公开课讲稿

居里夫人说过：“掌握光合作用的过程，对人类来说，比得到核能还重要??”然而光合作用已发现2000多年了，至今，关于光合作用更具体、更详尽的过程，对我们人类来说，仍然是个未解之谜。如果我们能解开这个谜，我们就可以在工厂中模拟绿色植物光合作用的过程，人工制造出大量的粮食，解决人类粮食问题；我们甚至还可以直接转化太阳能，改善能源问题。这又将给人类带来一次极为令人兴奋的伟大的革命。

伴随着着美妙的音乐，同学们走到了这里，欢迎来到生物课堂，我们今天所要学习的知识是和这幅图上的绿色植物息息相关的。春天，春风吹绿了大地、山林、田野、草原。绿色，是生命的象征，绿色，成了大自然的基调。然而，当你凝视这一片绿色世界的时候，可曾想到植物体内正进行着一项重要的生命活动,那又是什么呢?那就是光合作用！如果没有光合作用，地球将是一片死寂；

光合作用对我们人类有着非常重要的作用，但同时它又是一个不容易被人察觉的过程，你能看出咱们校园里的花草树木正在进行光合作用吗？如果你说能，你能拿出很有说服力的证据吗？是否觉得有些难度呢？那么它是如何被科学家发现的呢？这节课就让我们一起来看看科学家们是怎么让世人相信在植物体内确实进行着光合作用的。 俗话说“民以食为天”，动物需要以食物来维持生命，一粒种子萌发形成幼苗，再长成参天大树，整个过程中不断有物质的积累，其质

量也增加了几十到几百倍，那它的食物是什么呢？这些养料又是从那里来的呢？

早在两千多年前,古希腊著名哲学家亚里土多德就说过这样一句话： “植物的根是一张嘴，植物生活和生长所需的一切物质，都是通过根从土壤中吸收了土壤汁得到的。”在以后的2000年间，人们都接受了这样的观点。所以，古时候的人们都一直以为小小的种子之所以能够长成参天的大树，它那粗壮的树干和繁茂的枝叶完全是由“土壤汁”的变化而来的。

你同意他的观点吗？生答：“不同意。”师：”看来同学们还是敢于对权威提出挑战的。这一点很好，希望同学们在今后的学习过程中不要迷信权威。“

师：你为什么不信服他的观点呢？

师：我们知道，生物学是一门实验性科学，任何结论的得出都需要实验作为依据，所以说，亚里土多德这一观点的最大不足之处就在于没有通过实验去检验自己的理论。因此，这个未经过实践检验的观点，也只能算一个经验推测而已。 板书： 1.亚里士多德的经验推测

师：可在当时，人们却深受古希腊著名哲学家亚里土多德的影响，认为植物体是由“土壤汁”构成的。这一观点竟统治了西方近两千多年。 直到300年前，比利时的一个医生海尔蒙对此产生了怀疑，并坚持了长达五年的实验，让我们把时光退回到十七世纪,看看这位第一个敢

吃“螃蟹”的科学家是怎么做的？植物真的只需要水就能长大吗？你认为赫尔

蒙特忽视了哪个重要因素？

1629年比利时医生海尔蒙特设计了一个巧妙的实验：他把一棵重2.3kg的柳树苗种植在一桶事先称好重量的土壤中，桶内土壤的干重是90.8kg。桶上加盖，然后只用纯净的雨水浇灌而不供给任何其他物质。5年后，他发现这棵柳树的重量竟是刚栽种时的33.4倍，重达76.88kg。如果按照亚里土多德的观点推算，桶内土壤重量必定会大大的减少。结果到底是不是这样呢？这时，海尔蒙特把桶内的土壤烘干后，测得重量竟还有90.744kg。土壤的重量只减少了0.056kg。因此，他认为构成植物体的物质来自水，而对于桶内土壤减少的现象，他将之归为实验误差。 提问：

◇ 海尔蒙特设计的实验是要研究什么问题的？ 生：是要探索植物是否完全由土壤汁构成。 ◇ 你认为这个实验可以得到什么结论？ 生：水是光合作用的原料。

◇ 实验前和实验后称量时，为什么要对桶内的土壤进行烘干处理？ 生： 排除土壤中原有的水分对实验的干扰，保证实验数据的准确性。 ◇ 为什么要在桶上加盖呢？

生： 排除周围空气中的物质对土壤数据的影响，保证实验结论的准确。

◇ 海尔蒙特的实验忽视了哪些重要因素？使得他的结论现在来看并

不完全正确？

生： 没有注意到空气对植物生长的影响。 教师总结：

设计实验时应注意的问题：控制实验条件，排除干扰因素。 请同学们以小组为单位, 分析,讨论此实验的基本方法是什么？ 生:测量,比较,对比,控制变量法,单因子实验设计。

