第二节 有机物的制造--光合作用

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