教學目標
一、知識方面
1、使學生了解光合作用的發(fā)現(xiàn)過程。
2、使學生了解葉綠體中色素的種類、顏色及其吸收的光譜;初步學習光合色素的提取方法及其在濾紙上的分布。
3、掌握光合作用的概念、實質、總反應式、光反應、暗反應的具體過程、光反應與暗反應的區(qū)別與聯(lián)系及光合作用的意義。
4、應用所學的光合作用的知識,了解植物栽培與合理利用光能的關系。
二、能力方面
1、通過葉綠體色素的提取與分離實驗,初步訓練學生的實驗室操作技能及相關儀器、藥品的使用能力。
2、通過探討光合作用的氧來源,初步訓練學生的實驗設計能力。
3、通過分析、討論光合作用的光反應和暗反應具體過程,培養(yǎng)學生良好的思維品質。
三、情感、態(tài)度、價值觀方面
1、通過學生對綠色植物的光合作用意義的理解,增強學生保護生態(tài)環(huán)境的意識。
2、通過學生討論“如何利用光合作用的原理提高作物產量”這一問題,加強對科學、技術、社會(STS)的關注。
教學建議
教材分析
因為光合作用在綠色植物的新陳代謝以及整個生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動中,具有十分重要的意義,所以本節(jié)是本章的重點內容之一。教材這一節(jié)主要講述了光合作用的發(fā)現(xiàn)過程、葉綠體和其中的色素(并且安排了葉綠體中色素的提取和分離的學生實驗)、光合作用的過程、光合作用的重要意義以及植物栽培與光能的合理利用。義務教育初中生物教材已經講述了光合作用的基礎知識,安排了綠葉在光下制造淀粉的實驗。本節(jié)在此基礎上,更加深入地從產物和場所等方面講述了光合作用發(fā)現(xiàn)過程中的幾個著名的實驗;講述葉綠體和其中的色素、讓學生學會提取和分離葉綠體色素。
一、教材首先向學生展示了人類研究光合作用這種地球上重要的生理過程的艱苦歷程,同時介紹了在研究光合作用過程中的幾個著名實驗,如:1771年,英國科學家普利斯特利證明植物可以更新空氣實驗;1864年,德國科學家薩克斯證明了綠色葉片在光合作用中產生淀粉的實驗;1880年,德國科學家恩吉爾曼證明葉綠體是進行光合作用的場所,并從葉綠體放氧的實驗;20世紀30年代美國科學家魯賓和卡門采用同位素標記法研究證明光合作用釋放的氧氣全部來自水的實驗。介紹這些實驗的目的是使學生懂得實驗是探究生物科學的基本方法,從而培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度、不斷探求新知識的創(chuàng)新精神。
二、葉綠體中的色素是本節(jié)的重點,實驗是本節(jié)的難點。
學生必須在搞清楚葉綠體中色素的種類及其吸收光譜,基粒片層結構的垛疊形式、色素在片層上的分布、基粒和基質的關系基礎上,才有可能深刻理解光合作用的光反應和暗反應及其相互關系。
教材在介紹葉綠體中的色素時,設計了一個學生實驗,即《葉綠體中色素的提取和分離》,使學生易于對葉綠體色素有一個感性認識。本實驗可以在講授完葉綠體色素后作為驗證實驗處理,也可用于葉綠體色素的探究實驗;另外教材中葉綠體中各色素的吸收光譜也可作為課上學生討論葉綠體色素生理作用的探究課題處理。
三、教材中光合作用的過程是本節(jié)的重點內容,也是本節(jié)的難點。
1、其中光合作用的總反應式,即概括出了光合作用的場所、條件、原料、產物及氧氣的來源,但是,該反應式不足以表示光合作用的具體過程。因此,教材以圖解的形式簡明扼要地介紹了光合作用的兩個重要過程,即光反應和暗反應。
2、光反應階段
教材中光反應階段可概括為光反應場所和光反應過程兩個方面。
(1)光反應場所:葉綠體基粒片層結構的薄膜(類囊體)上進行。
(2)光反應過程:光反應的本質是由可見光引起的光化學反應,可分為兩方面內容:
