《解開光合作用之謎》講義

《解開光合作用之謎》講義一、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)了解光合作用發(fā)現(xiàn)歷程中的重要實(shí)驗(yàn)及其結(jié)論。掌握薩克斯實(shí)驗(yàn)、恩格爾曼實(shí)驗(yàn)、魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)以及卡爾文實(shí)驗(yàn)的原理、方法和意義。理解光合作用的原料、產(chǎn)物、條件等基本概念。2.能力目標(biāo)通過(guò)對(duì)光合作用發(fā)現(xiàn)歷程中各實(shí)驗(yàn)的分析，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，如邏輯推理、分析歸納等。提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則（如對(duì)照原則、單一變量原則等）的理解能力，為學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)體會(huì)科學(xué)家們探索光合作用奧秘的艱辛歷程，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)精神。認(rèn)識(shí)到光合作用對(duì)地球上生命活動(dòng)的重要意義，增強(qiáng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境、珍惜自然資源的意識(shí)。二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)光合作用發(fā)現(xiàn)歷程中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，如薩克斯實(shí)驗(yàn)、恩格爾曼實(shí)驗(yàn)等。各實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、自變量、因變量、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等內(nèi)容。2.教學(xué)難點(diǎn)對(duì)同位素標(biāo)記法在光合作用研究中的理解，如魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)、卡爾文實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生從各實(shí)驗(yàn)中歸納總結(jié)出光合作用的基本概念和要素。三、教學(xué)方法1.講授法系統(tǒng)講解光合作用發(fā)現(xiàn)歷程中的各個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論等。2.問(wèn)題引導(dǎo)法在講解每個(gè)實(shí)驗(yàn)前，提出一些引導(dǎo)性問(wèn)題，如“在薩克斯之前，人們對(duì)光合作用的產(chǎn)物有哪些猜測(cè)？”“恩格爾曼為什么選擇水綿和好氧細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料？”等，激發(fā)學(xué)生的思考，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究實(shí)驗(yàn)的原理和意義。3.討論法在講解完某些實(shí)驗(yàn)后，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，如討論薩克斯實(shí)驗(yàn)中饑餓處理的必要性，魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)的巧妙之處等，促進(jìn)學(xué)生之間的思想交流，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。四、教學(xué)過(guò)程（一）導(dǎo)入新課1.展示一些美麗的自然景觀圖片，如茂密的森林、一望無(wú)際的草原等，同時(shí)提出問(wèn)題：“這些植物為什么能夠茁壯成長(zhǎng)？它們生長(zhǎng)所需的能量從何而來(lái)？”引導(dǎo)學(xué)生思考植物的能量來(lái)源與光合作用的關(guān)系，從而引出本節(jié)課的主題——解開光合作用之謎。（二）新課講授1.早期對(duì)光合作用的探索海爾蒙特的實(shí)驗(yàn)講述海爾蒙特的實(shí)驗(yàn)過(guò)程：1627年，海爾蒙特采用定量研究的方法，他將一棵小柳樹種在裝有一定量土壤的木桶中，只給柳樹澆水，五年后，柳樹增重了很多，而土壤的重量幾乎沒(méi)有變化。引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，海爾蒙特得出樹木只要有水就能生長(zhǎng)發(fā)育的結(jié)論。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考這個(gè)結(jié)論的局限性，例如沒(méi)有考慮到空氣中的成分對(duì)植物生長(zhǎng)的影響等。英格豪斯的實(shí)驗(yàn)介紹英格豪斯的實(shí)驗(yàn)：1779年，英格豪斯把帶葉的枝條放入水里，發(fā)現(xiàn)綠葉只在陽(yáng)光下產(chǎn)生氣體，在黑暗處不產(chǎn)生氣體，后來(lái)人們明白了空氣的組成后，才確定綠葉在陽(yáng)光下放出的氣體是氧氣。讓學(xué)生思考英格豪斯的實(shí)驗(yàn)對(duì)光合作用研究的推進(jìn)作用，如明確了光在光合作用中的重要性。2.薩克斯的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理講解講解薩克斯采用碘蒸氣處理葉片的方法。