第４節(jié)能量之源－光和光合作用“衡水賽”一等獎(jiǎng)

《能量之源——光與光合作用》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目的1．光合作用的發(fā)現(xiàn)過(guò)程（知道）2．葉綠體中色素的種類和作用（理解）二、教學(xué)重點(diǎn)葉綠體中色素的種類和作用三、教學(xué)難點(diǎn)光合作用發(fā)現(xiàn)過(guò)程的幾個(gè)著名實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想四、教學(xué)媒體各個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的投影片、葉綠體結(jié)構(gòu)的投影片、色素吸收光譜的投影片五、教學(xué)方法講述法與科學(xué)探索活動(dòng)相結(jié)合教學(xué)過(guò)程教學(xué)過(guò)程通過(guò)初中生物課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，植物的每一片綠葉就好像是一個(gè)“綠色工廠”源源不斷地生產(chǎn)有機(jī)物，綠色在植物生產(chǎn)有機(jī)物的過(guò)程是通過(guò)什么生理過(guò)程完成的呢？第三節(jié)：光合作用什么是光合作用呢？(答：略)那么，如果我們將綠葉比喻為綠色工廠，其中的廠房、動(dòng)力、原料和產(chǎn)物各是什么？（答：葉綠體，光能，二氧化碳和水，有機(jī)物和氧。）我們可以將光合作用的生理過(guò)程總結(jié)成這樣一個(gè)化學(xué)反應(yīng)式這個(gè)生理過(guò)程到底是怎樣的呢？這就是今天我們所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。首先我們來(lái)了解一下科學(xué)家們是怎樣發(fā)現(xiàn)光合作用這一生理過(guò)程的。一、光合作用的發(fā)現(xiàn)這要追溯到很久以前。過(guò)去，人們一直以為，種子之所以能夠長(zhǎng)成參天大樹(shù)，完全依靠于土壤。1648年，一位比利時(shí)的科學(xué)家海爾蒙特對(duì)此產(chǎn)生了懷疑，于是他設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：他把一棵重2．5kg的柳樹(shù)苗栽種到一個(gè)木桶里，木桶里盛有事先稱過(guò)重量的土壤。以后，他每天只用純凈的雨水澆灌樹(shù)苗。為防止灰塵落入，他專門(mén)制作了桶蓋。五年以后，柳樹(shù)增重80多千克，而土壤卻只減少了100g，海爾蒙特為此提出了建造植物體的原料是水分這一觀點(diǎn)，但是當(dāng)時(shí)他卻沒(méi)有考慮到空氣的作用。是誰(shuí)首先想到植物的生長(zhǎng)與空氣的作用有關(guān)的呢？是一位英國(guó)科學(xué)家普利斯特利。（學(xué)生閱讀“普利斯特利”后回答：蠟燭燃燒和小白鼠呼吸需要的是什么氣體呢？實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么問(wèn)題？（答：綠色植物在光照下吸收了二氧化碳，產(chǎn)生了氧氣。）由于當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展水平的限制，普利斯特利只聯(lián)想到植物可以更新空，但不知道是空氣的成分，也沒(méi)有認(rèn)識(shí)到光在其中的關(guān)鍵作用。后來(lái)，又經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，才逐漸發(fā)現(xiàn)了光和作用的場(chǎng)所、條件、原料和產(chǎn)物。下面我們?cè)賮?lái)介紹其中幾個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)。同學(xué)們注意這些實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想。學(xué)生閱讀“綠葉在光下制造淀粉的實(shí)驗(yàn)”后回答：為什么對(duì)天竺葵先進(jìn)行暗處理？2．為什么讓葉片的一半曝光，另一半遮光呢？3．這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)明什么問(wèn)題？（答：1．將葉片內(nèi)原有的淀粉運(yùn)走耗盡。2．進(jìn)行對(duì)照。3．