�、偎墓饨夥磻�:通過光合色素對光能的吸收、傳遞,在其中部分光能作用下把水分解為氫和氧,氧原子結合形成氧氣釋放出去,氫與NADP結合形成NADPH,用[H]表示,叫做還原性氫,作為還原劑參與暗反應。
�、贏TP的合成反應:另一部分光能由光合色素吸收、傳遞的光能轉移給ADP,結合一個磷酸形成ATP,也就將光能轉變成活躍的化學能儲存在高能磷酸鍵上。
3、暗反應階段
教材中暗反應階段也可概括為暗反應場所和暗合應過程兩個方面。
(1)暗反應場所:葉綠體基質中進行。
(2)暗反應過程:暗反應實際上是一個由多種酶的催化才能完成的酶促反應,光對暗反應沒有影響。主要包括三個步驟:
①二氧化碳的固定:一個二氧化碳分子與一個五碳化合物分子結合形成兩個三碳化合物分子,這個反應的作用在于使反應活性不高的二氧化碳分子活化。
②三碳化合物的還原:在有關酶的催化下,一些三碳化合物接受光反應產生的ATP分解時釋放的能量并被光反應產生的[H]還原,經一系列復雜的變化,形成糖類,一部分氨基酸和脂肪也是由光合作用直接產生的。
�、畚逄蓟衔锏脑偕�:另一些三碳化合物則經復雜的變化,又重新生成五碳化合物,從而使暗反應階段的化學反應不斷地進行下去。
4、教材中光合作用的意義可從以下幾個方面歸納:光合作用是生物界有機物的來源;光合作用是生物生命活動所需要能量的來源;光合作用可調節(jié)大氣中氧氣和二氧化碳的含量;光合作用在生物的進化具有重要作用,即:使無氧呼吸進化為有氧呼吸成為可能,同時為水生生物進化到陸生生物創(chuàng)造了條件。
教材在后總結道:“光合作用是生物界基本的能量和物質代謝”,充分概括光合作用在生態(tài)系統(tǒng)中的地位。
5、植物栽培與光能的合理利用是教材的選學內容,其目的是使學生意識到科學、技術、社會(STS)的理念,這部分內容易于調動起學生的討論熱情。
教法建議
1、引言
因為與光合作用相關的問題涉及面非常廣泛,尤其是一些廣為人們關注的話題,所以本節(jié)可引入的話題很多,如可從全世界面臨的一些生態(tài)危機,如糧食、化石能源、環(huán)境污染等,或從花卉、農作物、果蔬的栽培方法或增產的措施;或從一些自然災害,蝗災、沙塵暴等入手;或動物、植物的同化作用區(qū)別等等方面切入光合作用的。這樣的引入方式,可有意識地培養(yǎng)學生的社會責任感,也可較好地體現(xiàn)科學、技術、社會的教育的精神。
2、光合作用的發(fā)現(xiàn)
這部分的教學要特別重視,這不僅僅是進行科學史的教育,學生可從科學家二百多年的研究歷程體會到科學發(fā)現(xiàn)的艱難;同時還能感受到科學研究方法的重要;實驗設計的巧妙,如1880年德國科學家恩吉爾曼證明葉綠體是進行光合作用的場所,并從葉綠體放氧的實驗;以及新技術、新理論的發(fā)現(xiàn)和綜合應用在科學發(fā)現(xiàn)中的重要作用,再體驗科學、技術、社會的理念。例如,沒有核科學的進展,就不會有放射性同位素示技術,也就不會有美國科學家魯賓和卡門采用同位素標記法研究證明光合作用釋放的氧氣全部來自水的實驗。
3、引導學生討論葉綠體中的光合色素及其生理功能時,《實驗八葉綠體中色素的提取和分離》可以在講授完光合色素后作為驗證實驗處理,也可用于光合色素的探究實驗,這樣做不但可使學生學會有關方法,激發(fā)學生學習生物學的興趣,還可加深對這部分知識的認識,同時訓練其實驗探究能力;在引導學生討論葉綠體中各色素的吸收光譜時,教材上的光合色素吸收光譜曲線可作為課本探究的素材,以訓練學生分析曲線的能力。
4、光合作用過程的的教學是本節(jié)的核心內容。教學時可從光合作用的總反應式入手,或從與初中階段的光合作用總反應式的比較入手,可采用老師講授,或學生討論,或學生根據總反應式提出光合作用氧來源假設,即水中的氧是來源于水還是二氧化碳,還是共同來源于二者,條件好的班還可讓學生想辦法證明這些假設,以訓練學生的實驗設計能力。通過總反應式的分析,應使學生明確光合作用氧來源這一關鍵問題。
