高中生物-必修一5.4光合作用的探究历程教学设计学情分析教材分析课后反思

教学设计一．设计理念以新课标“提高生物科学素养，面向全体学生，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系”的课程理念来设计教学活动，将教材中经典实验的学习过程变为模拟科学家实验的探究过程，努力激发学生学生的思维潜能，发挥他们的学习主动性。通过小组合作探究和课堂展示使其更深切地体会到科学家们富有创意的思维过程和巧妙的科研方法，从中感悟科学探索的艰辛和乐趣。二．教学手段将多媒体技术与传统教学形式相结合，整合各种教学资源，增大课容量、提高了教学效率。同时注意新课标下教学理念的渗透，重在引导和探究，让学生在探究实验中体验、学习设计实验的基本原则，学会分析、改进实验，科学地评价自己和别人的实验。基于此，选用了引导探究法和互动讨论法来进行本节课教学。三．核心素养教学目标（1）生命观念：①能按时间轴梳理光合作用发现过程中的科学家及实验。②认同光合作用的概念及反应式。（2）科学探究：①光合作用经典实验的设计与探究的能力②讨论光合作用发现史角色体验中，知识迁移能力、分析综合能力。③在问题探讨、思维探究等过程中，合作互助、分享并运用信息、表达交流、建构模型的能力。（3）科学思维：探究过程中，学会控制自变量、观察和检测因变量和设计对照实验的方法。社会责任：通过光合作用探究历程的学习，交流、合作和评价，学会欣赏自己和他人，认同科学探究的一般规律，增进生物科学素养。三．教学重点（1）光合作用的探究历程中经典实验的探究体验；（2）解释光合作用探究历程实验设计的原理和过程；（3）说明光合作用的定义并能据此写出光合作用反应式。四．教学难点（1）、科学家探究过程中经典实验的探究过程；（2）、阐述发现光合作用的实验过程。五．教学过程学习过程教师组织和引导学生活动教学意图创设情境、引入新课板书、课件探究历程的经典实验回顾与探究强化实验设计的基本原则，指导学生开展探究实验概念得出播放第19届寿光蔬菜博览会视频，视频中体型巨大的瓜果和娇翠欲滴的蔬菜都给我们带来了视觉震撼，这一切都离不开绿色植物的什么生理过程？光合作用是绿色植物最重要的生理作用之一，与生物的生活、环境的变化息息相关，对光合作用的探究经历了漫长的探索历程，这节课就让我们穿越时空，共同回顾光合作用的发现之旅。（板书光合作用的探究历程）1.古希腊学者亚里士多德认为：植物生长在土壤中，土壤是植物的食物来源。2.1648～1653年，比利时医生海尔蒙特做了一个简单而有意义的试验。他把1棵重5磅的小柳树苗种在桶内，桶上加盖，防止灰尘落入，桶内装有已称重的土壤。他用纯净的雨水浇灌树苗，5年后的柳树长到270磅，而桶内土壤损失却极少。●由于显微镜的发明，人们发现了植物的气孔，并因此推测植物与空气发生着作用。3.1771年英国化学家普利斯特，把一只点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放在密闭的玻璃罩内，蜡烛不久就熄灭了，小白鼠也很快死去；但他将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内，蜡烛则不容易熄灭；将小白鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内，小白鼠也不容易窒息而死。实验证明植物能够改善因蜡烛燃烧而损坏的空气。4.1779年英格豪斯用了三个月的时间，做了500多次的植物对空气影响的实验，证明植物只有在光下才能改善空气。5.1804年，沙斯修以人工定量配制的空气充入放有绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内。一星期后测试发现：6.绿色植物利用光照，吸收，CO2，释放O2，光能去了哪？7.1864年德国科学家萨克斯把绿叶放在暗处几小时，然后将叶片一半曝光，另一半遮光，一段时间，用碘蒸气处理叶片，发现曝光的一半叶片呈蓝色，而遮光的一半叶片没有发生颜色变化。8.1880年德国科学家恩吉尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片暴露在光下，在显微镜下发现好氧细菌集中在叶绿体受光部位的周围。