《解开光合作用之谜》讲义

《解开光合作用之谜》讲义一、教学目标1.知识目标了解光合作用发现历程中的重要实验及其结论。掌握萨克斯实验、恩格尔曼实验、鲁宾和卡门实验以及卡尔文实验的原理、方法和意义。理解光合作用的原料、产物、条件等基本概念。2.能力目标通过对光合作用发现历程中各实验的分析，培养学生的科学思维能力，如逻辑推理、分析归纳等。提高学生对实验设计原则（如对照原则、单一变量原则等）的理解能力，为学生进行简单的实验设计奠定基础。3.情感态度与价值观目标体会科学家们探索光合作用奥秘的艰辛历程，培养学生勇于探索、严谨治学的科学精神。认识到光合作用对地球上生命活动的重要意义，增强学生保护环境、珍惜自然资源的意识。二、教学重难点1.教学重点光合作用发现历程中的经典实验，如萨克斯实验、恩格尔曼实验等。各实验的实验原理、自变量、因变量、实验结论等内容。2.教学难点对同位素标记法在光合作用研究中的理解，如鲁宾和卡门实验、卡尔文实验。引导学生从各实验中归纳总结出光合作用的基本概念和要素。三、教学方法1.讲授法系统讲解光合作用发现历程中的各个实验，包括实验背景、实验过程、实验结果和实验结论等。2.问题引导法在讲解每个实验前，提出一些引导性问题，如“在萨克斯之前，人们对光合作用的产物有哪些猜测？”“恩格尔曼为什么选择水绵和好氧细菌作为实验材料？”等，激发学生的思考，引导学生主动探究实验的原理和意义。3.讨论法在讲解完某些实验后，组织学生进行小组讨论，如讨论萨克斯实验中饥饿处理的必要性，鲁宾和卡门实验的巧妙之处等，促进学生之间的思想交流，加深学生对知识的理解。四、教学过程（一）导入新课1.展示一些美丽的自然景观图片，如茂密的森林、一望无际的草原等，同时提出问题：“这些植物为什么能够茁壮成长？它们生长所需的能量从何而来？”引导学生思考植物的能量来源与光合作用的关系，从而引出本节课的主题——解开光合作用之谜。（二）新课讲授1.早期对光合作用的探索海尔蒙特的实验讲述海尔蒙特的实验过程：1627年，海尔蒙特采用定量研究的方法，他将一棵小柳树种在装有一定量土壤的木桶中，只给柳树浇水，五年后，柳树增重了很多，而土壤的重量几乎没有变化。引导学生分析实验结果：通过这个实验，海尔蒙特得出树木只要有水就能生长发育的结论。同时，引导学生思考这个结论的局限性，例如没有考虑到空气中的成分对植物生长的影响等。英格豪斯的实验介绍英格豪斯的实验：1779年，英格豪斯把带叶的枝条放入水里，发现绿叶只在阳光下产生气体，在黑暗处不产生气体，后来人们明白了空气的组成后，才确定绿叶在阳光下放出的气体是氧气。让学生思考英格豪斯的实验对光合作用研究的推进作用，如明确了光在光合作用中的重要性。2.萨克斯的实验实验原理讲解讲解萨克斯采用碘蒸气处理叶片的方法。首先将绿叶在黑暗中饥饿处理，目的是使叶片中的营养物质消耗掉，然后将叶片的一半曝光，另一半遮光，一段时间后用碘蒸气处理叶片。实验结果分析引导学生分析实验结果：曝光的一半叶片变蓝，遮光的一半叶片不变蓝。得出实验结论：这个实验证明了光合作用的产物有淀粉，同时也证明了光是光合作用的必要条件。强调实验设计要点强调本实验设置了自身对照，自变量为光照，因变量是叶片颜色变化，让学生理解对照实验在科学研究中的重要性。3.恩格尔曼的实验实验材料选择的分析讲解恩格尔曼实验材料选择的巧妙之处。他选择水绵和好氧细菌作为实验材料，因为水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。实验过程和结果描述实验过程：将水绵和好氧细菌放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵，发现好氧细菌只集中在被光束照射到的叶绿体部位周围。如果将三棱镜产生的光投射到水绵上，发现好氧细菌主要集中在红光区和蓝光区。得出实验结论：通过这个实验得出光合作用中利用的光与叶绿素吸收光能有关，并且叶绿体是光合作用的场所。排除干扰因素的讲解强调恩格尔曼实验中排除干扰的方法妙在没有空气的黑暗环境，排除了氧气和光的干扰，让学生体会科学实验中控制变量的重要性。4.鲁宾和卡门的实验同位素标记法的引入介绍同位素标记法的概念，即利用放射性同位素标记化合物中的某种元素，以追踪该元素在化学反应中的转移途径。讲述鲁宾和卡门的实验过程：他们运用同位素标记法，分别用\(^{18}O\)标记\(H_{2}O\)和\(CO_{2}\)，然后观察光合作用释放的氧气的来源。实验结论得出实验结论：光合作用释放的\(O_{2}\)来自\(H_{2}O\)，让学生理解同位素标记法在研究光合作用等复杂生物化学过程中的独特作用。5.卡尔文的实验实验过程简述讲述卡尔文用\(^{14}C\)标记\(CO_{2}\)，追踪光合作用中碳元素的行踪。实验结论得出结论：\(CO_{2}\)被用于合成糖类等有机物，让学生了解卡尔文循环在光合作用中的重要地位。（三）课堂小结1.带领学生回顾光合作用发现历程中的各个实验，包括实验者、实验时间、实验方法、实验结论等内容。2.总结光合作用的基本概念，即光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。强调光合作用的原料（二氧化碳和水）、产物（有机物和氧气）、场所（叶绿体）、条件（光能）等要素。（四）课堂练习1.给出一些与光合作用发现历程相关的选择题、填空题或简答题，例如：萨克斯实验中，叶片饥饿处理的目的是什么？恩格尔曼实验中，好氧细菌集中在被光束照射到的叶绿体部位周围，这说明了什么？鲁宾和卡门的实验运用了什么方法来探究光合作用释放氧气的来源？2.让学生在课堂上独立完成练习，然后进行讲解和点评，及时纠正学生的错误，加深学生对知识的理解。（五）布置作业1.书面作业