通过光合作用探究历程构建光合作用概念
余宏凯
一、教材分析
本节课是人教版高中《分子与细胞》第五章“细胞的能量供应和利用”第4节“能量之源——光与光合作用”中“二、光合作用的原理和应用”的第一课时内容。光合作用是植物最基本的新陈代谢，是生物界物质和能量的最终来源，是整个高中阶段生物学教学的重点内容。而“光合作用的探究历程”是在学生对光合作用有了基本了解之后，对光合作用发现史的系统研究，通过引导学生分析科学家们的经典实验，让学生体会科学家认识问题的思维过程和实验中所蕴含的科学探究方法，培养科学态度和科学精神，进而培养和提升科学探究素养。本节课也是学生进一步深入学习和理解光合作用过程的基础。在教学过程中，可运用多媒体课件、智慧课堂平台与探究式教学相结合的方法，引导学生观察、讨论、分析、归纳、设计实验等，在掌握科学探究方法的同时，培养分析、解决问题的能力，以及交流与合作的能力，最终培养学生的创新精神和实践能力。
二、教学目标
2．1 知识目标
能够描述光合作用的认识过程；总结出光合作用的概念，写出光合作用总反应式。
2．2 能力目标
通过分析实验和讨论交流，增强语言表达能力和分享信息的能力；尝试进行实验设计，学会控制自变量、设置对照实验。
2．3 情感态度与价值观
体验科学家设计实验的技能和思维方式，认识科学是在不断的观察、实验和探索中前进的；认同科学技术进步对科学领域发展的推动作用。
三、教学过程
教学环节 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 | ||||||||||||
情景导入，引发思考 | |||||||||||||||
| 视频展示破土而出的小苗长成参天大树的动画过程，设疑：植物生长所需要的物质和能量通过什么过程进入植物体又来自于哪里? | 思考讨论，利用智慧课堂平台抢答模式回答讨论结果。 | 由生活实际现象引发学生对“植物生长所需物质和能量来源”进行探究的兴趣。 | ||||||||||||
回眸历史，体验探究 | |||||||||||||||
| 公元前3世纪，亚里士 多德提出了“植物的物质积累来源于土壤”的观点，设疑：“这个观点是否正确?”“能否设计实验判断该观点是否正确?利用智慧课堂平台随机选择模式选择学生回答。 | 小组讨论，并设计实验证明自己的观点，并通过智慧课堂平台展示自己设计的实验。 | 培养学生“大胆质疑，小心求证”的科学态度和精神。 | ||||||||||||
| 介绍1648年海尔蒙特的实验，分析实验结论。 | 分析实验现象和结论，推翻亚里士多德的观点。明白“植物的物质积累不只来自土壤，也来自水”。 | 引导学生理解实验法是科学探究方法的重要方法之一。 | ||||||||||||
| 由海尔蒙特实验的不足“忽略了空气对实验结果的影响”，引出1771年普里斯特利的实验。设疑：“实验说明什么问题?”“有人重复普利斯特利的实验，却失败了，为什么?” | 得出“绿色植物可以‘净化’空气”的结论和“普斯特利实验未考虑光照对实验的影响”的认识。 | 使学生体会严密性是实验设计的重要原则之一。 | ||||||||||||
| 在多媒体课件展示1779年荷兰科学家英格豪斯的实验后，设疑：“英格豪斯设置这样两组实验的目的是什么?这两组对照实验的自变量是什么?因变量是什么?无关变量又有什么?” | 确认实验目的和三变量，得出结论：只有在光下普利斯特利的实验才能成功，揭示光合作用需要光照。 | 培养学生客观地观察、描述、分析实验的能力；并理解实验设计原则中对照原则和单一变量原则的重要性。 | ||||||||||||
| 然后根据科学事实“由于受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”，引出1785年法国科学家拉瓦锡发现了空气的组成。 | 明确了绿叶在光下吸收了二氧化碳，放出了氧气。 | 体会科学技术进步对科学领域发展的推动作用。 | ||||||||||||
