有機物的制造-光合作用

教學目標 

知識目標
1、探究光合作用的原料、產物、條件和場所，闡明光合作用的實質和意義；

2、舉例說明光合作用原理在生產上的應用，解釋有關的實際問題。

能力目標
1、通過查閱有關光合作用的發現過程的資料，培養學生查閱、整理資料的能力；

2、通過光合作用的一組探索性實驗過程，使學生學會觀察和記錄植物生理實驗現象的基本方法，初步明確從現象到本質的科學思維方式。

情感目標
1、通過光合作用一組實驗的操作過程，培養學生實事求是的科學態度和一絲不茍的探究精神；

2、通過光合作用在生產上的應用的教學，使學生意識到生物科學的價值，增強其學習興趣和主動性。

教學建議

教材分析

光合作用是綠色植物的一項非常重要的生理功能。因此，“有機物的制造——光合作用”這一節既是本章的重點，也是全書的重點。在初中生物教學中，光合作用的概念是學生學得的第一個復雜的概念，如何以概念和形成途徑使學生掌握光合作用概念，是本節的教學重點。因此有必要讓學生通過了解光合作用的發現過程來分析、討論光合作用的原料、條件及產物，再以一組光合作用的探索實驗加以檢驗。而光合作用的一組探索性實驗能否成功，則是教學中突出重點和突破難點的關鍵。本節的教學安排為3課時，第1課時講授光合作用的發現過程，第2課時光合作用的探索性實驗，第3課時總結光合作用的概念、實質及意義。

教法建議

光合作用的發現過程，可以事先讓學生以小組為單位進行資料的搜集和整理，帶到課堂上來進行交流，通過概述某科學家的實驗過程或結果，啟發學生通過分析和思考得出相應的結論。光合作用的發現過程教學內容如下：

其教學目標 有三：一是使學生領悟到光合作用的發現是許多科學家智慧的結晶和不懈努力的結果，因此要珍惜學習知識的機會；二是使學生領略科學家們發現問題和解決問題的科學思維方式，接受科學素質的啟蒙教育；三是通過光合作用發現過程分析其原料、條件和產物，為下一步探究實驗做準備。

“綠葉在光下制造淀粉”的實驗，應注意的問題有：

（1）選葉遮光應先暗處理。應選擇生長健壯，便于接受光照的葉片，經過遮光處理后，再放入暗處2~3天。暗處理條件下，葉肉組織不能合成淀粉，細胞內積累的淀粉大部分被呼吸消耗或以蔗糖形式運出葉片。由于葉片內淀粉含量顯著降低，從而為取得理想的實驗效果創造了條件。

（2）對遮光——暗處理材料的光照時間應視光強度而定。實驗當天的上午，強光照射3~4小時，下午實驗效果顯著；若上午使用實驗材料，則必須在夜間用燈光照射處理材料，光線不強應延長光照時間。

（3）酒精脫色過程一定要采取隔水加熱法（水浴）。當葉片在酒精里呈黃白色時，應先熄滅酒精燈。一定要注意安全，事先準備好濕抹布，一旦出現問題不要慌亂。

（4）酒精脫色處理的葉片脆而硬，用熱水漂洗的作用主要是使葉片經過水化處理而變軟，并為碘與淀粉的反應創造條件。

（5）滴加碘液的同時，注意觀察葉片不同部位的顏色變化。

（6）處理好實驗課上教師的講解與學生活動的關系。在讓學生明確實驗目的，掌握實驗方法之后，要給學生足夠的時間進行操作，并仔細觀察和分析所看到的現象。

“光合作用需要二氧化碳”和“光合作用產生氧氣”兩個演示實驗要力爭演示成功，這兩個實驗效果往往不理想，原因是多方面的，要不斷總結可將實驗裝置進行改進。另外在進行演示之前要簡要介紹實驗裝置和基本原理，這樣有利于學生通過現象分析實驗結果，從而得出結論。

