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1、光合作用的探究历程和光合作用的过程教学设计 【教学目标】 1.知识与技能 (1)理解人类对光合作用的探究历程。 (2)掌握光合作用的概念、总反应式。 (3)掌握光合作用的过程及图解、光反应阶段与暗反应阶段及相互关系。 2.过程与方法 (1)运用多媒体手段,对光合作用过程图解分步展示,运用化学知识理解物质和能量的变化,理顺所学知识的逻辑关系,启迪学生思维,培养学生观察、联想、归纳、综合、灵活应用知识的能力。 (2)体验前人设计实验的技巧和思维方式;体验科学工作的方法和过程;掌握科学探究的一般过程:提出问题作出假设设计实验分析结果得出结论表达与交流;初步学会合作交流、控制实验条件、设置对照实验等方
2、法。 (3)运用提供的资料分析实验结果,提高学生分析、解决问题的能力。 3.情感态度与价值观 (1)通过自主学习、小组探究、合作学习,铸就师生平等、民主和谐、相互尊重、善于合作、乐于交流、成果共享的学习文化,养成质疑、创新和勇于实践的科学精神与态度。 (2)通过生物结构和功能相统一、物质代谢和能量代谢相联系等生物科学知识的学习和理解,帮助学生树立辩证唯物主义的观点。 (3)通过研究科学家对光合作用原理的探究历程,认同科学是在不断观察、实验、探索和争论中前进的;认同科学家不仅要继承前人的科研成果,而且要善于吸收不同意见中的合理成分。 【教学重点】 光合作用的探究历程,光反应阶段和暗反应阶段的生理
3、过程及相互关系,学生探究能力和科学素养的培养。 实施策略:通过观察、思考、讨论、交流、多媒体手段和课堂巩固来突出重点。 【教学难点】 光反应阶段和暗反应阶段的过程。 实施策略: (1)指导学生观察、思考,通过资料分析、模型建构突破光合作用过程的难点。 (2)通过列表比较光反应阶段和暗反应阶段的过程,启发学生总结两者在物质和能量方面的联系。 【教学用具】 多媒体设备。 【学习用具】 学案。 【教学设计思路】 以光合作用探究历程的经典实验作为探究的载体,以真实的问题情境和资料作为探究的背景,以建构模型为手段,以真正理解探究过程和实验设计策略并学以致用为中心目标,采用以“问题”激活思维,自主、探究和
4、合作学习的教学模式,在教学过程中贯穿从“过去”到“现在”再到“未来”,从“课外”到“课堂”再到“课外”的开放式教学思想。 教学活动设计按下图所示流程展开: 从“问题”开始,是考虑到“问题”有利于激活学生的思维,调动学生自主探究的积极性。同时在发现、分析、解决问题的过程中,容易建立教学互动;也有利于学生发展观察、思考、分析、概括与总结等方面的能力。 【教学方法】 自主、探究、合作、讨论、交流,比较分析,小结表达。 【教学过程】 1.光合作用的探究历程 设置情境导入主题:多媒体展示绿色植物风景资料。 师:绿色植物的正常生长离不开光合作用,我们回顾一下初中所学的光合作用的概念。 在此基础上,教师进一
5、步提问引起学生深层思考:人类是怎样认识光合作用原理的? 教师板书:光合作用的探究历程和光合作用的过程。 呈现史料 多媒体呈现史料一:18世纪中期,人们通过实验得出了“建造植物体的原料是水分”的结论。但植物生长与空气是否有关呢? 多媒体呈现史料二:1771年英国科学家普利斯特里的实验。 史料分析 师:依据科学家经过大量的艰辛的实验所观察到的实验现象,同学们能得出什么结论? 讨论后得出结论:绿色植物可以更新空气。 学生把得出的结论同科学家的结论相比较。 提出问题 师:为什么有人认为植物跟动物一样也能使空气变污浊? 学生思考、讨论后认为:普利斯特里的实验不足之处是没有发现光在植物更新空气中的作用。
6、呈现史料 多媒体呈现史料三:1779年荷兰科学家英格豪斯的实验。 史料分析 师:依据英格豪斯的实验,你能得出什么结论? 学生讨论后得出结论:植物只有在阳光照射下才能更新空气,植物只有绿叶才能更新污浊的空气。 学生把得出的结论同科学家的结论相比较。 提出问题 师:回忆学过的化学知识,空气的组成成分主要有哪些? 学生讨论后得出:主要有氮气、氧气等。 呈现史料 多媒体呈现史料四:1785年,科学家明确了:绿叶在光下放出的气体是氧气,吸收的是二氧化碳。 多媒体呈现史料五:1845年,德国科学家梅耶指出:植物在进行光合作用时,把光能转换成化学能储存起来。 多媒体呈现史料六:1864年德国植物学家萨克斯的