在这个实验中我们能获得什么呢？一方面是运用了单因子变量法，也就是在物理学上讲的：控制变量法。桶上加盖，只允许气体和水进入并且减少了其他物质的进入，使研究对象只限在水和空气。总结得出实验设计的一般性原则——对照原则，排除干扰因素，控制实验条件等。

师：由于受到时代的局限，海尔蒙特没有说明植物成分如何从水中合成；同时也未发现植物在生长过程中会吸收和放出某些气体；再者对于桶内土壤减少的现象，他将之简单地归为实验误差，而没有进一步研究土壤中无机盐进入植物体的情况。因此，成功的机遇与他擦肩而过。不过，无论怎样，天资聪慧的海尔蒙特将数学的概念引入了生物学领域，揭开了光合作用研究的序幕。是谁最先用实验的方法证明植物的生长与空气有关的呢？请看投影。

1771年普里斯特利在所做的实验：在光线充足的地方，将一支点燃的蜡烛和一支小白鼠分别放到一个密闭的玻璃罩里，看到蜡烛不久熄灭了，小白鼠也很快死去。将蜡烛与绿色植物绿色植物一起放在这个玻璃罩内，小白鼠也不容易窒息而死。

提问：

◇ 通过实验，我们能够得出什么结论？

◇ 氧气，我们用肉眼无法观察到，本实验设计的妙处何在？ ◇ 有无植物的的两个小鼠装置的设计，有什么作用？ 学生在观察整个实验的过程后分析思考，教师提问。 ◇ 氧气是光合作用的产物。

◇ 用小鼠的生与死、蜡烛的熄灭或燃烧来转化为可见现象，有利于观察。

◇ 互为对照组，使实验具有较强的说服力。

请同学们以小组为单位, 分析,讨论此实验的基本方法是什么？生:对比,控制变量法,单因子实验设计。过渡：随后有人重复普利斯特利的实验，但却得出与他相反的结论，认为植物不仅不能把空气变好，反而会把空气变坏（这是由于植物同样有呼吸作用的缘故）。这种截然不同的结论引起人们的极大关注，导致了1779年荷兰的简·英格豪斯进行一系列实验。

师：荷兰科学家英格—豪斯进一步实验：虽然植物和蜡烛放在一起，如果在黑暗条件下，蜡烛还是会熄灭，只有在光照下，蜡烛才不会熄灭。请同学们以小组为单位, 分析,讨论此实验的基本方法是什么？ 提问：

◇ 光照组和黑暗处理组相比较，唯一的不同条件是什么？设置两种条件，有什么作用？ ◇ 实验可以得到什么结论？

分析讨论

◇ 见光与无光，互为对照组，检验了单一变量对实验的影响。 ◇ 光是光合作用的条件。

这个实验表明，只有在阳光的照射下，绿色植物才能净化空气。 过渡：虽然当时人们对光合作用与气体间的关系有较深刻的认识，但是，对植物在光合作用中吸收的二氧化碳和释放的氧气之间的数量关系仍然不清楚。

1804年，瑞士学者德·索苏尔研究了植物光合作用过程中吸收的二氧化碳与放出的氧之间的数量关系，结果发现植物制造的有机物和释放出的氧的总量，远远超过它们所吸收的二氧化碳的量。请同学们以小组为单位, 分析,讨论此实验的基本方法是什么？

由于实验中只使用了植物、空气和水，别无他物，因此，他断定植物在进行光合作用合成有机物时不仅需要二氧化碳，水也必然是光合作用的原料。此结论不仅证实了海尔蒙特关于柳树生长过程中合成植物体的物质主要来自水的推论，而且把人们对光合作用本质的认识提高到一个崭新的阶段。索苏尔的工作方法和结果都是正确的，可惜当时没有被人接受。他提出，CO2和H2O是植物体有机物质的来源。那么，光合作用合成的有机物质到底是什么呢？

1864年，德国科学家萨克斯（J.von Sachs 1832-1897）做了这样一个试验：把绿色植物放在暗处几个小时（目的是什么？让叶片中的营养物质消耗掉，避免干扰试验—单因子变量法）然后把这个叶片一半

曝光，另一半遮光。过一段时间用碘蒸汽处理叶片（具体过程是这样的：叶子绿色是因为叶绿体中有色素，色素主要是以叶绿素为主，也绿色占色素的75%，那么色素可以溶解在有机溶剂中，所以在做这个时候，要进行一步酒精脱色，也就是在盛水的大烧杯中放入一个小烧杯，小烧杯中放入酒精和叶片，然后加热，使得叶绿素溶在有机溶剂中，煮后的叶片呈五色。）。这样发现这光的那一半叶片没有颜色变化，曝光的那一半叶子呈蓝色（碘遇到淀粉变蓝色，是一种很常见的检验淀粉的方法）。请同学们以小组为单位, 分析,讨论此实验的基本方法是什么？