有關光合作用的一組探索性實驗，實際上是對光合作用假設的實驗驗證，通過實驗檢驗證明有關光合作用的實驗假設是成立的，從而形成光合作用的概念。因此，教學時在每完成一個探索性實驗之后，都要引導學生通過討論明確每個實驗揭示的問題。當一組探索性實驗完成后，應指導學生明確光合作用的原料、條件、產物等問題。

第3課時在上述實驗基礎之上，對光合作用的概念加以總結，讓學生嘗試用關系式的形式描述光合作用，并用語言加以描述。這樣就得到了光合作用的定義，從而完成了光合作用概念形成的過程。光合作用的意義的教學活動應立足于啟發學生運用知識來說明或解決實際問題，在分析和說明問題過程中領悟光合作用在生物界乃至整個自然界中的重要意義。

教學設計方案

重點：光合作用所需原料、條件、產物的實驗

光合作用的概念和實質

難點：光合作用一組實驗的組織和實施

光合作用的實質

教學過程 ：

（第一課時）光合作用的發現

引言：上一節我們了解了葉是進行光合作用的主要器官，葉片的結構有著與光合作用相適應的特點。那么，什么是光合作用呢？光合作用是怎樣被發現的呢？這還得從柳苗生長之迷說起。

17世紀以前人們認為，植物生長在土壤中，一定是從土壤中獲得生長需要的各種物質。一株大樹那粗大的樹干、茂密的枝葉、豐碩的果實，都是由植物從土壤中吸收的物質變化來的。果真是這樣嗎？怎樣證明這個觀點是否正確呢？科學家是通過探究過程尋求有關自然界各種問題的答案的，揭示柳苗生長之迷也是如此。

在課前查資料的基礎上，請同學以講故事的形式講述海爾蒙特的實驗。

17世紀上半葉，比利時科學家海爾蒙特設計了一個簡單而又巧妙的實驗：他將一棵重2.3kg的柳苗栽種到一個盛有土壤的木桶中，木桶內土壤的重量是90kg。此后，他只用純凈的雨水澆灌柳苗。為了防止灰塵落入，他專門制作了桶蓋。5年過去了，柳苗漸漸地長大了。他再次稱量柳苗和土壤的重量，結果使海爾蒙特大吃一驚：柳苗重量增加74.5kg,土壤重量僅減少了0.057kg！（配合投影圖）同學們，根據海爾蒙特的實驗，你能得出什么結論呢？

小組討論發言，得出結論：柳苗生長所需要的物質，并不是由土壤直接轉化的，水才是使植物增重的物質。（板書：海爾蒙特 柳苗生長之迷 說明柳苗的增重來自水）

提問：海爾蒙特的實驗結論完全正確嗎？從植物生活環境的角度分析植物生長需要的物質來源，還應該考慮什么因素？

討論發言：可提到陽光、空氣。看來，海爾蒙特的實驗還是有很大的局限性的。那么，后來的科學家又是怎樣做的呢？

1771年英國科學家普利斯特利在研究助燃空氣時，做了一個新奇的實驗。請幾個同學分角色扮演蠟燭、小鼠、綠色植物和太陽，伴隨著解說員的講解表演普利斯特利的三個實驗（配合投影圖）。

分析討論實驗結果說明了什么問題，得出結論：植物能"凈化"空氣。（板書：普利斯特利 鐘罩內的實驗 說明植物能"凈化"空氣）

提問：當人們重復普利斯特利的實驗時，有的獲得成功，有的總是失敗，甚至發現植物還會更嚴重地污染空氣。為什么學者們會得到不同的實驗結果呢？

討論回答引出下一個實驗：閱讀材料"1779年荷蘭科學家英格豪斯通過實驗證明綠色植物只有在光下才能凈化空氣；他還發現，光照下的綠色植物能夠釋放氣體，這種釋放氣體的能力在夕陽西下時降低，日落后則完全停止?quot;這說明什么問題？