在學生理解了光合作用總反應式的基礎上,使學生明確另一個重要觀點,即光合作用是非常復雜的多步反應,總反應式不能表示光合作用具體的進行歷程,這樣很自然地就引入了光合作用的光反應和暗反應的過程的學習。
光合作用光反應與暗反應教學時,因為都是較為枯燥的化學反應過程,且又無法在實驗中讓學生看到這些變化,可采取圖解、表解或多媒體動畫的方式展示給學生,這樣學生一是樂于接受,二是學生能“親眼看到”物質的微觀化學變化,也降低了理解這部分知識內容的難度。還應引導學生討論光合作用的光反應與暗反應之間的區(qū)別和聯(lián)系,尤其是二者的聯(lián)系應多加注意。
時間允許的話,還可引導學生討論影響光合作用的因素,進而討論“如何提高光合效率的途徑”,“采取哪些措施提高農業(yè)產量?”等問題,使學生體會到學習生物學理論的實際價值,強化學生學以致用、理論聯(lián)系的理念。
5、進行光合作用的意義的教學時,可以在課前自己收集或讓學生收集諸如當今世界面臨的糧食、化石能源、環(huán)境污染、生物多樣性受到破壞等資料,課上選擇幾個典型的事例,圍繞光合作用的生態(tài)意義這個中心,引發(fā)學生的思考和討論,使學生切實體會到“光合作用是生物界基本的能量和物質代謝”。
6、植物栽培與光能的合理利用的教學,可以綜合性討論題的形式,比如:學生能利用光合作用原理,提出在農業(yè)生產中提高作物產量的具體措施嗎?這樣的問題容量使學生有更大的想象和思維的空間,也易于在高中學生中展開討論。
教學設計方案
【課題】第三節(jié)光合作用
【教學重點】光合作用的發(fā)現(xiàn)過程;葉綠體中色素的種類;顏色及其吸收的光譜;光合色素的提取方法及其在濾紙上的分布;光合作用的概念、實質、總反應式、光反應、暗反應的具體過程;光反應與暗反應的區(qū)別與聯(lián)系及光合作用的意義;植物栽培與合理利用光能的關系。
【教學難點】光合色素的提取方法及其在濾紙上的分布;光反應與暗反應的區(qū)別與聯(lián)系及光合作用的意義
【課時安排】2課時
【教學手段】板圖、掛圖、多媒體課件、實驗
【教學過程】
第一課時
1、引言
本節(jié)可引入的話題很多,如:
�、倏蓮娜澜缑媾R的一些生態(tài)危機,如糧食、化石能源、環(huán)境污染等入手;
②或從花卉、農作物、果蔬的栽培方法或增產的措施入手;
�、刍驈囊恍┳匀粸暮�,蝗災、沙塵暴等入手;
④或動物、植物的同化作用區(qū)別等等方面切入光合作用;
�、葸�可通過教材提供的光合作用的發(fā)現(xiàn)所列舉的幾個著名實驗為切入點進入光合作用的學習,其中較易作為切入點的實驗有:德國科學家薩克斯成功地證明了綠色葉片在光合作用中產生淀粉的實驗(學生在初中就做過);德國科學家恩吉爾曼證明葉綠體是進行光合作用場所,且氧由葉綠體釋放出來的實驗;20世紀30年代美國科學家魯賓和卡門采用同位素標記法研究證明光合作用釋放的氧氣全部來自水的實驗。
教師應特別重視光合作用發(fā)現(xiàn)這部分內容的教學,因為通過分析科學家對光合作用的研究歷程,學生可以不僅了解到放射性元素示蹤技術在生物學研究中的重要作用,從中也可以深切體會到技術的發(fā)現(xiàn)和應用,特別是物理、化學技術的使用對生物學起到的推動作用,因此有人說“技術是人類延長了的手臂”。
2、葉綠體及其光合色素
用板圖或掛圖顯示出葉綠體結構模式圖,提問復習葉綠體的亞顯微結構,教師應適時指出,光合作用所以能在葉綠體中進行一是由于其中含有催化光合作用的酶系,這些酶分布在葉綠體的基質中和片層的薄膜上;二是在基粒片層的薄膜上,有吸收轉化光能的色素,這樣就引出了葉綠體上的光合色素這一教學內容。
(1)學生做《實驗八葉綠體中色素的提取和分離》
可作為探究實驗,也可作為驗證實驗,但實驗過程都應讓學生自己看書總結,之后引導學生討論下面的問題:
�、佟跋胍龊谩度~綠體中色素的提取和分離》實驗,學生應注意哪些問題?
