“光合作用的發(fā)現(xiàn)” 教學(xué)設(shè)計(jì)

唐麗娜 李亞軍

摘 要： 本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)旨在通過重溫光合作用的發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光合作用的艱辛歷程，探討在光合作用的發(fā)現(xiàn)過程中科學(xué)與技術(shù)之間的緊密聯(lián)系，領(lǐng)悟科學(xué)探究的基本方法和步驟，建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞： 光合作用 科學(xué)探究 實(shí)驗(yàn) 教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教材分析

“光合作用的發(fā)現(xiàn)”這一課題是人教版高中生物必修1《分子與細(xì)胞》第5章第4節(jié)《能量之源──光與光合作用》中的學(xué)習(xí)內(nèi)容之一。光合作用在綠色植物的新陳代謝生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的物質(zhì)循環(huán)中有非常重要的意義?！肮夂献饔玫陌l(fā)現(xiàn)”以光合作用探究過程中的幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行著重講解，從一個(gè)側(cè)面反映了科學(xué)探究的一般方法，是學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)研究方法的好素材。本節(jié)內(nèi)容不僅可為后面眾多的實(shí)驗(yàn)探究內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定良好的感知基礎(chǔ)，而且可以為下節(jié)課學(xué)習(xí)“光合作用過程”做好知識(shí)鋪墊。

2.教學(xué)目標(biāo)

2.1知識(shí)目標(biāo)。

（1）說出綠色植物光合作用所需原料、產(chǎn)物和各種條件的發(fā)現(xiàn)過程；

（2）理解光合作用的概念。

2.2情感目標(biāo)。

（1）形成熱愛自然、熱愛生命的良好品格；

（2）認(rèn)同科學(xué)是在不斷觀察、實(shí)驗(yàn)、繼承、爭論中不斷向前發(fā)展的；

（3）樹立科學(xué)的世界觀。

2.3能力目標(biāo)。

（1）通過學(xué)習(xí)，了解科學(xué)家的科學(xué)思維方法，培養(yǎng)學(xué)生比較、歸納的能力；

（2）提高學(xué)生的表達(dá)和自主學(xué)習(xí)能力。

3.教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)情境，引入新課。

動(dòng)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(jù)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為是來自于土壤，包括世界古代史上最偉大的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家亞里士多德都是這樣認(rèn)為的。（做出假設(shè)）

直到1648年，比利時(shí)醫(yī)生海爾蒙特設(shè)計(jì)了柳樹實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述假設(shè)。讓學(xué)生初步了解科學(xué)探究的一般過程：提出問題、做出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、得出結(jié)論。

植物的光合作用是一個(gè)極其復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過程，人們對(duì)光合作用過程的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)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(duì)于光合作用的深層探索仍在進(jìn)行?？茖W(xué)家是通過怎樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探索光合作用的奧秘呢？由此進(jìn)入新課。

3.2追尋科學(xué)家的足跡，重溫科學(xué)探究之路。

3.2.1海爾蒙特的柳樹實(shí)驗(yàn)

作為補(bǔ)充，展示經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。利用多媒體展示海爾蒙特實(shí)驗(yàn)的過程，學(xué)生仔細(xì)觀察，然后思考。海爾蒙特的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：植物的營養(yǎng)物質(zhì)來源于水。請(qǐng)學(xué)生評(píng)價(jià)：（1）海爾蒙特得出的這一結(jié)論合理嗎？為什么？（2）海爾蒙特實(shí)驗(yàn)在科學(xué)研究方面給了大家什么啟示？（3）海爾蒙特是一個(gè)什么樣的人呢？學(xué)生根據(jù)這些問題進(jìn)行討論，然后得出自己的結(jié)論。通過這些問題的思考和討論，可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析能力，獲取信息的能力。學(xué)會(huì)積極思考問題，學(xué)會(huì)從積極的一面認(rèn)識(shí)問題，科學(xué)地、客觀地評(píng)價(jià)前人及其為科學(xué)發(fā)展所作的貢獻(xiàn)，提高生物科學(xué)素養(yǎng)。對(duì)于海爾蒙特的結(jié)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(xué)家——普里斯特利就用他的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一點(diǎn)，他是怎么做的呢？

3.2.2普利斯特利實(shí)驗(yàn)

展示實(shí)驗(yàn)：1771年，荷蘭科學(xué)家普利斯特利做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)（多媒體展示實(shí)驗(yàn)過程）。同學(xué)們觀看多媒體，同時(shí)思考老師提出的問題：（1）普利斯特利實(shí)驗(yàn)對(duì)光合作用的發(fā)現(xiàn)有什么影響？（2）普利斯特利實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面給大家什么啟示呢？后來有人重復(fù)了普里斯特利實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在有光的條件下，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面還有可以改進(jìn)的地方嗎？請(qǐng)同學(xué)們討論作答。學(xué)生在課堂上帶著問題進(jìn)行認(rèn)知。從而很好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，體驗(yàn)如何排除外界因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。