學生回答：光的重要作用。（板書：英格豪斯 綠色植物只有在光下才能起到"凈化"空氣的作用 說明光的重要性）

提問：英格豪斯的實驗結果說明光合作用的條件是什么？（光）

講述：那么，在光照下綠色植物究竟釋放什么氣體？這種氣體是否與植物凈化空氣的作用有關呢？后來，科學家們了解了空氣的組成成分，明確了這種氣體就是氧氣。

閱讀材料："1782年瑞士牧師謝尼伯通過實驗證明植物在光下放出氧氣的同時，還要吸收空氣中的二氧化碳。在此基礎上，1804年瑞士學者索熱爾對光合作用首次進行定量測定，發現在光合作用的過程中，植物的增重量大于二氧化碳吸收量減去氧的釋放量。因此他指出綠色植物在光下同時還要消耗水，這也與海爾蒙特的結論相吻合。1864年德國科學家薩克斯做過這樣的實驗：把綠葉放在暗處數小時，消耗葉片中部分營養物質，然后把葉片的一部分暴露在光下，另一部分遮光。經過一段時間后，用碘蒸汽處理葉片，結果遮光的部分葉片無顏色變化，而照光的一部分葉片顯示深藍色。科學家們已經證實，只有淀粉遇碘呈現藍色，淀粉燃燒時能夠生成二氧化碳和水，因而它是一種有機物。薩克斯的實驗使人們認識到，綠色植物在光下不僅能夠釋放氧氣，而且能夠合成淀粉等物質，供給植物生長發育等生命活動所用。1897年，人們首次把綠色植物的上述生理活動稱為光合作用。這樣，柳苗的生長之迷也終于被揭開了。"

提問：上述研究結果說明光合作用的原料和產物各是什么？

學生討論后回答（板書：謝尼伯 發現光照時綠色植物吸收二氧化碳，釋放氧 說明光合作用的原料是二氧化碳，產物是氧；索熱爾 植物增重量大于二氧化碳吸收量減去氧的釋放量 說明光合作用的原料還有水；薩克斯 發現光照時葉綠體中的淀粉粒才會增大 說明淀粉是光合作用的產物）

總結：光合作用的原料、條件、產物各是什么？這樣一個生產加工的過程是在哪進行的呢？

學生明確：光合作用的原料是二氧化碳和水；條件是陽光；產物是淀粉和氧；場所是葉綠體。
板書設計 ：

板書設計 ：

教學設計方案

（第二課時）探索光合作用

引言：通過了解光合作用的發現史，我們對光合作用的原料、條件和產物做出了初步的解釋。怎樣檢驗我們對問題的解釋是否正確呢？我們來做一組探索性實驗。（板書：二、探索光合作用）

薩克斯利用對照實驗法和淀粉遇碘變藍的原理，發現了綠色開花植物的光合作用。那么，你能不能利用所給的材料和用具，設計一個實驗來檢驗綠葉在光下是否能夠制造淀粉？

小組討論：在上節課的基礎上，同學們能夠設計出將天竺葵放在黑暗處一段時間，為什么？然后用黑紙片遮住葉片的一部分，將其放在陽光下照射。思考葉片部分遮光的目的。

發給每組一片經上述處理后的天竺葵葉片，請參與上述實驗過程的同學進行說明。

但是如何檢驗葉片中是否有淀粉存在，直接用碘液滴在葉片上行不行？還很難回答。

指出：葉綠素可以溶解在酒精中，用隔水加熱的方法可以使葉片中的葉綠素溶解在酒精中。

操作：將葉片上的黑紙片取下，把葉片放入盛有酒精的小燒杯中，再把小燒杯放入盛有開水的大燒杯中，將這一套裝置放在石棉網上，用酒精燈加熱。

討論：能否將裝有酒精的小燒杯直接加熱？（不能，酒精容易燃燒）

觀察：加熱過程中，酒精顏色的變化和葉片顏色的變化。直至葉片變成黃白色。

分析說明：綠葉變成黃白色及酒精變成綠色的原因。

操作：將酒精燈熄滅，用鑷子取出葉片用清水漂洗。將漂洗干凈的葉片平鋪在培養皿中，滴加幾滴碘液。放置片刻。（此時將實驗臺收拾整理）

觀察：用清水洗去碘液，觀察葉片顏色的變化。

對上述結果進行分析說明，得出結論：經過部分遮光處理的葉片遇碘液后，見光部分呈深藍色，表明有淀粉產生；遮光部分不變色，表明沒有淀粉產生。說明綠葉合成淀粉需要光。由此可見，淀粉是光合作用的產物，光是光合作用的必需條件。

