1、4.2 光合作用（1）光合作用研究史 & 叶绿体及其色素一、教学目标：（一）知识与技能1、知道光合作用研究简史。2、知道叶绿体的形态、结构和功能。3、知道叶绿体色素的分布及其分类。（二）过程与方法1、通过了解光合作用的研究简史，初步学会实验法，对照法和控制变量法。2、通过了解光合作用的研究简史，体验科学家的科学思维过程。 （三）情感态度与价值观1、通过学习光合作用的研究简史，体验科学家的科学探索精神及科学思维方法。二、教学重点和难点：1、重点：（1）光合作用研究历史体现的科学探究方法：实验法、对照法，控制变量法。（2）叶绿体的形态、结构和功能。（3）光合色素的分布、分类和选择吸收光谱特性。2、
2、难点：（1）光合作用研究历史体现的科学探究方法：实验法、控制变量法。（2）光合色素的分布、分类和选择吸收光谱特性。三、教学过程设计：教学环节与时间分配：教师行为： 学生行为： 设计意图：一、引入：光合作用于诺贝尔奖1 分钟每年的 12 月 10 日，世人都会将目光聚焦在瑞典，诺贝尔奖的颁奖典礼正在那里举行。到目前为止,共有 8 次诺贝尔奖的桂冠被从事光合作用研究的科学家所摘取。光合作用也被诺贝尔奖基金委员会誉为“地球上最重要的化学反应” ，它是地球上一切生命生存和发认识到光合作用的重要性。以学生熟知的诺贝尔奖引起学生兴趣和关注，同时体现光合作用的重要性。展的基础。那么科学家们是如何发现光合作用
3、这一反应的呢？让我们一起穿越到过去，了解光合作用的研究历史。二、光合作用研究历史1、赫尔蒙特柳树实验2、普里斯特利实验公元前 3 世纪，古希腊哲学家亚里士多德根据经验推测得出结论：“植物的物质积累来源于土壤” 。根据亚里士多德的假设，植物生长所增加的重量应该等于土壤损失的重量。1642 年，比利时科学家赫尔蒙特的柳树实验。柳树苗+干燥土壤，称重后栽在密封的桶里，上面用铁盖封上，水可以流入但土壤不流失。结论：植物生长的养分不止来源于土壤，还来源于水。提问：这个实验中为什么要用干的土壤，并且加上桶盖？提问：亚里士多德的推论方法和赫尔蒙特的推论方法有何不同？哪个更可靠？1771 年，英国化学家普里斯
4、特利实验。小鼠放在密封钟罩内，很快死亡。小鼠和薄荷放在同一钟罩内，小鼠不易死亡。用蜡烛进行实验，结果雷同。结论：薄荷能改善污回答：用干的土壤是确保实验中水都是后来增加的。回答：加上桶盖是为了防止其他物质落入桶中。亚里士多德是根据经验的推论，而赫尔蒙特是用实验去验证，所以赫尔蒙特的结论相较于亚里士多德的结论更为可靠。让同学们感受科学探究的第一步提出疑问让同学们体会设计实验时要排除干扰因素。让学生体会在设计实验时，经常3、英格豪斯实验4、发现空气成分5、萨克斯紫苏实验6、恩格尔曼浊的空气。提问：我们可以明显的看到这个实验是一个对照实验，那实验中相同的因素是什么？不同的因素是什么？体现了一种怎样的实
5、验方法。但是普里斯特利的实验有时成功，有时失败。1779 年，荷兰科学家英格豪斯经历 500多次重复实验发现，光照是这个实验成功的必要条件。结论：光照是实验的影响因素之一。我们要向英格豪斯学习坚持不懈的精神。1785 年，人们发现了空气的成分。在英格豪斯的实验的基础上，人们明白绿叶在光照下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳。结论：光合作用的反应物之一是二氧化碳，产物之一是氧气。1864 年，德国植物生理学家萨克斯将紫苏在暗中放置 12h，再将叶片的一部分遮住，在叶片光照一段时间后，先用酒精去色素再加碘液，光照部分显出蓝紫色，遮光部分没有颜色。回答：实验中相同的条件是密闭的钟罩，小鼠（蜡烛） ；不同