7、实验。 史料分析 师:科学家萨克斯的实验证明了什么?该实验设计的巧妙之处在哪里? 学生讨论后得出结论:光合作用产生了淀粉。 学生把得出的结论同科学家研究的结论相比较。 呈现史料 多媒体呈现史料七:1880年德国科学家恩格尔曼的实验。 史料分析 师:恩格尔曼实验的结论是什么? 学生讨论后得出结论:氧气是叶绿体释放出来的,叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。 学生把得出的结论同科学家的结论相比较。 提出问题 讨论:恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处? 学生讨论后得出:实验材料选择水绵和好氧细菌,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;没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干
8、扰;用极细的光束照射,叶绿体上可分为光照多和光照少的部位,相当于一组对比实验;临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果,等等。 提出问题 师:光合作用的原料有水和二氧化碳,那么,光合作用释放的氧气到底是来自二氧化碳还是水? 呈现史料 多媒体呈现史料八:1941年美国科学家鲁宾和卡门的实验。 史料分析 师:这一实验可以得出什么结论? 学生讨论后得出结论:光合作用释放的氧来自水。 学生把得出的结论同科学家研究的结论进行比较。 呈现史料 多媒体呈现史料九:20世纪40年代美国科学家卡尔文的实验。 提出问题 师:鲁宾、卡门和卡尔文的实验方法有什么巧妙之处? 学生讨论后得出:运用了同位素标记法。 史料
9、分析 师:卡尔文的实验说明了什么问题? 学生讨论后得出结论:光合作用产物中的碳来自参加反应的CO2。 知识点小结:小结光合作用的探究历程。 提出问题 思考与讨论:分析了光合作用的探究历程,你有何感悟? 学生讨论后得出科学探究的一般过程:提出问题作出假设设计实验结果分析得出结论表达与交流。 2.光合作用的过程 过渡 师:光合作用是一个非常复杂的生物化学反应过程。接下来我们就沿着科学家的实验思路来初步了解光合作用的过程。 学生上台写出光合作用化学反应式。 学生阅读课本:光合作用的过程。 资料分析 多媒体呈现资料1、资料2: 【资料1】英国剑桥大学的希尔将叶绿体从植物中分离出来,加到具有 氢受体(可
10、以结合H+的物质) 的水溶液中,在无二氧化碳的条件下给予光照,发现叶绿体中有O2放出。 【资料2】美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验,同样无二氧化碳,在给叶绿体照光时发现,当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+(辅酶)时,会有ATP和NADPH (还原型辅酶)产生。(注:NADP+与H+和电子结合生成NADPH,简写为“H”) 讨论: (1)资料1和资料2实验过程的共同点是:都给予了 和 条件。 (2)资料1说明氧气的释放与 无关。 (3)资料2结果说明 能可以转变为 能储存在直接能源物质ATP中, 可以作为氢受体。 (4)写出资料1和资料2实验中所包含的主要化学反应式: 学生小组讨论、
11、得出结论。 分析总结 因为需要光照,所以我们把这一阶段叫作光反应阶段。根据上一节所学的知识,我们分析:叶绿体中靠什么物质吸收光?色素又分布在哪里?由此推测光反应的场所在哪里? 学生小组讨论、得出结论,并上台完善光反应黑板画,归纳光反应过程。 资料分析 光反应的产物ATP和 H有什么用途呢?接下来请同学们看资料3(多媒体呈现资料3): 【资料3】 阿尔农继续用离体叶绿体做实验,在黑暗条件下,只要供给CO2、ATP和NADPH,叶绿体就能将CO2转变为糖类,同时ATP和NADPH 含量急剧下降。 资料3实验说明:ATP和NADPH被用于将CO2转变为 的过程。 学生小组讨论、得出结论。 资料分析
12、因为光合作用第二阶段中的化学反应有没有光都可以进行,所以我们把这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应的场所在哪里?CO2是如何转变为糖类的呢?请继续分析资料4和资料5(多媒体呈现资料4和资料5): 【资料4】卡尔文用小球藻做实验材料,研究了该藻类植物在光合作用时 CO2转化为糖类的路线。卡尔文将带有14C标记的CO2通入盛有小球藻的玻璃器皿中,给予充足的光照,每隔一定时间取样,并立即杀死小球藻。用甲醇将标记化合物提取出来,再通过一定的方法分离光合产物。根据被14C标记的化合物出现时间的先后,推测生化过程。 讨论: (1)该实验采用的主要方法是 ; (2)实验过程中需要控制的自变量是 ; A.光照 B.