他又将棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上，发现好氧性细菌在水绵周围的聚集情况。由以上探究历程总结光合作用的概念，书写光合作用反应式，通过数据和类比（一年内地球上所有绿色植物通过光合作用固定的有机物中的化学能相当于我国24个三峡水电站一年的发电量）让学生明白光合作用是整个生态系统能量之源、物质之基！9.O2中的O来自什么反应物？1939年，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了这个问题10.20世纪40年代，美国生物化学家卡尔文领导的研究小组利用含有放射性同位素14C的二氧化碳进行实验，经过艰苦努力，基本确定了光合作用中二氧化碳的环式代谢途径（即卡尔文循环）。卡尔文因此获诺贝尔奖。●光合作用研究的仍未停止光合系统的高效传能和转能超快过程到底是如何进行的?光合作用在常温常压下使水裂解释放氧气，这是怎样做到的？进入量子水平……探索，永无止境！人类仍面临粮食短缺的问题，希望大家能以造福人类为己任，将来通过研究光合作用提高粮食产量，解决全球人类的吃饭问题思考回答：是光合作用。化身小小科学家角色体验，探讨回答问：海尔蒙特得出了什么结论？（柳树的生长主要靠水而不是土壤）；他忽略了什么？（空气）；给土壤称重时应注意什么？（烘干）；实验中土壤重量也有少量减少，除了实验误差外，最可能的原因是什么？（植物吸收了其中的矿质元素）。问：当时普利斯特的实验有时成功，有时却不能重复上述结果，他自己也不知道是为什么。你知道原因吗？（在光下就成功，在暗处就不成功）。问：该实验是对照实验？（是，属自身条件对照）；单一变量是什么？（光照）是能否证明植物在放出氧气的同时，吸收了二氧化碳？（不能）O2增多，CO2减少问：现在能证明吸收了CO2？（可以）根据能量守恒定律，光能转化成了化学能学生合作探究设计实验并通过投影仪展示。问：实验前为什么把绿叶放在暗处几小时？（让叶片中的营养物质消耗掉）；该实验的实验组和对照组分别是什么？（曝光的一半叶片和遮光一半叶片）；实验结果说明什么？（植物在光下合成了淀粉）。学生合作探究设计实验并通过投影仪展示。问：选用水绵作为实验材料的优点是什么？（丝状绿藻，含带状螺旋形叶绿体，有利于直接观察光合作用发生的位置）；实验说明了什么？（①叶绿体是光合作用的场所；学生板书光合作用方程式，总结原料、产物、场所、动力将鲁宾和卡门的实验改为探究性实验，学生通过小组讨论得出三种可能的实验结论。并明确了实验设计的基本原则，实验步骤书写的严谨性。学习同位素标记机示踪技术光合作用于1771年被发现，历经200余年，对光合作用的研究不断小有所成，其中有6次因有重大突破而获诺贝尔奖。人类一直梦想着有朝一日能够人工合成粮食，从而掀起世界性“绿色革命”，彻底解决粮食问题。尽管在探索中还会有数不清的困难，但我们坚信这一天一定会来到。激发学生的浓厚兴趣并提出学习主题：光合作用提出本节学习的主要内容引导到光合作用的探究历程。不要盲目相信权威和直觉，科学需要有实验证据来支持。科学家应该是一个健康的怀疑者。海尔蒙特的实验虽简单，但坚持5年却不容易。他的认真推翻了长期以来人们所持的错误观点。人类研究的方向从土壤转向了空气。显微镜的发明为研究提供了新的技术工具。上述实验说明科学设计实验过程是实验成败的重要因素。解释定量与定性分析的区别。技术进步再一次促成了新的研究成果类比推理的方法是迁移发现的重要途径暗处理的意义；复习对照实验；证明光合作用的产物除了氧气之外还有糖类（淀粉）。恩吉尔曼能在精密技术条件尚未发展的时代，以简单的，然而却是极其精巧的实验，揭示了这一重要的科学规律，令人叹服！说明，科学家的大胆设想有时候比技术更加作用。技术进步继续推动科学发现同位素标记法，这种方法在自然科学研究领域被广泛应用。总结科学探究的一般过程和规律，鼓励同学们学习伟大先行者的精神，大胆探索，取得新的突破！希望，同学们中将来也有诺贝尔奖获得者…渗透社会责任和职业规划教育六．板书设计1.正板书：光合作用的探究历程光光叶绿体CO2+H2O(CH2O)+O2叶绿体2.