6、的实验条件是薄荷。回答：体现了控制变量的实验方法。回答：放在黑暗中时为了将紫苏中原有的糖类都消耗完。回答：叶片遮光是为了形成对照实验。用到对照法和控制变量法。实验时，实验的影响因素要考虑周全。让学生明白不能在科学探索的过程中毅力也是必要因素。巩固设计实验时要记得排除影响实验结果的干扰因素。巩固实验中常用的对照法。实验7、鲁宾和卡门同位素标记实验8、初步写出光合作用反应式结论：光合作用产物除了氧气还有淀粉。提问：为什么要将紫苏先放在黑暗中12h？叶片遮光的目的是什么？1880 年，美国科学家恩格尔曼用水绵进行了光合作用实验。把载有水绵和好氧细菌临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照
7、射水绵，通过显微镜观察发现，好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围。结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。提问：有人认为，该实验成功的关键在于材料选择极为巧妙！这些材料（水绵和好氧细菌）有何巧妙之处？提问：为什么要把临时装片放在没有空气、黑暗的环境里？1939 年，美国科学家鲁宾和开门用同位素标记法解决了氧气的来源问题。与学生解释一下同位素标记法。引导他们说出放射性，所以可回答：水绵 水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌 可以确定释放氧气多的部位。回答：没有空气 排除了氧气的干扰。黑暗
8、环境中 排除了光的干扰。知道选取实验材料的重要性。巩固实验中常用的对照法。了解同位素的应以追踪物质变化。他用氧 18 分别标记水和二氧化碳，设计两组实验，一组加标记了的二氧化碳，一组加标记了的水，其他条件相同。结论：光合作用释放的氧气来源于水。我们先来一起整理下光合作用的研究史，通过整理，同学们能不能动手写写看光合作用的反应式呢？整理光合作用研究史写出光合作用的反应方程式。用，同位素标记法。知道氧气来源于水。归纳出光合作用反应式，培养提取信息和归纳能力。三、叶绿体及其色素1、叶绿体的结构在恩格尔曼的实验中我们已经了解到光合作用这个反应是在叶绿体中进行的。叶绿体是高等绿色植物特有的细胞器。我们现
9、在复习一下叶绿体的结构。请同学们看，这是叶绿体的亚显微结构示意图。高等植物的叶绿体呈椭球形。每个叶肉细胞内还有 20-100 个叶绿体。在电子显微镜下可以看到叶绿体双层膜包围。基质、基粒、基粒由类囊体组成。类囊体是由膜围成的空心饼状结构，与光学生看图回答：双层膜、基质、基粒、类囊体。通过了解叶绿体结构，引出类囊体，引出与光合作用有关的色素。为后面课时中光反应在类囊体膜上进行作铺垫。2、叶绿体中的光合色素及其分类3、为什么叶片在初夏呈现绿色，秋天转为黄色呢？合作用有关的各种色素就分布在类囊体的膜上。叶绿体中还有多种色素，我们可以在实验室中用纸层析法将这些色素分离显示。高等植物叶绿体中的色素可分为
10、两大类。一类是叶绿素：叶绿素 a（蓝绿色） 、叶绿素 b（黄绿色） ；另一类是类胡萝卜素：胡萝卜素（橙黄色） 、叶黄素（黄色） 。我们都知道色素具有选择吸收光谱的特性。叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。关于这一点，我们在之前提到的恩格尔曼实验中已经得到证实。他在证明光合作用放氧部分是叶绿体后，紧接着又做了一个实验：他用三棱镜的光照射水绵临时装片，惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝光区域。从而证明叶绿体中色素吸收红光、蓝紫光，用于光合、放出氧气。“绿树阴浓夏日长”描绘了树木在夏天郁郁葱葱的景象，而“秋入横林数叶红”则描绘了树叶由绿变红的景象。通过刚才对叶绿体色素的了解，
