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有机物的制造-光合作用
教学目标
知识目标
1、探究光合作用的原料、产物、条件和场所，阐明光合作用的实质和意义；
2、举例说明光合作用原理在生产上的应用，解释有关的实际问题。
能力目标
1、通过查阅有关光合作用的发现过程的资料，培养学生查阅、整理资料的能力；
2、通过光合作用的一组探索性实验过程，使学生学会观察和记录植物生理实验现象的基本方法，初步明确从现象到本质的科学思维方式。
情感目标
1、通过光合作用一组实验的操作过程，培养学生实事求是的科学态度和一丝不苟的探究精神；
2、通过光合作用在生产上的应用的教学，使学生意识到生物科学的价值，增强其学习兴趣和主动性。
教学建议
教材分析
光合作用是绿色植物的一项非常重要的生理功能。因此，“有机物的制造——光合作用”这一节既是本章的重点，也是全书的重点。在初中生物教学中，光合作用的概念是学生学得的第一个复杂的概念，如何以概念和形成途径使学生掌握光合作用概念，是本节的教学重点。因此有必要让学生通过了解光合作用的发现过程来分析、讨论光合作用的原料、条件及产物，再以一组光合作用的探索实验加以检验。而光合作用的一组探索性实验能否成功，则是教学中突出重点和突破难点的关键。本节的教学安排为3课时，第1课时讲授光合作用的发现过程，第2课时光合作用的探索性实验，第3课时总结光合作用的概念、实质及意义。
教法建议
光合作用的发现过程，可以事先让学生以小组为单位进行资料的搜集和整理，带到课堂上来进行交流，通过概述某科学家的实验过程或结果，启发学生通过分析和思考得出相应的结论。光合作用的发现过程教学内容如下：
科学家
实验过程或结果
实验结论
海尔蒙特 1648
木桶里栽柳5年，雨水浇灌，柳苗由2.3kg增重至76.8kg；90kg干土减重57g
柳的增重来自水
普利斯特利 1771
钟罩里的小鼠窒息而死；将小鼠与植物同时放入密封的钟罩内，小鼠生活正常
植物能“净化”空气
英格豪斯 1779
植物的绿色部分，只有在光下才能起到“净化”空气的作用
光的重要作用
谢尼伯 1782
发现照光时绿色植物吸收CO2，释放O2
CO2是原料，O2是产物
索热尔 1804
植物增重大于CO2吸收量减去O2释放量
水是原料
萨克斯 1864
发现照光时叶绿体中的淀粉粒才会增大
有机物是产物
其教学目标有三：一是使学生领悟到光合作用的发现是许多科学家智慧的结晶和不懈努力的结果，因此要珍惜学习知识的机会；二是使学生领略科学家们发现问题和解决问题的科学思维方式，接受科学素质的启蒙教育；三是通过光合作用发现过程分析其原料、条件和产物，为下一步探究实验做准备。
“绿叶在光下制造淀粉”的实验，应注意的问题有：
（1）选叶遮光应先暗处理。应选择生长健壮，便于接受光照的叶片，经过遮光处理后，再放入暗处2~3天。暗处理条件下，叶肉组织不能合成淀粉，细胞内积累的淀粉大部分被呼吸消耗或以蔗糖形式运出叶片。由于叶片内淀粉含量显著降低，从而为取得理想的实验效果创造了条件。
（2）对遮光——暗处理材料的光照时间应视光强度而定。实验当天的上午，强光照射3~4小时，下午实验效果显著；若上午使用实验材料，则必须在夜间用灯光照射处理材料，光线不强应延长光照时间。
（3）酒精脱色过程一定要采取隔水加热法（水浴）。当叶片在酒精里呈黄白色时，应先熄灭酒精灯。一定要注意安全，事先准备好湿抹布，一旦出现问题不要慌乱。
（4）酒精脱色处理的叶片脆而硬，用热水漂洗的作用主要是使叶片经过水化处理而变软，并为碘与淀粉的反应创造条件。
（5）滴加碘液的同时，注意观察叶片不同部位的颜色变化。
