必修一生物教案：5.4光合作用的探究历程

《光合作用的探究历程》教学设计
一、设计理念
以新课标“提高生物科学素养，面向全体学生，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系”的课程理念来设计教与学的过程，变教材中经典实验的学习过程为探究过程，为学生创造“知识再发现”的探究情境，突出学生的主体性，学习的探究性和目标的完整性。

二、教材分析
《光合作用的探究历程》是人教版高中生物学教材必修一第五章《细胞的能量供应和利用》的第四节第二课时的内容，主要介绍了光合作用发现过程中的几个经典实验，在这其中蕴含着科学探究的一般方法，是培养学生科学素养和探究能力的好材料。

依据教材和课程标准的要求，我制定了知识、能力和情感的三维目标，注重知识发现的同时，更强调了科学探究能力的培养。

基于此，我将“光合作用的概念、科学探究的一般方法和实验设计中的两个基本原则”作为本节课的教学重点。

而“科学探究的一般方法和实验设计中的两个基本原则”也是难点所在。

三、学情分析
通过初中阶段的学习，学生已经有了光合作用所需原料、条件等知识基础，对于光合作用发现史也有所了解，但对于“科学探究的一般方法”了解不多且不成系统。

能力与思维方面，高中学生具备了一定的观察和认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步形成，但还很不完善，对新事物好奇，却又缺乏理性思考。

四、教学方法
根据以上分析，结合学生实际，我选用了直观教学法、引导探究法和互动讨论法进行本节教学。

五、教学过程
根据学生的认知规律，以知识为载体，思维为主线，能力为目标，我设置了“课题引入——课题展开——课堂小结——巩固练习——课后作业”五个紧密联系的环节。

（一）课题引入
多媒体展示光合作用发现史中的著名实验，并配以相关图片，将学生的思维引入“光合作用发现史”的方向，这样自然导入新课。

（二）课题展开
我有选择有侧重地介绍了光合作用发现史中的几个经典实验，先由简单的普利斯特利实验引出实验设计的基本原则——对照原则和单一变量原则，再通过经典的萨克斯实验来加深学生对实验设计原则的理解，接着在精巧的恩格尔曼实验中完成实验设计思维的形成过程，最后通过鲁宾和卡门的实验使学生的应用思维得以发展，思维层次逐步上升。

1、普利斯特利实验，以演示法进行教学，向学生真实再现实验过程，然后设置系列问题引导学生思考：
（1）根据以上实验，你能得出什么结论呢？
（2）在已知密闭环境能使蜡烛熄灭的情况下，去掉第一组的实验可以吗？
（3）他的实验有时成功有时失败，你能分析一下可能的原因吗？
学生探讨答案时，我从具体问题入手，逐步将学生思考的重心由对实验结论的推断转移到对实验过程的设计上来：
结合第二题答案（通过两组对比可以使结论更令人信服）适时点拨，引出对照原则和单一变量原则及实验变量的概念。

再由第三题答案（因为没有发现光在其中的关键作用，所以有光时做是成功的，无光时做则失败）引入无关变量的概念，强调实验过程中要尽可能避免无关变量的干扰。

这样，将本节课的教学重难点“实验设计中的两个基本原则——对照原则与单一变量原则”
在具体实例中引入，符合了由感性到理性的认知规律，达到了启发思维的目的。

【过渡】接下来，沿着发现史的主线，通过梅耶的实验结论设疑（光能转换成化学能后，到底贮存于什么物质中呢？也就是植物在吸收水和二氧化碳，释放氧气的过程中，还产生了什么物质呢？）由此引出萨克斯实验。

2、经典的萨克斯实验，由生物兴趣小组的同学课前做实验、课堂上向大家介绍实验过程，并借助于多媒体展示其图片，这样既拉近了与学生的距离，融洽了课堂气氛，又很好地调动了学生的积极主动性。

之后针对实验中的每一步操作，从实验设计的角度提出问题，并注重引导学生从实验设计本身和实验原则应用两个层面来思考。

第一步，把植物放在暗处24小时，这样做的目的是什么？
第二步，将同一叶片，一半曝光，一半遮光，在光下培养一段时间，这又是为什么？
第三步，剪下叶片，进行酒精隔水煮沸脱色，这一步，教材中并未交待，有进行的必要吗？结合学生对三个问题的作答，再次强调实验应遵循对照原则和单一变量原则，光照与否便是该实验的实验变量，而黑暗处理和脱色处理都是为了消除无关变量。

结合实验结果学生则很容易得出最后的结论“绿色叶片在光合作用中产生了淀粉”从而为光合作用概念的建构打下伏笔。

同时教师点明“实验结论的得出”与“实验变量的设置”间的必然联系，正是因为设置了光照与否这唯一的实验变量，得到了不同的实验结果（曝光一半叶变蓝，遮光一半不变蓝），所以才得出了以上的实验结论。