11、回答：叶绿素的含量比类胡萝卜素高，所以叶片通常呈现绿色。当叶片衰老或环境不良时，叶绿素更易被破坏，所以呈现出类胡萝卜素的颜色。知道叶绿体色素的分类以及它们所呈现的颜色。知道知道色素具有选择吸收光谱的特性以及叶绿体色素主要吸收的光。将学到的知识运用到解决生活中的问题。培养学生学以致用。4、诺贝尔奖评选要求同学们思考下，为什么树叶会有绿色变为红色或是黄色呢？那为什么枫叶会到了秋天会变成红色而不是黄色叶子中除了叶绿素和类胡萝卜素之外还有花青素。秋天到来，气温降低，空气湿度减小，光照减弱，叶绿素和类胡萝卜素含量减少，花青素迅猛增多。花青素遇酸变红，遇碱不变色，枫叶等少数植物叶子中的细胞液是酸性的，所以
12、秋天降临，花青素增多叶子变红。大多数植物花青素含量少，叶子中的细胞液不呈酸性，所以叶子不变红。诺贝尔在遗嘱中提到，在诺贝尔奖的评定过程中，获奖人不受气国籍、民族、意识形态和宗教信仰的影响，唯一的评定标准便是其成就的大小。所以只要我们学习科学家们的探究精神，有他们一样坚持不懈的毅力，或许下一个诺贝尔奖就是在座的各位中产生。普及课外知识。首尾呼应。四、板书设计第四章第二节 光合作用一、光合作用研究史时间 实验推论 研究方法1642 年 反应物： OH21771 年 对照法，控制变量法1779 年 反应条件：光照1785 年 反应物： ； 产物：2C21864 年 产物：淀粉1880 年 反应场所：
13、叶绿体1939 年 *22OH同位素标记法二、光合作用反应式：光照 *0*2 222 OHCOHC）（叶绿体三、叶绿体色素及其分类五、教学反思：本节课主要让学生在了解光合作用研究史的过程中感受科学家们的探究方法和精神；知道叶绿体中的色素及其分类。这堂课分别在高二（1）班、高二（5）班和高二（3）班进行讲授，每次课结束后都进行相应调整。在引入中发现同学们具备一定科学素养，对诺贝尔奖有一定了解。在这节课结束后学生对实验法、对照法和控制变量法都可以知道了解，并有一定的印象。在三节课过后有很多地方是需要注意和改进的。由于研究史中一共涉及 7 个实验，最后还要学生归纳出光合反应的总反应式，所以没讲完一个
14、实验可以将结论中的要点以及在这个实验中体现的实验方法写在黑板上，便于强调和让学生进行记忆。每个实验的结论不难推得，关键是要让学生在了解这些实验的过程中感受科学家探究未知事物用到的方法。设置的问题一定要让学生思考回答，这同时也是课堂上师生的互动。当学生没有回答问题时可以尝试停顿，让学生起来回答；也可以多个问题一起提出，让学生分组讨论，派代表回答问题。上课时师生之间的互动很重要，特别是这种需要感受探究方法的课，不能一味地填充式讲解。同位素标记法的介绍中由于学生已经在化学实验中接触到了同位素，让学生回答同位素的定义、性质等。要多让学生说，学生知道的不会比老师知道的少。在知识点方面，备课时一定要详细，
15、不能出错！恩格尔曼实验中螺旋状的是水绵的叶绿体。在知识点的讲解上要注意语言的严谨性。比如：“绝大部分叶绿体呈椭球形，大多分布在叶肉细胞中。 ”在 PPT 中，图片要找有明显特点的图片，加深学生对于实验要点的印象。提出的问题要附有解答，帮助学生以笔记形式了解实验中的要点和方法。同时PPT 上的字要精炼，不要出现大篇幅的字。在经过了一整个课时的理论课后，我发现上好理论课的难度相比于上好实验课的难度要大很多。实验课的内容少，思路好把握，而且实验中一部分是动手操作，学生对操作部分比较感兴趣。理论课中很多知识点相对较为枯燥，学生会在上课一开始集中精神，但到后来也就渐渐不听了。上好一节理论课不仅需要扎实的理论功底，还需要不断地创新，不断地以各种方式激发学生的兴趣和思考。在提问时也一定要注意提问的技巧，要有创新性和引导性。当学生不能回答问题的时候可以尝试引导学生回答，千万不要直接说出答案，一定不能让学生养成不思考的坏习惯。