副板书：科学探究的一般历程与规律提出问题做出假说实验验证得出结论学情分析学生在初中生物课中学习过有关光合作用的知识，对于光合作用发现史也有所了解，而且生活实践中也对光合作用有所体会。但是，对于光合作用的完整探究历程却很陌生，对于我们这节课要达到的目标“科学探究的一般方法”知之甚少且不成系统。高中学生具备了一定的观察和认知能力，但分析、推理和抽象思维能力不强；具有探索新事物的好奇心，又往往具有盲目性，缺乏理性思考，并对探索科学的过程、方法及结论的形成缺乏理性的思考。但学生对本节知识求知欲强，积极性高，学习潜力很大。故在教学过程中，教师要尽量创设学生活动的机会，让学生成为学习活动的主体，教师只是为学生的学习提供必要的指导和知识铺垫。同时在学习过程中适时总结科学家的科研方法和科学家的科学素养，并结合人类面临问题、现代研究进展，培养学生的社会责任，并对其职业规划作出指导。 效果分析新课标主张教学过程的重心由传授知识转向培养学生生物学核心素养，教师应从传授知识转向培养学生的思考能力。因此本节课在设计上以学生为本，以学生的合作探究、回答代替老师的“讲”，以学生的自主学习和讨论代替教师的“灌”，让学生学会自主学习、合作学习，使其真正成为学习的主体，教师只是起到引导、总结、纠错和倾听的作用。因而这节课师生平等和谐，学生反应活跃，在知识、技能和情感等领域上得到较好的发展，创造性思维得以体现，对自己得出的知识印象深刻，教学反应效果较好。教材分析《光合作用的探究历程》是人教版高中生物学教材必修一《分子与细胞》第五章《细胞的能量供应和利用》的第四节第二课时的内容。本节课包括“捕获光能的色素和结构”、“光合作用的原理和应用”两大部分内容，其中“光合作用的探究历程”这部分内容往往被许多老师在上课时一带而过，并未加以重视。事实上，光合作用探究过程中的经典实验，从一定程度上反映了科学探究的一般方法，是培养学生科学精神、科学态度和科学研究方法的好素材，为后面众多的实验打下一个良好的感知基础，也为讲述光合作用的原理、过程做好知识铺垫。因此，“光合作用的探究历程”这部分内容相当重要，不容忽视。教材主要介绍了普里斯特利、英格豪斯、萨克斯、鲁宾和卡门、恩格尔曼、卡尔文等光合作用发现过程中的几个经典实验。在这其中蕴含着科学探究的一般方法，是培养学生科学素养和探究能力的好材料。通过本节课的学习，旨在让学生明白科学上的每一项发明和发现的背后都凝聚着无数探索者的辛勤劳动，学生通过学习能够更好地体会到一个正确的科学结论是经过许多的生物科学家不断完善的过程，也为学生后续科学史的学习打下基础。 第五章第4节光合作用的探究历程☆核心素养目标1.生命观念：通过科学家的探究历程，真正理解光合作用的原料、产物、场所和条件。2.科学思维:能根据时间轴，运用文字、图示等方式再现光合作用的发现历程3.科学探究：能模仿科学家的实验方法和思路，遵循实验设计的原则与他人合作完成实验设计4.社会责任：通过“角色”扮演感悟科学家的科学精神，认同科学探究的一般规律，并关注光合作用的研究进展。☆学习过程光合作用发现史阅读课本P100—102页、P105页内容和学案上补充资料，按时间轴，梳理以下科学家的实验结论序号年代科学家实验结论植物生长原因的探索1公元前亚里士多德（古希腊）植物生长离不开217世纪30年代海尔蒙特（荷兰）植物生长离不开光合作用的发现过程探究31771年普利斯特利（英）植物可以更新因而变得污浊的空气41779年英格豪斯（荷兰）和植物体的在更新空气中不可缺少51804年沙斯修（瑞士）绿叶在光下放出的气体是，吸收的是61845年梅耶（德）植物进行光合作用时把能转化成能储存71864年萨克斯（德）光合作用的产物除氧气外还有81880年恩格尔曼（美）光合作用需要，场所是光合作用的深入研究91939年鲁宾和卡门（美）氧气中的O来自101949-1957年卡尔文（美）卡尔文循环：探明了二氧化碳中的碳最终转移到有机物中的途径光合作用的拓展研究111931年范尼尔（荷兰）化能合成作用：硫细菌可利用氧化硫化氢释放的能量将二氧化碳和水合成有机物二．科学家对光合作用探究历程的归纳由上述实验归纳光合作用的场所、动力、原料、产物，得出光合作用的反应式。场所：；