那么，光合作用還有其他產物嗎？

演示實驗：檢驗光合作用釋放氧氣

介紹實驗裝置，并讓同學看到試管中上升的小氣泡，解釋排水集氣法。然后用帶火星的衛生香檢驗試管中的氣體，請注意衛生香的燃燒情況。

提問：你看到了什么現象，此現象說明了什么？光合作用產生的助燃氣體是什么氣體？
總結：光合作用的產物還有氧。

我們蒸饅頭要有面粉、水和發酵粉作為原料，那么，光合作用產生淀粉和氧需要什么原料呢？

演示實驗：光合作用需要二氧化碳

說明兩套實驗裝置的不同在于一個盛有氫氧化鈉溶液，一個盛有清水，而氫氧化鈉溶液可以吸收二氧化碳。分別取兩枚葉片，進行脫去葉綠素、滴加碘液的處理后，觀察實驗現象并分析說明原因。

結論：光合作用需要二氧化碳。科學家們進一步研究證明：二氧化碳和水是光合作用的原料。

我們呼出的氣體中含有二氧化碳，往水里吹氣，能產生淀粉嗎？可見，光合作用除了需要光以外，還需要一個重要的條件。

演示實驗：驗證植物進行光合作用需要葉綠素

用銀邊天竺葵進行實驗，根據現象說明問題，得出結論。

以上實驗驗證了我們對光合作用的解釋是正確的。

教學設計方案

（第三課時）

引言：有人把綠葉進行光合作用，比作工廠的生產活動。你能說出綠葉這個"綠色工廠"中的機器設備、原料、動力和產物各是什么嗎？

啟發學生回答

提問：你能用一個簡單的公式把"綠色工廠"的生產過程表示出來嗎？

在同學回答的基礎上，總結光合作用的公式： （板書：二、光合作用的公式）

思考：在光合作用的公式中，物質和能量都發生了哪些根本的變化？（板書：三、光合作用的實質）

引導學生回憶種子的成分中有哪兩大類物質，在此基礎上總結出光合作用過程中發生的物質變化：由簡單的無機物（二氧化碳和水）轉變成復雜的有機物（淀粉等），并且釋放出氧氣。

提問：在物質變化的同時，還有什么變化發生呢？

在學生回答的基礎上，總結：光能轉變成儲存在有機物里的能量。

從實質上說，光合作用包含了兩個方面的轉化：

根據公式及實質用語言表述什么是光合作用。在學生思考回答的基礎上，指導學生閱讀書上光合作用概念的有關內容，并做出標記。（板書：四、光合作用的概念）

光合作用對綠色植物本身、對人類和自然界有什么意義呢？（板書：五、光合作用的意義）

提問：人和動物也能像綠色植物那樣，把從外界攝入到體內的各種無機物在體內轉化成有機物嗎？那么，我們人和動物體內的各種有機物是哪來的呢？

在同學回答的基礎上總結：食物中的各種有機物，都是直接或間接由綠色植物通過光合作用制成的。不僅如此，自然界中的各種有機物，包括我們熟悉的棉、麻、糖、橡膠等，也都是由綠色植物通過光合作用提供的。據科學家估計，整個地球上的綠色植物光合作用一年所制造的有機物，若折算成葡萄糖可達4500億噸左右。（板書：（一）食物來源）

提問：我們人進行各項生命活動需要的能量是從哪來的呢？食物中的能量又是從哪來的呢？

討論回答后總結：不僅植物性、動物性食物中貯存的能量來源于綠色植物的光合作用，來源于光能，我們用的柴草、煤、石油、天然氣等能源物質，也都是現在或過去的綠色植物通過光合作用所貯存的太陽能。