（6）处理好实验课上教师的讲解与学生活动的关系。在让学生明确实验目的，掌握实验方法之后，要给学生足够的时间进行操作，并仔细观察和分析所看到的现象。
“光合作用需要二氧化碳”和“光合作用产生氧气”两个演示实验要力争演示成功，这两个实验效果往往不理想，原因是多方面的，要不断总结可将实验装置进行改进。另外在进行演示之前要简要介绍实验装置和基本原理，这样有利于学生通过现象分析实验结果，从而得出结论。
有关光合作用的一组探索性实验，实际上是对光合作用假设的实验验证，通过实验检验证明有关光合作用的实验假设是成立的，从而形成光合作用的概念。因此，教学时在每完成一个探索性实验之后，都要引导学生通过讨论明确每个实验揭示的问题。当一组探索性实验完成后，应指导学生明确光合作用的原料、条件、产物等问题。
第3课时在上述实验基础之上，对光合作用的概念加以总结，让学生尝试用关系式的形式描述光合作用，并用语言加以描述。这样就得到了光合作用的定义，从而完成了光合作用概念形成的过程。光合作用的意义的教学活动应立足于启发学生运用知识来说明或解决实际问题，在分析和说明问题过程中领悟光合作用在生物界乃至整个自然界中的重要意义。
教学设计方案
重点：光合作用所需原料、条件、产物的实验
光合作用的概念和实质
难点：光合作用一组实验的组织和实施
光合作用的实质
教学过程：
（第一课时）光合作用的发现
引言：上一节我们了解了叶是进行光合作用的主要器官，叶片的结构有着与光合作用相适应的特点。那么，什么是光合作用呢？光合作用是怎样被发现的呢？这还得从柳苗生长之迷说起。
17世纪以前人们认为，植物生长在土壤中，一定是从土壤中获得生长需要的各种物质。一株大树那粗大的树干、茂密的枝叶、丰硕的果实，都是由植物从土壤中吸收的物质变化来的。果真是这样吗？怎样证明这个观点是否正确呢？科学家是通过探究过程寻求有关自然界各种问题的答案的，揭示柳苗生长之迷也是如此。
在课前查资料的基础上，请同学以讲故事的形式讲述海尔蒙特的实验。
17世纪上半叶，比利时科学家海尔蒙特设计了一个简单而又巧妙的实验：他将一棵重2.3kg的柳苗栽种到一个盛有土壤的木桶中，木桶内土壤的重量是90kg。此后，他只用纯净的雨水浇灌柳苗。为了防止灰尘落入，他专门制作了桶盖。5年过去了，柳苗渐渐地长大了。他再次称量柳苗和土壤的重量，结果使海尔蒙特大吃一惊：柳苗重量增加74.5kg,土壤重量仅减少了0.057kg！（配合投影图）同学们，根据海尔蒙特的实验，你能得出什么结论呢？
小组讨论发言，得出结论：柳苗生长所需要的物质，并不是由土壤直接转化的，水才是使植物增重的物质。（板书：海尔蒙特 柳苗生长之迷 说明柳苗的增重来自水）
提问：海尔蒙特的实验结论完全正确吗？从植物生活环境的角度分析植物生长需要的物质来源，还应该考虑什么因素？
讨论发言：可提到阳光、空气。看来，海尔蒙特的实验还是有很大的局限性的。那么，后来的科学家又是怎样做的呢？
1771年英国科学家普利斯特利在研究助燃空气时，做了一个新奇的实验。请几个同学分角色扮演蜡烛、小鼠、绿色植物和太阳，伴随着解说员的讲解表演普利斯特利的三个实验（配合投影图）。
分析讨论实验结果说明了什么问题，得出结论：植物能"净化"空气。（板书：普利斯特利 钟罩内的实验 说明植物能"净化"空气）
提问：当人们重复普利斯特利的实验时，有的获得成功，有的总是失败，甚至发现植物还会更严重地污染空气。为什么学者们会得到不同的实验结果呢？
讨论回答引出下一个实验：阅读材料"1779年荷兰科学家英格豪斯通过实验证明绿色植物只有在光下才能净化空气；他还发现，光照下的绿色植物能够释放气体，这种释放气体的能力在夕阳西下时降低，日落后则完全停止?quot;这说明什么问题？