使学生从经典实验中加深了对本节重点内容的理解，内化知识的同时，也调整了思维。

【过渡】在萨克斯实验的基础上，我巧妙选材（银边天竺葵）并再次设疑（该植物叶片曝光一半的白色部分经碘处理后也不变蓝，这样的结果意味着什么呢？能不能说光合作用的场所就是叶绿体呢？）学生思考后不难找出答案：能说明光合作用进行与叶绿体有关，但不能直接证明叶绿体就是光合作用的场所。

紧接设问：怎样才能直接证明呢？自然过渡到恩格尔曼的实验。

3、恩格尔曼的实验中，我充分发挥多媒体动画在辅助教学中的优势，变微观为宏观，变抽象为形象，再现实验过程：
“将水绵细胞临时装片置于黑暗无氧环境中，当极细的光束照射在叶绿体以外部位时，好氧细菌均匀分布，当光束照射到叶绿体时，好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中；将临时装片完全暴露在光下时，好氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围”
学生观察后，我用更为理性的问题来引导学生的思考：
（1）、选水绵和好氧细菌为实验材料有什么优点？
（2）、实验中是怎样排除无关变量干扰的？
（3）、恩格尔曼设置了怎样的对照实验？得出什么结论？
组织学生进行小组讨论、组间交流。

学生探讨出答案后，点拨时我则从深层次逐个剖析，强调实验选材的重要性，实验变量的确定（确定实验变量的同时也就确定了对照实验）以及实验过程中变量的控制。

最后把整个实验还原到具体的科学探究方法的模式中，即“提出问题—做出假设—设计、实施实验—分析结果、得出结论，而且在设计实验时必须遵循对照原则，单一变量原则等”，使学生全面系统地理解与领悟，最终形成思维。

【过渡】至此，学生实验设计的思维已初步形成，我通过创设新情境（同位素标记法的引入），提出新问题（光合作用中产生的氧气到底来自于水还是二氧化碳？或是两者兼而有之呢？）进一步激起学生利用新知解决新问题的欲望，也由此转入鲁宾、卡门的实验。

4、为了在运用中检验所学，鲁宾、卡门的实验，以“分组讨论方案——自主设计实验—
—组间交流整合——教师总结验证”的师生互动形式来组织教学：
分组讨论中，随着标记元素的选择、实验变量的确定、对照实验的设置、实验结果的预期、实验结论的得出等一系列问题的提出与共同解决，学生新形成的思维在应用中得到了提升。

自主设计实验既是对组内讨论的合理汇总，又是对科学探究方法的系统再现，旨在培养学生思维的逻辑性与严密性。

组间交流为学生提供了一个勇于创新、敢于展示的平台，同时也能够发现学生在认识上的不足与思维上的漏洞。

总结概括学生实验设计中的一些常见问题和错误做法：
（将实验分为三组，分别为植物提供: H2O和CO2、H218O和CO2、H2O和C18O2，第一组为对照组）……有的是因为对对照原则理解不深造成的失误。

（为植物提供H218O和CO2，一组置于光下，另一组置于黑暗环境中）……有的是实验变量的设置上出了问题。

（为一组植物提供H218O和CO2，并置于光下，另一组提供H2O和C18O2，置于暗处）……这种的做法则违背了单一变量原则。

分析原因、归类解决，使学生的思维在应用中得到了完善。

最后，教师用科学家们的实验设计及结论来验证他们的实验设想，使其感受到成功的喜悦。

在学生对光合作用发现史有了清晰系统的认识后，我让他们自己去归纳总结科学家们的实验结论，进而完成对光合作用概念的知识建构。

结课时，我再次把目光拉回到光合作用研究的方向，让学生体味科学探索艰辛与快乐的同时，也对其提出殷切希望。

（三）课堂小结与板书设计相结合，并突出知识与能力两条主线。

（四）巩固练习这一环节上，我精选了有梯度的练习，为学生提供了一个充分认识自己思维改变的机会。

１、如图某植物经过暗处理后，其上的叶片再由光照射一段时间，然后脱色并用碘处理，结果有锡箔覆盖的位置不变蓝，而不被锡箔覆盖的部位呈蓝色．该实验证明（）
①光合作用需要二氧化碳②光合作用需要光③光合作用需要叶绿体
④光合作用放出氧⑤光合作用合成淀粉
Ａ．①②Ｂ．③⑤Ｃ．②⑤Ｄ．①③
2、有人认为植物也能使空气变污浊，你怎么理解？
（五）课后作业作为课堂的重要补充，我分层次设置了巩固基础的必做题和操作性较强的自主探究选作课题，让学生自己动脑动手去解决实际问题。

必做部分：总结概括光合作用的发现过程中的经典实验及其原理、结论。

选做部分：设计实验证明“植物的光合作用需要二氧化碳”。

实验材料：天竺葵、暗箱、烧杯、酒精灯、铁架台、
NaOH溶液、蒸馏水、酒精、碘液等
实验步骤：
结果预测及分析。