“光合作用的过程及探究史”教学设计

常州北郊高级中学 姜文波

1、教材和学情分析

本节是人教出版社高中生物必修1第五章《细胞的能量供应和利用》第4节《能量之源—-光与光合作用》的第二课时内容，包括光合作用的发现史和光合作用的具体过程等内容。包含光反应和暗反应的具体过程以及同位素标记法在探究实验中的应用。光合作用是地球上最重要的生理过程，是生态系统能量流动中最重要的一个环节。是对前面能量相关部分的知识的引申和拓展，又是课程标准中‘生物与环境’这一主题的核心概念。学好光合作用对提高学生环境保护意识也起着重要作用。

学生初中已经学习了光合作用的反应式和简单的发现史，掌握了部分本节课学习的素材。同时学生也掌握了一定的阅读、讨论、探究的学习方法。这就是本课教学的学情，也是设计本课教学的基础和根据

1.1  教学重点  光合作用的发现及研究历史；光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。

1.2  教学难点  光反应和暗反应的过程。

1.3  教学目标 

知识目标：说明光合作用以及对它的认识过程。

能力目标：⑴通过光合作用的发现史等资料分析，培养学生分析问题的思维能力；

⑵通过讨论设计实验流程，培养学生形成严谨的对照实验设计意识。

情感目标：认同光合作用的发现是一个在长期实践中不断完善的过程，体会科学家的发现思路。

2、教学过程

2.1提出问题，引入新课  PPT展示小行星撞击地球，灰尘布满天空的图片。提出问题：小行星撞击地球，为什么会引起恐龙的灭绝？引导学生理解光合作用的重要性。学生通过观察图片，应该能联想到是由于阳光被灰尘遮蔽，绿色植物无法进行光合作用，最终导致恐龙食物缺乏而灭绝。教师加以适当引导，让学生了解，没有了植物的光合作用，地球将面临一个食物匮乏、缺少氧气的环境，大多数生物都会面临绝境。

2.2  展示实验，体会思路

PPT展示光合作用的概念，请学生根据概念描述和初中已学知识写出光合作用的总反应式。PPT展示光合作用总反应式。提问：1、光合作用需要光能为条件，根据能量守恒定律，光能去哪里了？2、光合作用的两种产物对地球的生态系统有着怎样的影响？ PPT展示光合作用的意义，让学生从情感上认同光合作用的重要性。

2.2.1光合作用的具体过程 通过对科学实验的分析，领悟具体流程

教师介绍光合作用不仅仅是一个简单的化学反应，其中包含了很多复杂的过程。PPT展示，资料1：希尔（Robert. Hill曾获1922年诺贝尔化学奖）1939年在剑桥大学发现，在叶绿体悬浮液中加入适当的物质，照光时可将水分解释放氧气。这个反应成为希尔反应。

资料2：20世纪50年代，一个美国科学家做了这样一个实验：在提供CO2，ATP，[H]时，绿色叶片在无光条件下也可以产生淀粉。提问：1、从以上两段资料，你可以获得哪些与光合作用过程有关的信息？2、你能提出哪些与光合作用有关的猜想？引导学生说出光合作用包含的过程有的需要光照，有的不需要光照；氧气的产生和有机物的产生不是同时发生的。资料3：1954年美国科学家D.I. 阿尔农发现叶绿体在光照下可合成三磷酸腺苷（ATP）。1957年他发现该过程与希尔反应相偶联。学生综合以上3段资料，梳理在光合作用中能量的变化过程。屏幕显示：能量变化：     能→     能→     能。教师介绍在光合作用中分为光反应阶段和暗反应阶段，ATP是连接两个不同阶段的重要枢纽。

    学生阅读必修1教材中P103—104光合作用的具体流程，并找出两个阶段进行的具体场所、物质变化和能量变化的过程。PPT用动画显示光反应阶段和暗反应的具体流程，并请学生用自己的语言来描述。屏幕显示资料4：20世纪40年代，美国科学家卡尔文（曾获1961年诺贝尔化学奖）等科学家用放射性同位素¹⁴C标记的CO2通给小球藻（一种单细胞绿藻）进行光合作用，然后追踪检测其放射性。最终探明了CO2中的碳转化成有机物中碳的途径，这个反应叫做卡尔文循环。教师：在资料中我们可以得知要研究某种元素在一个生理过程中的转变途径，我们可以通过使用相应的放射性同位素来标记，通过检测其放射性来了解该元素的转移途径。经常使用的放射性同位素有¹⁸O ¹⁴C ³H ¹⁵N ³²P ³⁵S等。举例：常用¹⁸O ³H标记水。。。。屏幕显示卡尔文循环的过程。教师小结整个光合作用的大致过程，包括物质变化和能量变化情况。

2.2.2知识升华，学以致用

    拓展：请你设计一个实验，利用放射性同位素标记法来探究光合作用中O2中的氧是来自于水还是CO2。（注意对照）材料：小球藻悬浮液 放射性检测工具 其他实验室常用工具

学生分组讨论后分享自己小组的讨论结果。引导学生在设计实验的过程中注意对照和实验的严谨性，对可能出现的实验现象进行探讨和分析，培养学生的设计实验能力和分析实验结果的能力。该实验设计的意图在于让学生尝试用已学知识来解决新的问题，学以致用。教师介绍该实验是光合作用发现史上极为重要的一步，PPT展示美国科学家鲁宾和卡门对该实验的设计图，引出光合作用的探究历史。

2.2.3光合作用的探究历史  回顾历史，培养探索精神

    PPT展示光合作用发现史的几个实验，由于部分实验在初中学生已经学习过，所以，普利斯特里的实验、英格豪斯的实验、萨克斯的实验都进行简单介绍，主要由学生根据图示来描述。教师只是对几个实验的细节作一些补充，通过几个问题来加深学生的理解。问题1、重复普利斯特里的实验经常会失败，失败的原因是什么？（光照，放置植物后两个钟罩内空气含量不同等。）问题2、萨克斯的实验为什么一开始要把植物进行暗处理一段时间？（消耗叶片中的营养物质。）鲁宾和卡门的实验、卡尔文的实验前面已经介绍过，所以也就展示一下流程，一带而过，不再重复。通过对光合作用发现史的介绍，引导学生认同光合作用的发现是一个在长期实践中不断完善的过程，体会科学家的发现思路，培养学生发现问题解决问题的实验设计思路。

3、教学反思

这节课的导入运用的比较成功。我觉得运用学生近期关注的事件进行导入，比较实用，效果也比较好。在这节课之前，学生对于光合作用已经有一定的认识，但是对于光合作用的具体过程比较陌生。所以先从分析科学家已经做过的实验入手，通过已学知识作为桥梁链接新的概念，引导学生思考，理解光合作用的复杂过程。课后反馈，学生的理解也确实比较到位。

本节课中大量运用了科学家已做实验为资料，教授学生分析资料的能力，为后面学生尝试设计实验做好铺垫。并通过图片、动画、课件使学生形象地了解光合作用中光反应阶段和暗反应阶段的具体流程。对于光合作用发现史部分的处理，采用让学生自己描述的方式，意在让学生认同光合作用的发现是一个在长期实践中不断完善的过程，体会科学家的发现思路。

课堂教学中也发现存在一下问题：在课堂上，教师说得多，学生参与较少，形式比较单一，以后可以尝试多种学生活动的设计。有的学生不能准确的回答教师的提问，可能是学生的生物学习能力不高，以后可以尝试难点问题分层次提问。