這個實驗是高中生物學實驗難度較大的一個,涉及的藥品多,實驗原理復雜,實驗操作也較煩瑣,而且實驗現(xiàn)象也不是很明顯。如何才能順利地完成這個實驗呢?下面就這個實驗要注意的問題做一些說明。
提取光合色素過程中,關鍵是速度。提取光合色素過程中,因為光合色素都是脂溶性的,因此用丙酮這種有機溶劑作為提取液,因為丙酮易揮發(fā)且有一定毒性,因此提取過程要速度要快,同時提取液要用膠塞塞好,以防止其揮發(fā);利用二氧化硅硬度極大的特點,其粉末可增加研磨時磨擦力,加快研磨的速度;又因為葉綠素容易破壞,因此需要保護,而碳酸鈣的作用是防止葉綠素被破壞;把綠葉剪碎的目的也是為了加快研磨速度。
教學目標
知識方面
1、使學生理解新陳代謝的概念及其本質
2、使學生了解酶的發(fā)現(xiàn)過程;初步理解酶的概念、酶的特性、影響酶活性的因素
3、使學生理解酶在生物新陳代謝中的作用
能力方面
在引導學生分析生物新陳代謝概念,探究酶的特性,探究影響酶活性因素的過程中,初步訓練學生的邏輯思維能力,分析實驗現(xiàn)象能力及設計實驗的能力,。
情感、態(tài)度、價值觀方面
通過讓學生了解酶的發(fā)現(xiàn)過程,使學生體會實驗在生物學研究中的作用地位;通過討論酶在生產、生活中的應用,使學生認識到生物科學技術與社會生產、生活的關系;體會科學、技術、社會之間相互促進的關系,進而體會研究生命科學價值的教育。
教學建議
教材分析
1、酶的發(fā)現(xiàn)
教材簡單介紹酶的發(fā)現(xiàn)歷史,從1783年意大利科學家斯巴蘭讓尼設計的巧妙實驗到20世紀80年代科學家發(fā)現(xiàn)少數(shù)的酶是RNA,使學生對酶的研究歷史中的一些重大發(fā)現(xiàn)有了一個大致了解。
2、酶的特性
酶的特性主要是通過安排了有關的學生實驗,讓學生通過實驗,發(fā)現(xiàn)酶的三個特性,這樣的編排方式符合學生由感性到理性的認知規(guī)律,有利于引導學生主動參與教學過程,并且有利于培養(yǎng)學生的多種能力。酶的高效性特點,是通過比較《實驗五、肝臟內的過氧化氫酶比無機催化劑的催化效率》切入;酶的專一性的特點,是通過比較《實驗六、探索淀粉酶對淀粉和蔗糖水解的作用》切入;
3、影響酶活性的因素
本節(jié)教材主要講述酶的催化作用需要適宜的條件,通過《實驗七、探索影響淀粉酶活性的條件(選做)》切入。
本節(jié)內容的后,安排了課外讀“造福人類的酶工程”,以開闊學生的視野,同時又有助于加強學生對本節(jié)基礎知識的理解,使學生體會科學、技術在改變人類生活質量中的作用。
教法建議
1、使學生在理解細胞水平上的新陳代謝概念及其本質是本節(jié)的重點與難點
新陳代謝是活細胞中全部有序的化學變化的總稱,這是在細胞水平上對新陳代謝的描述。其實學生已不是第接觸新陳代謝的概念,在初中生物課和高中生物課緒論中,學習已接觸到諸如同化作用、異化作用及其關系等與新陳代謝有關的知識,但那是在生物個體水平對新陳代謝下的定義。本章的新陳代謝內容是對以往知識的深化和展開,教學教師要有意識地從細胞和分子水平引導學生分析出生物體是如何自我更新的,合成與分解是如何進行的,及其二者的關系,從而使學生更深刻地理解什么是生命。