13、时间 C.14CO2 (3)“立即”杀死小球藻的目的是使 停止。 【资料5】卡尔文向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测产物,检测到了多种带14C标记的化合物。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现,90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。在5秒钟的光照后,卡尔文等同时检测到了含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。 讨论: (1)光照30s,检测到了多种带标记的化合物,说明反应时间太 , 时间逐渐缩短至几分之一秒时发现,90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中,说明 应该是暗反应中第一个出现的产物。 (2)在5秒钟光照后,卡尔文等“同时”检测到了含有放射性的五碳
14、化合物(C5)和六碳糖(C6),可见CO2转变成糖类的途径是: 学生小组讨论、得出结论。 资料分析 由此可见,CO2是先转变成C3,再由C3转变成C5和C6。光反应生成的ATP和 H是用于CO2转变成C3的过程,还是用于C3转变成C5和C6的过程呢?我们来看资料6(多媒体呈现资料6): 【资料6】卡尔文及其同事通过改变实验条件,发现C5化合物呈规律性变化:当停止CO2供应时,C3的浓度快速降低,C5的浓度快速升高;停止光照时,C3的浓度快速升高,C5的浓度快速降低。 提示: C5的浓度快速升高的直接原因:生成量激增或者消耗量骤减。 C5的浓度快速降低的直接原因:生成量骤减或者消耗量激增。 讨论
15、: (1)当停止CO2供应时,发现C5的浓度快速升高。 推测: 参与了CO2转变成C3的过程。 (2)停止光照时,C3的浓度快速升高,C5的浓度快速降低,分析可能是C3转变成C5的过程减慢。 推测:光反应的产物ATP和H只用于 转变成 的过程。 学生小组讨论、得出结论。 知识点小结 细胞内的化学反应一般都需要谁来催化?C5在CO2转变为糖类的过程里有什么特点? 学生小组讨论、得出结论,并上台完善暗反应黑板画,归纳暗反应过程。 模型构建 综合上述六组资料,现在请同学们在学案上构建光合作用过程的模型。 本课小结 教师引导学生对光反应和暗反应过程进行比较、总结。 通过光合作用过程的探究,我们发现,光
16、合作用过程实质上是发生了两个转变:一个是物质的转变,将无机物转变成有机物;一个是能量的转换,将光能转换成有机物中稳定的化学能。 光合作用是发生在叶绿体中的复杂的生理过程,是自然界最基本的物质代谢和能量代谢。 设计意图:此过程在于梳理知识,让学生在头脑中留下清晰的概念图。 结束语 光合作用的过程非常复杂,现在科学家仍然在进行进一步的探索。 如何将此原理应用于解决我们所面临的各种难题?对此,你有何灵感和创新? 同学们,只要坚持不懈,老师相信你们当中也一定会出现像卡尔文一样伟大的科学家!今天的课就到这里。谢谢同学们的积极参与!下课! 【板书设计】 光合作用的探究历程和光合作用的过程 一、光合作用的探
17、究历程 二、光合作用的过程 【教学反思】 上好一堂课,说易也易,说难也难。难在师生要在新的课程理念指导下进行教和学;难在达成知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三位一体的教学目标;难在把握好教学内容的时代性、基础性和选择性的有机统一;难在引发和保持学生的学习兴趣和探索精神。本节课的教学,教师应引导学生形成共识:世界是物质的运动和运动着的物质,这是唯物主义的基本观点。 细胞这一生命的基本单位,演绎着或简约、或繁复的生命之歌。生命系统由宏观到微观,细胞是基本的生命系统,系统都有它自身的调控规律,这既是运动的观点,也是辩证的观点。 本课的设计,我采取“问题驱动学习”的教学策略,期望将传统的教学过程转变为“提出问题解决问题发现问题”的教学模式。 学会自主探究,养成自主评价的习惯,是自主学习的重要特征。本课,我设计有小组讨论、学生互评,引导学生进行简约、精练的小结,期望促成学生养成善于总结的习惯。 本课一个重要教学期望是:通过采取自主、探究、合作式的学习方式,铸就师生平等、民主和谐、相互尊重、善于合作、乐于交流、成果共享的学习文化。 教学是一门艺术,艺术永无止境。我愿继续在教学一线实践中时常反思,在反思中不断奋力前行!
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