首先將綠葉在黑暗中饑餓處理，目的是使葉片中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，然后將葉片的一半曝光，另一半遮光，一段時(shí)間后用碘蒸氣處理葉片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：曝光的一半葉片變藍(lán)，遮光的一半葉片不變藍(lán)。得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了光合作用的產(chǎn)物有淀粉，同時(shí)也證明了光是光合作用的必要條件。強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)強(qiáng)調(diào)本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了自身對(duì)照，自變量為光照，因變量是葉片顏色變化，讓學(xué)生理解對(duì)照實(shí)驗(yàn)在科學(xué)研究中的重要性。3.恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料選擇的分析講解恩格爾曼實(shí)驗(yàn)材料選擇的巧妙之處。他選擇水綿和好氧細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料，因?yàn)樗d的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位。實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將水綿和好氧細(xì)菌放在沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境中，然后用極細(xì)的光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)好氧細(xì)菌只集中在被光束照射到的葉綠體部位周圍。如果將三棱鏡產(chǎn)生的光投射到水綿上，發(fā)現(xiàn)好氧細(xì)菌主要集中在紅光區(qū)和藍(lán)光區(qū)。得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)得出光合作用中利用的光與葉綠素吸收光能有關(guān)，并且葉綠體是光合作用的場(chǎng)所。排除干擾因素的講解強(qiáng)調(diào)恩格爾曼實(shí)驗(yàn)中排除干擾的方法妙在沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境，排除了氧氣和光的干擾，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中控制變量的重要性。4.魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)同位素標(biāo)記法的引入介紹同位素標(biāo)記法的概念，即利用放射性同位素標(biāo)記化合物中的某種元素，以追蹤該元素在化學(xué)反應(yīng)中的轉(zhuǎn)移途徑。講述魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)過(guò)程：他們運(yùn)用同位素標(biāo)記法，分別用\(^{18}O\)標(biāo)記\(H_{2}O\)和\(CO_{2}\)，然后觀察光合作用釋放的氧氣的來(lái)源。實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光合作用釋放的\(O_{2}\)來(lái)自\(H_{2}O\)，讓學(xué)生理解同位素標(biāo)記法在研究光合作用等復(fù)雜生物化學(xué)過(guò)程中的獨(dú)特作用。5.卡爾文的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)述講述卡爾文用\(^{14}C\)標(biāo)記\(CO_{2}\)，追蹤光合作用中碳元素的行蹤。實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出結(jié)論：\(CO_{2}\)被用于合成糖類等有機(jī)物，讓學(xué)生了解卡爾文循環(huán)在光合作用中的重要地位。（三）課堂小結(jié)1.帶領(lǐng)學(xué)生回顧光合作用發(fā)現(xiàn)歷程中的各個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括實(shí)驗(yàn)者、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等內(nèi)容。2.總結(jié)光合作用的基本概念，即光合作用是綠色植物通過(guò)葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過(guò)程。強(qiáng)調(diào)光合作用的原料（二氧化碳和水）、產(chǎn)物（有機(jī)物和氧氣）、場(chǎng)所（葉綠體）、條件（光能）等要素。（四）課堂練習(xí)1.給出一些與光合作用發(fā)現(xiàn)歷程相關(guān)的選擇題、填空題或簡(jiǎn)答題，例如：薩克斯實(shí)驗(yàn)中，葉片饑餓處理的目的是什么？恩格爾曼實(shí)驗(yàn)中，好氧細(xì)菌集中在被光束照射到的葉綠體部位周圍，這說(shuō)明了什么？魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了什么方法來(lái)探究光合作用釋放氧氣的來(lái)源？2.讓學(xué)生在課堂上獨(dú)立完成練習(xí)，然后進(jìn)行講解和點(diǎn)評(píng)，及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。（五）布置作業(yè)1.書面作業(yè)