總結(jié)過渡：在普里斯特利的實(shí)驗(yàn)中可以得知植物可以更新空氣，但并沒有發(fā)現(xiàn)光在這個(gè)過程中的關(guān)鍵作用。那科學(xué)家又是怎樣發(fā)現(xiàn)光對(duì)綠色植物光合作用產(chǎn)生影響的呢？

3.2.3薩克斯的遮光實(shí)驗(yàn)

教師借用多媒體展示薩克斯的實(shí)驗(yàn)過程，同學(xué)們?cè)谡J(rèn)真觀看完之后思考如下問題：（1）薩克斯實(shí)驗(yàn)對(duì)探究光合作用所需要的條件、原料和產(chǎn)物有何影響？（2）薩克斯的探究實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)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(xué)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(dá)能力，并讓學(xué)生對(duì)對(duì)照設(shè)計(jì)有初步認(rèn)識(shí)。

總結(jié)過渡：薩克斯實(shí)驗(yàn)巧妙地發(fā)現(xiàn)了植物在光照下產(chǎn)生了淀粉，那淀粉又是在什么結(jié)構(gòu)內(nèi)合成的呢？我們一起來看當(dāng)年科學(xué)家遇到這些問題是怎么解決的呢？

3.2.4恩格爾曼水綿實(shí)驗(yàn)

教師結(jié)合教材和多媒體展示恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生要仔細(xì)觀察，特別是最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后思考回答教師的提問：（1）觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)好氧細(xì)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(xì)菌，這說明了什么問題呢？（2）恩格爾曼為什么選用水綿做實(shí)驗(yàn)材料？（3）恩格爾曼的水綿實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)中他選用了在“黑暗而沒有空氣”的條件下，“極細(xì)光束”和“完全曝光”，這樣的設(shè)計(jì)有什么巧妙之處呢？在此教師可以給學(xué)生一些提示，從前面的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)。

恩格爾曼通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)證實(shí)了水綿在光照條件下，其葉綠體產(chǎn)生了氧氣。到此，以上幾位科學(xué)家為人類認(rèn)識(shí)研究光合作用奠定了重要基礎(chǔ)，其實(shí)在此期間，還有大量科學(xué)家也為研究光合作用作出了貢獻(xiàn)，如空氣成分的發(fā)現(xiàn)、量化實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)和能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的提出，等等，具體內(nèi)容借由多媒體展示。在同學(xué)們仔細(xì)閱讀的時(shí)候要?dú)w納總結(jié)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(chǎn)物又是什么？（2）用化學(xué)方程式的形式總結(jié)出光合作用所需要的原料，必要條件和產(chǎn)物。（3）科學(xué)家在探索光合作用的歷程中多次利用相關(guān)的化學(xué)和物理的知識(shí)和方法，這說明了什么？在學(xué)生整理歸納的過程中，使其認(rèn)識(shí)到生物學(xué)離不開化學(xué)、物理等其他學(xué)科的發(fā)展；體驗(yàn)科學(xué)探究的歷程，認(rèn)同科學(xué)概念是在不斷的觀察、實(shí)驗(yàn)、探索中被不斷完善的，是一個(gè)艱辛的歷程，是許多人共同努力的結(jié)果。

過渡總結(jié)：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(jī)物，同時(shí)釋放O的過程。光合作用為植物提供生長所需的營養(yǎng)。而O是來自于CO還是HO，或是二者都有呢？科學(xué)家是怎樣檢測的呢？

3.2.5魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)

指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P102的小字部分，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)“同位素標(biāo)記法”。在多媒體上展示魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的全部過程。并引導(dǎo)學(xué)生分析：魯賓和卡門運(yùn)用同位素標(biāo)記法對(duì)光合作用的研究及生物學(xué)科的發(fā)展有什么啟示？讓學(xué)生體會(huì)到生物科學(xué)的發(fā)展離不開科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和支持。

3.3課堂小結(jié)。

引導(dǎo)學(xué)生從知識(shí)、能力、情感三方面總結(jié)本節(jié)課的收獲，試著總結(jié)這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，并從中找出他們成功的原因。（科學(xué)家在科學(xué)研究的過程中總是善于觀察、敢于質(zhì)疑、勇于實(shí)踐、不畏艱辛、堅(jiān)持不懈，并且積極學(xué)習(xí)前人成功的經(jīng)驗(yàn)。）

4.結(jié)語

通過學(xué)習(xí)，我們可以看到幾代科學(xué)家歷經(jīng)數(shù)百年才對(duì)光合作用這一生理過程有了大致認(rèn)識(shí)，所以科學(xué)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(shí)科學(xué)的研究離不開技術(shù)的進(jìn)步，先進(jìn)的技術(shù)為科學(xué)的研究打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)光合作用的研究也越來越深入，發(fā)現(xiàn)的秘密也越來越多，面對(duì)這些未知，需要我們共同努力學(xué)習(xí)去解決，我們的任務(wù)還很重，我們要走的路還很長。