據估計，地球上綠色植物一年進行光合作用所提供的能量，若折算成電能，可達1700萬億度。現在整個地球上人類一年所消耗的能量僅占綠色植物光合作用所提供能量的10%左右。（板書：（二）能量來源）

提問：人和動物及其他生物在呼吸時，吸進的氣體和呼出的氣體成分有什么不同？
分析總結：生物呼吸時消耗了很多氧氣，產生了很多二氧化碳。自然界中的燃燒同樣要消耗很多氧氣而產生很多二氧化碳。

據科學家估計，全世界生物的呼吸和燃燒所消耗的氧氣，每秒中可達1萬噸左右。照這樣的速度，大氣中的氧氣在300年左右就會被用完。但是我們生活中并沒有明顯感到環境中氧氣不足和二氧化碳過多，這是什么原因呢？這還要歸功于綠色植物的光合作用。據估計，1公頃闊葉林在生長季節，其光合作用每天能吸收二氧化碳1噸，釋放出氧氣0.73噸。地球上綠色植物進行光合作用一年所釋放出的氧氣，可以達到4800億噸左右。（板書：（三）氧氣的來源）

綜上所述，光合作用是生物界食物的來源、能量的來源和氧氣的來源。綠色植物的光合作用是地球上一切生物的生存、繁榮和發展的基礎。

（板書：六、光合作用原理的應用）

在農業生產上，農作物產量的高低與農作物在光合作用中制造有機物的多少有直接關系。在農作物種植技術上，可以采取多種措施增大單位空間的葉總面積，以提高光能利用的效率。合理密植和立體高效種植，可以將植物在空間和時間上進行最優化組合，以達到增產、增收的目的。

板書設計 ：

探究活動

實驗目的：那種顏色的光合作用效率高？

實驗材料和用具：
豌豆的種子若干，18個小花盆，七種不同顏色（紅、橙、黃、綠、青、藍、紫）的玻璃紙，鐵絲等

實驗步驟：

1、取豌豆種子若干，用清水浸泡，吸足水分，種子種在小花盆中（每個小花盆中的種子數大約3至四粒）；

2、待植株上長有2、3片葉片的時候間苗，使每個小花盆中只留有一株豆苗，它們的葉片數目一致，植株高度和長勢基本相同；

3、取14個小花盆罩上7種不同顏色的玻璃紙，每兩個花盆罩的玻璃紙的顏色一致；取兩個小花盆放在自然光下；剩余兩個花盆用不透光的紙盒罩上。（注意：罩子的范圍足夠植株的生長）

4、18個小花盆全部放在向陽的地方，每天澆水；

5、4至5星期后，去掉罩子，仔細觀察，列表比較九種條件下幼苗生長的情況。

實驗結果：
裸露在自然光中的幼苗，生長得最好；其次是藍色和紅色罩下的幼苗；綠色罩下的幼苗生長得最差，幾乎和紙盒罩下的幼苗一樣，變得又黃又弱，甚至可能已經死掉。

實驗分析：
紅色玻璃罩只能讓紅光透進罩里，其它各色光都被玻璃紙吸收了。同樣，橙黃綠藍青紫等各色的罩子也都只允許和它顏色相同的光通過，因此植物只得到相應的一種色光。通過七種不同顏色光下豆苗生長情況的比較，紅色和藍色罩子中的豆苗長的最好，說明紅光和藍光是植物最需要的光；紙盒是不透光的，幼苗得不到光照。而裸露的豆苗能得到七色光照射，因此生長狀況好于其它豆苗；紙盒是不透光的，幼苗得不到光照，豆苗生長的差，而綠色植物幾乎是不吸收綠光的，綠光都被反射出來，故在綠色罩子的豆苗長勢也很差。

實驗結論：紅光和藍光是植物最需要的光，它們對植物的光合作用和生長最有利。

相關應用：

1、科學家已經制造出一種含有紅紫光較強的燈泡，應用在溫室栽培上。

2、我國許多地區已經采用藍色和紅色的塑料薄膜來培育稻秧，普遍獲得了培育壯苗和增產的目的。