例如,為使學生理解"新陳代謝是活細胞中全部化學反應的總稱"這句話,教師可結合前一章細胞的物質基礎與結構基礎的相關知識,引導學生分析活細胞中發(fā)生的各種化學反應,如發(fā)生在線粒體內的糖的氧化放能的化學過程;發(fā)生在葉綠體中的水和二氧化碳合成為有機物的化學過程;發(fā)生在核糖體上的氨基酸縮合成多肽鏈的化學過程等,使學生對"新陳代謝是活細胞中全部化學反應的總稱"這句話有一個感性認識。
2、使學生理解酶的概念是本節(jié)的重點。在本節(jié)教學中如何組織學生完成酶具有專一性的實驗并實施有效的討論是本節(jié)的難點。
生命體隨時隨刻發(fā)生著數(shù)量巨大的生物化學反應,同時又是一個穩(wěn)定的,開放的系統(tǒng)。細胞中發(fā)生的各種化學反應不可能在高溫、高壓、強酸、強堿等條件下進行,而必須在常溫、常壓、水溶液環(huán)境下能快速、有序地進行的,這就要盡可能地降低化學反應能閾,這是新陳代謝為什么離不開生物催化劑,即酶的原因。
酶的概念和酶的發(fā)現(xiàn)可結合一起在讓學生討論,這樣可讓學生充分體會生產實踐和科學實驗對科學發(fā)展的促進作用。酶的特性這部分內容,可先組織學生依次完成實驗,然后再由學生來討論和總結。
在引導學生分析酶的特性時,引導學生與蛋白質的多樣性聯(lián)系起來,可使學生易于理解酶的催化作用的專一注必定意味著酶的多樣性,而且蛋白質分子空間結構的多樣性和酶的專一性催化關系密切。
3、使學生理解酶具有高效性、專一性和需要適宜條件是本節(jié)的重點,如何組織學生完成影響酶活性因素的選做實驗并分析、討論實驗是本節(jié)教學的難點。
在組織學生操作、分析、討論《實驗七、探索影響淀粉酶活性的條件(選做)》基礎上,引導學生分析兩個坐標曲線圖,讓學生概括酶的催化作用需要適宜的溫度和pH。
教學設計示例
【課題】第一節(jié)新陳代謝與酶
【教學重點】新陳代謝的概念及其本質的概念、酶的特性、影響酶活性的因素、酶在生物新陳代謝中的作用
【教學難點】新陳代謝的概念及其本質的概念、酶在生物新陳代謝中的作用
【課時安排】1課時
【教學手段】板圖、多媒體課件、實驗
【教學過程】
1、引入新陳代謝的概念及本質
(1)學生在初中生物學課本、高中緒論課的學習或通過各種媒體的介紹,對新陳代謝已經有了一定的認識,首先,教師應了解學生對新陳代謝是如何理解的。為此教師可設計一些問題,引導學生以自身為例,剖析生命是如何維持的,以此引入本節(jié)的學習,如:
�、偃梭w的腦細胞是通過什么途徑獲得營養(yǎng)?腦細胞中產生的代謝廢物又是通過什么途徑排出體外的?
②進入腦細胞的營養(yǎng)物質是如何被利用的?
�、蹖W生如何理解同化作用、異化作用,物質代謝、能量代謝,它們之間有何關系?
�、芟胍幌�,人體的身體有哪些系統(tǒng)參與了新陳代謝過程,各是如何參與的等等?
(2)學生一般只能從生物個體、器官或系統(tǒng)水平上,說明生物體與外界環(huán)境之間進行物質和能量的交換,在此基礎上,教師應把討論引向微觀水平,即細胞和分子水平的代謝過程。如可以設問:
①你吃下的肉類蛋白質,通過什么途徑轉化成為你自身的蛋白質?