学生回答：光的重要作用。（板书：英格豪斯 绿色植物只有在光下才能起到"净化"空气的作用 说明光的重要性）
提问：英格豪斯的实验结果说明光合作用的条件是什么？（光）
讲述：那么，在光照下绿色植物究竟释放什么气体？这种气体是否与植物净化空气的作用有关呢？后来，科学家们了解了空气的组成成分，明确了这种气体就是氧气。
阅读材料："1782年瑞士牧师谢尼伯通过实验证明植物在光下放出氧气的同时，还要吸收空气中的二氧化碳。在此基础上，1804年瑞士学者索热尔对光合作用首次进行定量测定，发现在光合作用的过程中，植物的增重量大于二氧化碳吸收量减去氧的释放量。因此他指出绿色植物在光下同时还要消耗水，这也与海尔蒙特的结论相吻合。1864年德国科学家萨克斯做过这样的实验：把绿叶放在暗处数小时，消耗叶片中部分营养物质，然后把叶片的一部分暴露在光下，另一部分遮光。经过一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，结果遮光的部分叶片无颜色变化，而照光的一部分叶片显示深蓝色。科学家们已经证实，只有淀粉遇碘呈现蓝色，淀粉燃烧时能够生成二氧化碳和水，因而它是一种有机物。萨克斯的实验使人们认识到，绿色植物在光下不仅能够释放氧气，而且能够合成淀粉等物质，供给植物生长发育等生命活动所用。1897年，人们首次把绿色植物的上述生理活动称为光合作用。这样，柳苗的生长之迷也终于被揭开了。"
提问：上述研究结果说明光合作用的原料和产物各是什么？
学生讨论后回答（板书：谢尼伯 发现光照时绿色植物吸收二氧化碳，释放氧 说明光合作用的原料是二氧化碳，产物是氧；索热尔 植物增重量大于二氧化碳吸收量减去氧的释放量 说明光合作用的原料还有水；萨克斯 发现光照时叶绿体中的淀粉粒才会增大 说明淀粉是光合作用的产物）
总结：光合作用的原料、条件、产物各是什么？这样一个生产加工的过程是在哪进行的呢？
学生明确：光合作用的原料是二氧化碳和水；条件是阳光；产物是淀粉和氧；场所是叶绿体。
板书设计：
板书设计：
第二节 有机物的制造--光合作用
一、光合作用的发现
海尔蒙特 柳苗生长之迷 说明柳苗的增重来自水 普利斯特利 钟罩内的实验 说明植物能"净化"空气 英格豪斯 绿色植物只有在光下才能起到"净化"空气的作用 说明光的重要性 谢尼伯 发现光照时绿色植物吸收二氧化碳，释放氧 说明光合作用的原料是 二氧化碳，产物是氧； 索热尔 植物增重量大于二氧化碳吸收量减去氧的释放量 说明光合作用的原料还有水；
萨克斯 发现光照时叶绿体中的淀粉粒才会增大 说明淀粉是光合作用的产物
教学设计方案
（第二课时）探索光合作用
引言：通过了解光合作用的发现史，我们对光合作用的原料、条件和产物做出了初步的解释。怎样检验我们对问题的解释是否正确呢？我们来做一组探索性实验。（板书：二、探索光合作用）
萨克斯利用对照实验法和淀粉遇碘变蓝的原理，发现了绿色开花植物的光合作用。那么，你能不能利用所给的材料和用具，设计一个实验来检验绿叶在光下是否能够制造淀粉？
小组讨论：在上节课的基础上，同学们能够设计出将天竺葵放在黑暗处一段时间，为什么？然后用黑纸片遮住叶片的一部分，将其放在阳光下照射。思考叶片部分遮光的目的。
发给每组一片经上述处理后的天竺葵叶片，请参与上述实验过程的同学进行说明。
但是如何检验叶片中是否有淀粉存在，直接用碘液滴在叶片上行不行？还很难回答。
指出：叶绿素可以溶解在酒精中，用隔水加热的方法可以使叶片中的叶绿素溶解在酒精中。
操作：将叶片上的黑纸片取下，把叶片放入盛有酒精的小烧杯中，再把小烧杯放入盛有开水的大烧杯中，将这一套装置放在石棉网上，用酒精灯加热。
讨论：能否将装有酒精的小烧杯直接加热？（不能，酒精容易燃烧）
观察：加热过程中，酒精颜色的变化和叶片颜色的变化。直至叶片变成黄白色。