證明綠葉在光下制造了淀粉。）學(xué)生閱讀“德國(guó)科學(xué)家恩吉爾曼實(shí)驗(yàn)”后回答1．好氧細(xì)菌集中于葉綠體所有受光部位的周圍，這說(shuō)明了什么問(wèn)題呢？2．為什么選用水綿做實(shí)驗(yàn)材料？3．為什么選用黑暗并且沒(méi)有空氣的環(huán)境？4．為什么先用極細(xì)光束照射水綿，而后又讓水綿完全曝露在光下？（答：1．氧是葉綠體釋放出來(lái)的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所2．選用水綿作為實(shí)驗(yàn)材料，是因?yàn)樗d不僅有細(xì)而長(zhǎng)的帶狀葉綠體，而且螺旋分布于細(xì)胞中，便于進(jìn)行觀察和分析研究。3．先選用黑暗并且沒(méi)有空氣的環(huán)境，是為了排除實(shí)驗(yàn)前環(huán)境中光線和氧的影響，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。4．先選極細(xì)光束，用好氧細(xì)菌檢測(cè)，能準(zhǔn)確判斷水綿細(xì)胞中釋放氧的部位；而后用完全曝光的水綿與之做對(duì)照，從而證明了實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是光照引起的，并且氧是由葉綠體釋放出來(lái)的。）隨著科技手段的進(jìn)步，人們對(duì)光合作用的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越深刻，到20世紀(jì)30年代，隨著物理學(xué)和化學(xué)的發(fā)展，一些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段被廣泛采用，如用同位素標(biāo)記法來(lái)研究光合作用的問(wèn)題，這使人們對(duì)光合作用的認(rèn)識(shí)更深入了一步。那么，什么是同位素標(biāo)記法？請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本中的小資料。20世紀(jì)30年代，美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門(mén)，利用同位素標(biāo)記去成功地進(jìn)行了另一個(gè)光合作用的實(shí)驗(yàn)。（用幻燈演示。）這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱伺宄诠夂献饔弥挟a(chǎn)生的氧到底是來(lái)自水還是二氧化碳？同學(xué)們考慮一下，應(yīng)標(biāo)記哪一種元素？如何設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？（引?dǎo)學(xué)生討論，與學(xué)生共同完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)演示幻燈片：用氧的同位素18O分別標(biāo)記H2O和CO2，使它分別成為H218O和C18O2，然后進(jìn)行兩組光合作用的實(shí)驗(yàn)：第一組向綠色植物提供H218O和CO2；第二組向同種綠色植物提供H2O和C18O2。在相同的條件下，對(duì)兩組光合作用實(shí)驗(yàn)釋放出的氧進(jìn)行分析，結(jié)果表明，第一組釋放的氧全部是18O2，第二組釋效的氧全部是O2。）這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了光合作用中釋放的氧全部來(lái)自水。由此可以看到。幾代科學(xué)家歷經(jīng)二百多年，才對(duì)光合作用的生理過(guò)程有了比較清楚的認(rèn)識(shí)。可見(jiàn)，科學(xué)的發(fā)展道路是很艱難，這里不僅包含著科學(xué)家們的艱辛勞動(dòng)與智慧，還與社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展密切相關(guān)。前面我們已經(jīng)了解了光合作用的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，那么，在綠葉這個(gè)“綠色工廠”中，光合作用這一生理過(guò)程，到底是怎樣進(jìn)行的呢？在學(xué)習(xí)這個(gè)問(wèn)題以前，我們還是先來(lái)認(rèn)識(shí)一下它的“廠房”——葉綠體。