�、谀愠韵碌牡矸垲愂澄�,通過什么途徑為你提供能量?等等
通過分析、討論,使學生理解:細胞的結構和生命活動的維持,需要不斷地合成與分解,不斷地處于自我更新的狀態(tài),而這種自我更新的過程完全依賴于細胞內發(fā)生的生物化學反應,從而在細胞水平理解新陳代謝的本質,即“新陳代謝是活細胞中全部有序的化學變化的總稱”。
2、酶的概念、特性及其生理功能
在學生理解新陳代謝的本質后,可以利用學生已有的化學知識,分析出無機化學反應過程中所需的條件一般是很激烈的,再讓學生分析出生物體細胞生存的條件是很溫和的,可以提問,如:
(1)細胞生存的條件是很溫和的,那么細胞內數(shù)量如此巨大的生物化學反應如何在常溫、常壓、水溶液環(huán)境、pH接近中性的條件下,迅速高效的進行呢?
(2)在化學反應中有沒有提高化學反應的方法呢?
這樣可順利地引出活細胞產生的生物催化劑,即酶。
3、酶的發(fā)現(xiàn)史
這部分的教學,教師可讓學生自己閱讀,也可發(fā)給學生相應的補充資料,尤其是某種酶的研究過程方面的資料,目的是讓學生對酶的研究過程、方法有一個較為全面的了解,讓學生切身體會到生物學的實驗研究對生物學發(fā)現(xiàn)的重要作用。
學生閱讀后,可提問:酶都是蛋白質嗎?并做一定的說明。
酶是活細胞所產生的具有催化能力的一類特殊的蛋白質。酶是細胞中促進化學反應速度的催化劑�，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的酶約有3000種以上。它們分別存在于各種細胞中,催化細胞生長代謝過程中各種不同的化學反應,使生物化學反應在常溫、常壓、水溶液等溫和的條件下就可順利進行。
很多年來,人們一直認為所有的酶都是蛋白質。然而生物學家的實驗證明:RNA也可以是高活性的酶。早在1982年,T.Ceeh發(fā)現(xiàn)原生動物四膜蟲的26SrRNA前體在沒有蛋白質的情況下進行內含子的自我拼接,終形成L19RNA。當時因為只是了解它有這種自我催化的活性,沒有把它與酶等同看待。
1983年Atman和Pace分別報導了在RNA前體加工過程起催化作用的酶是由20%蛋白質和80%RNA組成的。如果除去蛋白質部分,并提高鎂離子的濃度,則留下的RNA具有與全酶相同的催化活性,這是說明RNA具有酶活性的第一例證。
“酶不都是蛋白質”,這一科學事實再有力地證明了實驗在科學發(fā)展中所起到的舉足輕重的作用,同時也讓我們看到,科學是發(fā)展的,探索是無止境的,而真理是相對的,現(xiàn)在的科學事實可能在今后會被修正,甚至*。
另外,酶、激素、維生素之間的區(qū)別值得一提,學生在以后的學習中容易把這些物質和它們的作用搞混�？删透咧猩飳W水平做一簡單比較:
酶
激素
維生素
從化學本質上看
蛋白質
蛋白質(如生長素、胰島素等)、固醇類脂類物質(如性激素)
多種多樣,一般為小分子有機物。如維生素D是固醇類物質;維生素A是脂類物質(萜類);維生素C是抗壞血酸(葡萄糖的衍生物)等等。
從生理功能看
可提高生物體生物化學反應的速度,是一種生物催化劑。
激素又稱“化學信使”,是特定細胞合成的,能使生物體發(fā)生一定反應的有機分子。它的作用力很強,很低的濃度就能引起很強的反應,但在細胞中不能積累,很快就會被破壞。
維生素常常與酶結合,是較復雜酶的組成成分之一。天然食物中含量極少,但這些極微小的量對人體的生長和健康是必需的,人體一般不能合成它們或合成量不足,必須從食物中攝取。
可把酶的發(fā)現(xiàn)史與酶的特性這兩部分教學內容結合起來,這樣可使學生用實驗方法探索酶的特性順理成章。