| 设疑“光能哪里去了?”、引出1845年德国科学家梅耶，根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来了。 | 明确光合作用是把光能转化成化学能。 |
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| 提问“化学能储存在什么物质中?”引出1864年德国科学家萨克斯的实验，设疑：“为什么把植物在暗处放置几个小时?为什么让叶片一半曝光，另一半遮光?谁是实验组，谁是对照组?它们的自变量是什么?因变量是什么?有没有淀粉的生成，用什么试剂来检测?淀粉遇碘变蓝，而叶片本身呈绿色，颜色较深，怎么处理? | 在思考解答问题的基础上，分析结果，得出结论：植物在光合作用中产生了淀粉；光合作用需要光。 | 再次体会设计实验时对于实验变量的处理 方式，体会实验设计的严密性。 | ||||||||||||
| 提出问题“光合作用的场所在哪儿？”引出1880年恩格尔曼的实验。设疑：“选择怎样的材料，有利于探究光合作用的场所？” | 讨论实验材料的选择，分析恩格尔曼选材，实验设计的巧妙之处，明确叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所 | 体会在实验操作过程中，实验材料和实验方法对实验的重要性。 | ||||||||||||
归纳总结，建构模型 | |||||||||||||||
| 要求学生根据光合作用的原料、产物、场所及条件，总结出光合作用的概念，并以反应式表达。 | 建构光合作用的概念 | 培养学生分析、总结的能力。 | ||||||||||||
模型拓展 | |||||||||||||||
| 利用光合作用反应式提出问题“光合作用释放的02到底是来自于H20，还是来自于CO2呢? 展示1939年鲁宾和卡门的实验过程 | 分析基于不同的假设，可以得出预期的结果，之后比较真实的实验结果，进而得出实验结论“光合作用释放的氧气全部来自于水”。 | 培养“作出假设和预期”的科学探究能力。 | ||||||||||||
| 通过“光合作用产生的有机物中的碳是否来自CO2呢?”的问题，简要介绍20世纪40年代美国科学家卡尔文的实验发现—— 卡尔文循环。 | 思考同住素标记的对象，以及实验原理。 | 体验生命过程的复杂和科学研究的艰辛。 | ||||||||||||
模型应用 | |||||||||||||||
1、饲养金鱼的人，每天都需用新鲜水置换鱼缸中的旧水。但如果在缸内放置一些金鱼藻类的水生植物，则可以延长换水的时间，其主要原因是（ D ） A. 金鱼以金鱼藻为食 B. 金鱼藻可制造葡萄糖，供金鱼食用 C. 金鱼藻可吸附水中污物保持水的清洁 D. 金鱼藻可吸收金鱼排放的CO2，并放出O2供金鱼利用
3.把一株牵牛花在黑暗中放置一昼夜，然后利用下图装置进行实验。该实验不能用于验证 （ A ）
A. 光合作用能产生02 B. 光合作用需要C02 C. 光合作用需要光 D. 光合作用需要叶绿体 4、科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同的光照时间，结果如下表。根据实验结果分析，下列叙述不正确的是（ C ）
A. 本实验采用放射性同位素示踪技术进行研究 B. 本实验利用小球藻研究的是光合作用暗反应阶段 C. CO2进入叶绿体后，最初形成的主要是12种磷酸化糖类 D. 光合作用产生的初始产物最终可转变成氨基酸、有机酸等
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四、教学反思
本节课注重实验设计能力的培养和科学探究核心素养的培养，通过“问题-探究-建模-应用”教学模式，以智慧课堂平台为载体，整节课围绕“科学史”和“科学思维方式”这样纵向和横向两条主线展开，既拓展了课程内容，又带领学生进一步挖掘了各个经典实验的本质，使学生自主总结出光合作用的总反应式，并在生成光合作用的概念的同时，体会、总结出科学思维方式。