分析说明：绿叶变成黄白色及酒精变成绿色的原因。
操作：将酒精灯熄灭，用镊子取出叶片用清水漂洗。将漂洗干净的叶片平铺在培养皿中，滴加几滴碘液。放置片刻。（此时将实验台收拾整理）
观察：用清水洗去碘液，观察叶片颜色的变化。
对上述结果进行分析说明，得出结论：经过部分遮光处理的叶片遇碘液后，见光部分呈深蓝色，表明有淀粉产生；遮光部分不变色，表明没有淀粉产生。说明绿叶合成淀粉需要光。由此可见，淀粉是光合作用的产物，光是光合作用的必需条件。
那么，光合作用还有其他产物吗？
演示实验：检验光合作用释放氧气
介绍实验装置，并让同学看到试管中上升的小气泡，解释排水集气法。然后用带火星的卫生香检验试管中的气体，请注意卫生香的燃烧情况。
提问：你看到了什么现象，此现象说明了什么？光合作用产生的助燃气体是什么气体？
总结：光合作用的产物还有氧。
我们蒸馒头要有面粉、水和发酵粉作为原料，那么，光合作用产生淀粉和氧需要什么原料呢？
演示实验：光合作用需要二氧化碳
说明两套实验装置的不同在于一个盛有氢氧化钠溶液，一个盛有清水，而氢氧化钠溶液可以吸收二氧化碳。分别取两枚叶片，进行脱去叶绿素、滴加碘液的处理后，观察实验现象并分析说明原因。
结论：光合作用需要二氧化碳。科学家们进一步研究证明：二氧化碳和水是光合作用的原料。
我们呼出的气体中含有二氧化碳，往水里吹气，能产生淀粉吗？可见，光合作用除了需要光以外，还需要一个重要的条件。
演示实验：验证植物进行光合作用需要叶绿素
用银边天竺葵进行实验，根据现象说明问题，得出结论。
以上实验验证了我们对光合作用的解释是正确的。
教学设计方案
（第三课时）
引言：有人把绿叶进行光合作用，比作工厂的生产活动。你能说出绿叶这个"绿色工厂"中的机器设备、原料、动力和产物各是什么吗？
启发学生回答
提问：你能用一个简单的公式把"绿色工厂"的生产过程表示出来吗？
在同学回答的基础上，总结光合作用的公式： （板书：二、光合作用的公式）
思考：在光合作用的公式中，物质和能量都发生了哪些根本的变化？（板书：三、光合作用的实质）
引导学生回忆种子的成分中有哪两大类物质，在此基础上总结出光合作用过程中发生的物质变化：由简单的无机物（二氧化碳和水）转变成复杂的有机物（淀粉等），并且释放出氧气。
提问：在物质变化的同时，还有什么变化发生呢？
在学生回答的基础上，总结：光能转变成储存在有机物里的能量。
从实质上说，光合作用包含了两个方面的转化：
根据公式及实质用语言表述什么是光合作用。在学生思考回答的基础上，指导学生阅读书上光合作用概念的有关内容，并做出标记。（板书：四、光合作用的概念）
光合作用对绿色植物本身、对人类和自然界有什么意义呢？（板书：五、光合作用的意义）
提问：人和动物也能像绿色植物那样，把从外界摄入到体内的各种无机物在体内转化成有机物吗？那么，我们人和动物体内的各种有机物是哪来的呢？
在同学回答的基础上总结：食物中的各种有机物，都是直接或间接由绿色植物通过光合作用制成的。不仅如此，自然界中的各种有机物，包括我们熟悉的棉、麻、糖、橡胶等，也都是由绿色植物通过光合作用提供的。据科学家估计，整个地球上的绿色植物光合作用一年所制造的有机物，若折算成葡萄糖可达4500亿吨左右。（板书：（一）食物来源）
提问：我们人进行各项生命活动需要的能量是从哪来的呢？食物中的能量又是从哪来的呢？
讨论回答后总结：不仅植物性、动物性食物中贮存的能量来源于绿色植物的光合作用，来源于光能，我们用的柴草、煤、石油、天然气等能源物质，也都是现在或过去的绿色植物通过光合作用所贮存的太阳能。
据估计，地球上绿色植物一年进行光合作用所提供的能量，若折算成电能，可达1700万亿度。现在整个地球上人类一年所消耗的能量仅占绿色植物光合作用所提供能量的10%左右。（板书：（二）能量来源）