萨克斯的实验中：a 为什麽对天竺葵进行暗处理？ b 为什磨一半曝光，一半遮光？ c 实验结果说明了什么？ 提问：

◇ 黑夜中消耗有机物这一步是否可以省略？为什么？ ◇ 本实验是否存在对照组？如果有，请指出单一变量。 ◇ 为什么一定要用酒精将叶子中的叶绿素提取出来？ ◇ 实验可以得出的结论是什么？ 学生分析总结

◇ 不可以，这一步是用来排除叶中固有的淀粉的。 ◇ 有，叶片中见光部分为对照组，是自身对照。 ◇ 去除叶绿素对实验颜色现象的干扰。 ◇ 淀粉是光合作用的产物之一。

实验结论：这说明光合作用可以产生淀粉，并且光合作用的条件是有

光。（后来经过研究发现，除了淀粉，光合作用的产物还有一些脂肪和氨基酸等等有机物），在写方程式的时候，我们就用CH2O,表示碳水化合物，也就是用它来表示光合作用的产物是以糖类为主的有机物。细细品味Sachs所设计的实验，你会发现第一步——黑暗环境的放置是最为关键的一个步骤，是使实验成功的基础。而整个实验在对照和变量控制的设计上也是极为巧妙的。

1880年，美国科学家恩格尔曼（G.Engelmann，1809—1884）用水绵（他的叶绿体形状很特殊，呈带状）进行了光合作用的实验：把载有水绵和好氧细菌（依赖氧气生存，在本试验中，利用的就是好氧细菌对氧气的应激性处理）临时装片放在没有空气的黑暗环境里（排除干扰），然后用极细（准确检验）的光束照射水绵，通过显微镜观察发现，好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围。请同学们以小组为单位, 分析,讨论此实验的基本方法是什么？ 恩吉尔曼的实验设计有什么巧妙之处？ 1，恩吉尔曼实验为什麽选择水绵和好氧菌？2，为什麽选择黑暗没有空气的环境？3，为什麽用极细的光束照射水绵？4，而后又让水绵完全暴露在光下？

生：①一是选用水绵作为实验材料。水绵不仅具备细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。②二是将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常地进行。③三是选用极细的光束照

射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。④四是进行黑暗(局部光照)和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。

1864年，德国科学家萨克斯（J.von Sachs 1832-1897）做了这样一个试验：把绿色植物放在暗处几个小时（目的是什么？让叶片中的营养物质消耗掉，避免干扰试验—单因子变量法）然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光。过一段时间用碘蒸汽处理叶片（具体过程是这样的：叶子绿色是因为叶绿体中有色素，色素主要是以叶绿素为主，也绿色占色素的75%，那么色素可以溶解在有机溶剂中，所以在做这个时候，要进行一步酒精脱色，也就是在盛水的大烧杯中放入一个小烧杯，小烧杯中放入酒精和叶片，然后加热，使得叶绿素溶在有机溶剂中，煮后的叶片呈五色。）。这样发现这光的那一半叶片没有颜色变化，曝光的那一半叶子呈蓝色（碘遇到淀粉变蓝色，是一种很常见的检验淀粉的方法）。请同学们以小组为单位, 分析,讨论此实验的基本方法是什么？

萨克斯的实验中：a 为什麽对天竺葵进行暗处理？ b 为什磨一半曝光，一半遮光？ c 实验结果说明了什么？ 提问：

◇ 黑夜中消耗有机物这一步是否可以省略？为什么？ ◇ 本实验是否存在对照组？如果有，请指出单一变量。 ◇ 为什么一定要用酒精将叶子中的叶绿素提取出来？

◇ 实验可以得出的结论是什么？ 学生分析总结

◇ 不可以，这一步是用来排除叶中固有的淀粉的。 ◇ 有，叶片中见光部分为对照组，是自身对照。 ◇ 去除叶绿素对实验颜色现象的干扰。 ◇ 淀粉是光合作用的产物之一。

实验结论：这说明光合作用可以产生淀粉，并且光合作用的条件是有光。（后来经过研究发现，除了淀粉，光合作用的产物还有一些脂肪和氨基酸等等有机物），在写方程式的时候，我们就用CH2O,表示碳水化合物，也就是用它来表示光合作用的产物是以糖类为主的有机物。细细品味Sachs所设计的实验，你会发现第一步——黑暗环境的放置是最为关键的一个步骤，是使实验成功的基础。而整个实验在对照和变量控制的设计上也是极为巧妙的。 提问：

◇ 实验说明了什么？ 学生观察并思考

◇ 光合作用释放的氧气完全来自水。

这一实验采用了同位素示踪的方法来追踪光合作用中O2的来源。它将物理学研究上的重大发现巧妙地运用于生物学问题的研究，取得了巨大的成功。

其后，同位素示踪的方法被广泛地运用到光合作用机制研究过程中，并取得了举世瞩目的成绩。

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