动力：；原料：；

产物：。光合作用反应式：☆合作探究：经典实验再现1.请模拟萨克斯、恩格尔曼的实验过程，详细写出实验步骤，得出实验结论2.鲁宾和卡门的实验若作为未知的探究实验，请设计该实验的实验方案，写出实验步骤，预测可能的实验结果，得出实验结论。☆资料补充：1.亚里士多德的腐殖质学说这一学说是古希腊哲学家亚里士多德提出来的。他通过观察发现植物生长总是离不开土壤且某种物质经腐烂之后会促进植物的生长。因此他认为植物生长是因为从土壤中吸收了一种叫“腐殖质”的生长汁的缘故，土壤是植物的食物来源。2.海尔蒙特桶栽柳树实验17世纪30年代荷兰医生海尔蒙特将一颗柳树栽种于一桶土中，栽种之前称得柳树和土的质量分别为2.27千克和90.72千克，五年中对柳树仅仅是按时浇水，五年后称得柳树和土的质量分别为76.7千克和90.663千克，发现柳树在五年中增长了74.43千克，而土只减轻了57克。3.英格豪斯的实验1779年英格豪斯用了三个月的时间，做了500多次的植物对空气影响的实验，证明植物只有在光下才能改善空气。他用藻类植物作为实验材料，方法如下图。

4.1804年，瑞士生物学家沙斯修通过给密闭装置中的绿色植物输送人工定量配置的空气，一周后定量分析，发现装置中氧气增多，二氧化碳减少，证明植物在光下放出氧气的同时消耗二氧化碳。5.萨克斯实验装置附：探究实验记录表一、提出问题：二、作出假设：三、设计并实施实验：1．材料用具：2．方法步骤：预测结果：得出结论：☆巩固练习1.右图表示德国科学家萨克斯的实验，在叶片照光24小时后，经脱色、漂洗并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的部分呈棕色，而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色。本实验说明（）①光合作用需要CO2

②光合作用需要光③光合作用需要叶绿素④光合作用放出氧

⑤光合作用制造淀粉

A．①②

B．③⑤

C．②⑤

D．①③2.为了研究阳光对大豆发芽的影响,某同学设计了一个试验:在两个花盆中种了大豆,并对阳光,温度,水加以控制:花盆①在阳光下，温度20℃，水分充足；花盆②在暗室中，温度20℃，缺乏水分。对此正确的评价是（）

A.两个花盆都应放在阳光下

B.两个花盆的温度都应维持在0℃

C.两个花盆都应保证充足的水分

D.两个花盆都应放在暗室中3.现有四个实验装置，若要验证绿色植物产生O2需要光和验证O2是否由绿色植物释放，应选用的实验组合分别是（）A、①②和①③ B、②③和①②C、②④和①③ D、②③和③④4.为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是（）A、光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液B、光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液C、黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液D、黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液