类对于光合作用的深层探索仍在进行。科学家是通过怎样的实验设计探索光合作用的奥秘呢？由此进入新课。

3.2追寻科学家的足迹，重温科学探究之路。

3.2.1海尔蒙特的柳树实验

作为补充，展示经典实验。利用多媒体展示海尔蒙特实验的过程，学生仔细观察，然后思考。海尔蒙特的实验结论是：植物的营养物质来源于水。请学生评价：（1）海尔蒙特得出的这一结论合理吗？为什么？（2）海尔蒙特实验在科学研究方面给了大家什么启示？（3）海尔蒙特是一个什么样的人呢？学生根据这些问题进行讨论，然后得出自己的结论。通过这些问题的思考和讨论，可以培养学生的观察和分析能力，获取信息的能力。学会积极思考问题，学会从积极的一面认识问题，科学地、客观地评价前人及其为科学发展所作的贡献，提高生物科学素养。对于海尔蒙特的结论很多人都不赞成，在众多不赞成的声音中，其中一位英国的科学家——普里斯特利就用他的实验验证了这一点，他是怎么做的呢？

3.2.2普利斯特利实验

展示实验：1771年，荷兰科学家普利斯特利做了这样一个实验（多媒体展示实验过程）。同学们观看多媒体，同时思考老师提出的问题：（1）普利斯特利实验对光合作用的发现有什么影响？（2）普利斯特利实验在实验设计方面给大家什么启示呢？后来有人重复了普里斯特利实验，发现在有光的条件下，实验成功了，但是在黑暗的条件下，都以失败告终，这又说明了什么呢？普里斯特利实验在实验设计方面还有可以改进的地方吗？请同学们讨论作答。学生在课堂上带着问题进行认知。从而很好地培养学生的科学思维能力，学习科学研究方法，体验如何排除外界因素对实验的干扰。

总结过渡：在普里斯特利的实验中可以得知植物可以更新空气，但并没有发现光在这个过程中的关键作用。那科学家又是怎样发现光对绿色植物光合作用产生影响的呢？

3.2.3萨克斯的遮光实验

教师借用多媒体展示萨克斯的实验过程，同学们在认真观看完之后思考如下问题：（1）萨克斯实验对探究光合作用所需要的条件、原料和产物有何影响？（2）萨克斯的探究实验在设计上有哪些巧妙之处？为什么？（教师可提示“暗处理”、“遮光处理”、“碘液”的选用等）学生通过问题讨论和分析可以锻炼分析问题能力和语言表达能力，并让学生对对照设计有初步认识。

总结过渡：萨克斯实验巧妙地发现了植物在光照下产生了淀粉，那淀粉又是在什么结构内合成的呢？我们一起来看当年科学家遇到这些问题是怎么解决的呢？

3.2.4恩格尔曼水绵实验

教师结合教材和多媒体展示恩格尔曼的实验过程，学生要仔细观察，特别是最后的实验结果，然后思考回答教师的提问：（1）观察实验结果发现好氧细菌集中于叶绿体所有受光部位的周围，而没有受光的叶绿体附近几乎没有好氧细菌，这说明了什么问题呢？（2）恩格尔曼为什么选用水绵做实验材料？（3）恩格尔曼的水绵实验，在设计中他选用了在“黑暗而没有空气”的条件下，“极细光束”和“完全曝光”，这样的设计有什么巧妙之处呢？在此教师可以给学生一些提示，从前面的几个实验中得到启发。

恩格尔曼通过巧妙的实验设计证实了水绵在光照条件下，其叶绿体产生了氧气。到此，以上几位科学家为人类认识研究光合作用奠定了重要基础，其实在此期间，还有大量科学家也为研究光合作用作出了贡献，如空气成分的发现、量化实验的出现和能量转化与守恒定律的提出，等等，具体内容借由多媒体展示。在同学们仔细阅读的时候要归纳总结以下问题：（1）光合作用需要的原料有哪些？需要的必要条件和场所分别是什么？产物又是什么？（2）用化学方程式的形式总结出光合作用所需要的原料，必要条件和产物。（3）科学家在探索光合作用的历程中多次利用相关的化学和物理的知识和方法，这说明了什么？在学生整理归纳的过程中，使其认识到生物学离不开化学、物理等其他学科的发展；体验科学探究的历程，认同科学概念是在不断的观察、实验、探索中被不断完善的，是一个艰辛的历程，是许多人共同努力的结果。

过渡总结：光合作用就是指绿色植物利用CO、HO，在光的作用下，在叶绿体中合成有机物，同时释放O的过程。光合作用为植物提供生长所需的营养。而O是来自于CO还是HO，或是二者都有呢？科学家是怎样检测的呢？

3.2.5鲁宾和卡门实验

指导学生阅读教材P102的小字部分，帮助学生认识“同位素标记法”。在多媒体上展示鲁宾和卡门利用同位素标记法进行实验的全部过程。并引导学生分析：鲁宾和卡门运用同位素标记法对光合作用的研究及生物学科的发展有什么启示？让学生体会到生物科学的发展离不开科学技术的发展和支持。

3.3课堂小结。

引导学生从知识、能力、情感三方面总结本节课的收获，试着总结这些经典实验，并从中找出他们成功的原因。（科学家在科学研究的过程中总是善于观察、敢于质疑、勇于实践、不畏艰辛、坚持不懈，并且积极学习前人成功的经验。）

4.结语

通过学习，我们可以看到几代科学家历经数百年才对光合作用这一生理过程有了大致认识，所以科学的探索是艰辛的，是需要恒心和毅力的，是要有不屈不挠的求真精神的，同时科学的研究离不开技术的进步，先进的技术为科学的研究打下了坚实基础。随着现代科学技术的发展进步，人们对光合作用的研究也越来越深入，发现的秘密也越来越多，面对这些未知，需要我们共同努力学习去解决，我们的任务还很重，我们要走的路还很长。