關于“光合作用的發現”中科學史的教學探索

1 設計思路

《普通高中生物課程標準》中明確指出應該注重生物科學史的學習。而本節教學內容概述了科學史中光合作用的發現過程，是對初中所學光合作用的基礎知識的進一步深化，更深刻地闡明了光合作用發現過程中的幾個經典實驗。本節的教學目標不僅是透徹理解光合作用的實質，更重要的是通過光合作用的發現史讓學生體驗和認識科學研究的過程，認識科學家實驗設計的巧妙之處，使學生初步學會科學探究的過程和方法，逐步形成科學探究的科學素養，變被動學為主動探究，使學生構建自身的知識體系成為可能。

高中階段學生在學習了細胞、酶、ATP、呼吸作用等知識后，開始了難度較大的“光合作用”的學習，光合作用發現史的學習為下一節課深刻理解光合作用原料、產物、具體過程等埋下伏筆，科學發現史的每個實驗一環扣一環，彼此間有著緊密的聯系，在教學過程中采取啟發式教學，充分調動學生的積極性，引導學生換位思考，如果你是科學家應該如何設計實驗繼續探究前人探究歷程中遇到的問題，學會分析實驗結果，引導學生運用已有的知識主動的發現問題、解決問題，讓學生站在科學家的角度思考問題并講解實驗，使學生實現知識的掌握和遷移。

2 教學手段

多媒體輔助教學設備，探究實驗

3 教學過程

3.1 新課導入

創設情境：（指向窗外）看！美麗的自然界中有那么多的綠色植物，如果沒有它們，地球上大多數的生物包括我們人類能不能正常地存活？這是什么作用？提問：什么是光合作用？科學家是怎樣設計實驗探索發現光合作用的呢？今天我們就一起來回眸歷史，揭開光合作用之謎。

眾所周知，一顆種子播種在土壤中，在適宜的條件下便可萌發生長。有的可長成高達數十米的參天大樹；有的在其最適合生長的季節里具有驚人的生長速度。如玉米在拔節期每天大約可長高8厘米。那么，植物生長所需的營養物質是從哪里來的？出示圖片，早在公元前2世紀，古希臘的哲學家亞里士多德認為，植物生長發育所需要的物質全部來自土壤，這句話對嗎?你能用實驗證明嗎？引出海爾蒙特的實驗。

3.2 新知學習

運用多媒體展示海爾蒙特的實驗過程和結果，（“柳樹之謎”的漫畫），分析實驗數據，提出問題：①樹重量的增加是不是來自于土壤？②實驗結果土壤減少了，減少的是什么物質？他認為構成植物體的物質來自水，而土壤只供給極少量的物質。③木桶上還要加蓋，目的是什么？結論完全正確嗎？忽略了什么因素的作用？

總結：這個結論首先提出了水參與植物體有機物質合成的觀點，但是沒有考慮到植物能否從空氣中得到什么。

【板書】

1.1648年 海爾蒙特實驗 結論：水分是建造植物體的唯一原料

課件演示普里斯特利實驗過程及現象，組織學生分小組進行討論：①該實驗說明了什么？②該實驗是否證明了二氧化碳和氧氣變化？③后來科學家重復他的實驗，發現有時候成功，有時候失敗，失敗的最可能原因是什么？④如果你是科學家，你將如何進一步完善這個探究實驗？

總結：實驗采用了對照的方法控制變量，證明植物能“凈化”因燃燒或動物呼吸而變得污濁的空氣，使空氣變好，這就是后來人們才知道的植物在光合作用中釋放出氧氣的緣故。然而他卻把這種現象歸因于植物緩慢的生長過程，卻忽略了光在此過程中的重要作用。這也是有人重復實驗失敗的原因。

【板書】2.1771年 普利斯特利實驗 結論：植物可以更新空氣

（多媒體展示實驗過程）講解，設問：英根豪斯實驗采用什么實驗方法，得出什么結論？

【板書】3.1779年 英格豪斯實驗 結論：植物只有在光下才能更新空氣提出問題，引導學生：

（1）植物吸收和釋放的究竟是什么氣體？知道1785年由于發現了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳。

（2）這一過程在光下都能成功，那么光能到哪里去了？1845年，德國科學家梅耶根據能量轉換和守恒定律明確提出，植物在進行光合作用時，把光能轉換成化學能儲存起來。

（3）光能以什么形式儲存起來了呢？植物在吸收水分和二氧化碳，釋放氧氣的光程中，還產生了什么物質呢？學生活動：嘗試讓學生設計實驗，然后學生觀看課件中的設計方案。

然后放映一段該實驗的錄像，邊講解邊討論：

（1）實驗前為什么要將植物放在暗處幾小時？

（2）為什么要一半遮光一半曝光？起到什么作用？

（3）為什么要進行脫色處理？

（4）該實驗能得出什么結論？結論：綠色植物在光下產生了淀粉。

【板書】4.1864年 薩克斯實驗 結論：綠色植物在光下產生了淀粉

通過前面的實驗已經知道光合作用的原料是二氧化碳和水，產物是淀粉和氧氣，那么植物光合作用產生的氧氣是來自二氧化碳，來自水，還是來自兩者？如果是你，你會怎樣設計實驗？展示學生的設計思路，并請學生解釋理由。

根據同位素標記法，設置兩組實驗：

（1）用18O分別標記H2O和CO2。

（2）Ⅰ向綠色植物提供H218O和CO2；Ⅱ 向綠色植物提供H2O和C18O2。

討論：為什么要設置兩組實驗，能否只做一組？為什么？通過這個實驗，可以證明光合作用釋放出來的氧氣全部來自于水。

【板書】5.1940年 魯賓和卡門實驗 結論：光合作用釋放出來的氧氣全部來自于水

光合作用產生的有機物是怎樣合成的？和反應中哪些原料有關？你如何設計實驗證明你的假設？仍然采用同位素標記法，用14C標記的14CO2供小球藻進行光合作用，然后追蹤監測其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中轉化的途徑稱為卡爾文循環。

【板書】6.1948年 卡爾文實驗 結論：二氧化碳中的碳轉化為有機物中的碳

3.3訓練反饋與拓展延伸

回顧科學家的實驗，總結出光合作用的原料、產物、場所和條件。

提出：目前對光合作用更深層次的探索，仍在繼續進行，而建構光合作用的知識是一個方面，但是更重要的是體驗和學習科學家設計實驗的思想和方法。引導學生思考：科學家的實驗設計思想及方法，對你有什么啟發？

總結：①設置對照實驗②控制單一變量③注意運用學科之間的聯系與滲透。