我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)葉綠體的有關(guān)知識(shí)，同學(xué)們回憶一下，葉綠體存在于植物的哪一個(gè)部位？它有什么功能？葉綠體的結(jié)構(gòu)是怎樣的？電子顯微鏡下觀察葉綠體的超薄切片，看到的葉綠體的基粒，是不是一個(gè)單純的圓柱體呢？（不是，是由一層一層的結(jié)構(gòu)重疊而成的。）講述：很好，這個(gè)圓柱體是由一個(gè)個(gè)囊狀的結(jié)構(gòu)垛疊而成的。（取出一硬幣。）假如這就是一個(gè)由膜圍成的囊狀結(jié)構(gòu)；將其一個(gè)個(gè)垛疊起來(lái)，就形成了一個(gè)圓柱體，也就是一個(gè)基粒。葉綠體內(nèi)含有的幾個(gè)到幾十個(gè)基粒擴(kuò)大了葉綠體內(nèi)的膜面積，這有什么作用呢？（答：有利于光合作用的一系列化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。）為什么春夏兩季植物的葉子翠綠醉人，而深秋樹(shù)葉則金黃斑斕呢？葉綠體中的色素分為兩大類：葉綠素和類胡蘿卜素。葉綠素又分為兩類：葉綠素a，呈藍(lán)綠色；葉綠素b，呈黃綠色。類胡蘿卜素也分為兩類：胡蘿卜素，呈橙黃色；葉黃素，呈黃色。由于葉綠素含量約占總量的四分之三，而類胡蘿卜素僅占四分之一，所以通常植物的葉子總是翠綠醉人的。這是由于葉綠素掩蓋了類胡蘿卜素顏色的緣故。但是，葉綠素很容易被破壞。秋天葉綠素會(huì)因?yàn)椤叭淌堋辈涣藲鉁叵陆档纫蛩氐挠绊懚纸庀?；胡蘿卜素和葉黃素則比較穩(wěn)定，終于在沒(méi)有葉綠素干擾時(shí)“重見(jiàn)天日”。（教師在這里可簡(jiǎn)要介紹黃櫨、楓樹(shù)“霜葉紅于二月花”的原因，指出是由于葉綠素分解時(shí)，葉中的糖分轉(zhuǎn)變成紅色的花青素造成的。）成為H218O和C18O2，然后進(jìn)行兩組光合作用的實(shí)驗(yàn)：第一組向綠色植物提供H218O和CO2；第二組向同種綠色植物提供H2O和C18O2。在相同的條件下，對(duì)兩組光合作用實(shí)驗(yàn)釋放出的氧進(jìn)行分析，結(jié)果表明，第一組釋放的氧全部是18O2，第二組釋效的氧全部是O2。）這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了光合作用中釋放的氧全部來(lái)自水。由此可以看到。幾代科學(xué)家歷經(jīng)二百多年，才對(duì)光合作用的生理過(guò)程有了比較清楚的認(rèn)識(shí)?？梢?jiàn)，科學(xué)的發(fā)展道路是很艱難，這里不僅包含著科學(xué)家們的艱辛勞動(dòng)與智慧，還與社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展密切相關(guān)。前面我們已經(jīng)了解了光合作用的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，那么，在綠葉這個(gè)“綠色工廠”中，光合作用這一生理過(guò)程，到底是怎樣進(jìn)行的呢？在學(xué)習(xí)這個(gè)問(wèn)題以前，我們還是先來(lái)認(rèn)識(shí)一下它的“廠房”——葉綠體。我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)葉綠體的有關(guān)知識(shí)，同學(xué)們回憶一下，葉綠體存在于植物的哪一個(gè)部位？它有什么功能？葉綠體的結(jié)構(gòu)是怎樣的？電子顯微鏡下觀察葉綠體的超薄切片，看到的葉綠體的基粒，是不是一個(gè)單純的圓柱體呢？（不是，是由一層一層的結(jié)構(gòu)重疊而成的。）講述：很好，這個(gè)圓柱體是由一個(gè)個(gè)囊狀的結(jié)構(gòu)垛疊而成的。（取出一硬幣。）假如這就是一個(gè)由膜圍成的囊狀結(jié)構(gòu)；將其一個(gè)個(gè)垛疊起來(lái)，就形成了一個(gè)圓柱體，也就是一個(gè)基粒。葉綠體內(nèi)含有的幾個(gè)到幾十個(gè)基粒擴(kuò)大了葉綠體內(nèi)的膜面積，這有什么作用呢？（答：有利于光合作用的一系列化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。）為什么春夏兩季植物的葉子翠綠醉人，而深秋樹(shù)葉則金黃斑斕呢？葉綠體中的色素分為兩大類：葉綠素和類胡蘿卜素。葉綠素又分為兩類：葉綠素a，呈藍(lán)綠色；葉綠素b，呈黃綠色。類胡蘿卜素也分為兩類：胡蘿卜素，呈橙黃色；葉黃素，呈黃色。由于葉綠素含量約占總量的四分之三，而類胡蘿卜素僅占四分之一，所以