提问：人和动物及其他生物在呼吸时，吸进的气体和呼出的气体成分有什么不同？
分析总结：生物呼吸时消耗了很多氧气，产生了很多二氧化碳。自然界中的燃烧同样要消耗很多氧气而产生很多二氧化碳。
据科学家估计，全世界生物的呼吸和燃烧所消耗的氧气，每秒中可达1万吨左右。照这样的速度，大气中的氧气在300年左右就会被用完。但是我们生活中并没有明显感到环境中氧气不足和二氧化碳过多，这是什么原因呢？这还要归功于绿色植物的光合作用。据估计，1公顷阔叶林在生长季节，其光合作用每天能吸收二氧化碳1吨，释放出氧气0.73吨。地球上绿色植物进行光合作用一年所释放出的氧气，可以达到4800亿吨左右。（板书：（三）氧气的来源）
综上所述，光合作用是生物界食物的来源、能量的来源和氧气的来源。绿色植物的光合作用是地球上一切生物的生存、繁荣和发展的基础。
（板书：六、光合作用原理的应用）
在农业生产上，农作物产量的高低与农作物在光合作用中制造有机物的多少有直接关系。在农作物种植技术上，可以采取多种措施增大单位空间的叶总面积，以提高光能利用的效率。合理密植和立体高效种植，可以将植物在空间和时间上进行最优化组合，以达到增产、增收的目的。
板书设计：
二、光合作用的公式
三、光合作用的实质
四、光合作用的概念
五、光合作用的意义
（一）食物来源
（二）能量来源
（三）氧气的来源
六、光合作用原理的应用
探究活动
实验目的：那种颜色的光合作用效率高？
实验材料和用具：
豌豆的种子若干，18个小花盆，七种不同颜色（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫）的玻璃纸，铁丝等
实验步骤：
1、取豌豆种子若干，用清水浸泡，吸足水分，种子种在小花盆中（每个小花盆中的种子数大约3至四粒）；
2、待植株上长有2、3片叶片的时候间苗，使每个小花盆中只留有一株豆苗，它们的叶片数目一致，植株高度和长势基本相同；
3、取14个小花盆罩上7种不同颜色的玻璃纸，每两个花盆罩的玻璃纸的颜色一致；取两个小花盆放在自然光下；剩余两个花盆用不透光的纸盒罩上。（注意：罩子的范围足够植株的生长）
4、18个小花盆全部放在向阳的地方，每天浇水；
5、4至5星期后，去掉罩子，仔细观察，列表比较九种条件下幼苗生长的情况。
不同的处理
豆苗的生长状况
红光
1
2
橙光
1
2
黄光
1
2
绿光
1
2
青光
1
2
蓝光
1
2
紫光
1
2
黑暗
1
2
阳光
1
2
实验结果：
裸露在自然光中的幼苗，生长得最好；其次是蓝色和红色罩下的幼苗；绿色罩下的幼苗生长得最差，几乎和纸盒罩下的幼苗一样，变得又黄又弱，甚至可能已经死掉。
实验分析：
红色玻璃罩只能让红光透进罩里，其它各色光都被玻璃纸吸收了。同样，橙黄绿蓝青紫等各色的罩子也都只允许和它颜色相同的光通过，因此植物只得到相应的一种色光。通过七种不同颜色光下豆苗生长情况的比较，红色和蓝色罩子中的豆苗长的最好，说明红光和蓝光是植物最需要的光；纸盒是不透光的，幼苗得不到光照。而裸露的豆苗能得到七色光照射，因此生长状况好于其它豆苗；纸盒是不透光的，幼苗得不到光照，豆苗生长的差，而绿色植物几乎是不吸收绿光的，绿光都被反射出来，故在绿色罩子的豆苗长势也很差。
实验结论：红光和蓝光是植物最需要的光，它们对植物的光合作用和生长最有利。
相关应用：
1、科学家已经制造出一种含有红紫光较强的灯泡，应用在温室栽培上。
2、我国许多地区已经采用蓝色和红色的塑料薄膜来培育稻秧，普遍获得了培育壮苗和增产的目的。
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