资源描述
绿色植物是生物圈中有机物的制造者
教材分析
本章内容主要是通过完成“绿叶在光下制造有机物”的实验，了解绿色植物在光下能制造有机物——淀粉，同时知道光照是绿叶制造有机物不可缺少的条件，最后，归纳出光合作用的概念及光合作用对生物圈的重要作用，从而认识到绿色植物的重要性，培养学生爱护植物的情感。
这是一节以实验为主的课。在这节课的教学中，不能简单地让学生按照传统的教学方式，照猫画虎地完成实验，而应利用这个实验训练学生设计实验的技能。教学程序可依两种思路设计。第一种，先让学生在实验开始前，尝试设计检验绿叶在光下制造有机物的实验方案，然后对照教科书上的实验指导，找出自己设计的实验的不足。教师要注意引导学生思考每个实验步骤中包含的科学原理和方法，让学生带着问题做实验，使学生逐渐认识到在科学探索的过程中，要遵循一定的科学原理、科学方法，还需要掌握一定的操作技能。第二种，教师先利用多媒体展示科学家进行有关实验的过程资料，引导学生了解光合作用的内容；然后让学生通过完成绿叶在光下制造有机物的实验过程去验证了解的知识，进一步加深对知识的掌握。最后，教师要注意引导学生明确是绿色植物通过光合作用制造了有机物，为其他生物的生存提供了基本的食物来源。
课时安排：1课时。
三维目标
知识与技能
1．阐明绿色植物通过光合作用制造有机物。
2．通过实验验证绿色植物在光下制造淀粉。
3．理解光合作用制造的有机物用来构建植物体并养育了生物圈中的其他生物。
过程与方法
通过分组实验，让学生积极参与探索知识的发生过程，认识绿叶在光下制造的有机物是淀粉，理解光合作用发生的场所和产物的判定方法及其原理，进一步归纳出光合作用的概念。
情感态度与价值观
通过实验探究，明确绿色植物光合作用的重要性，培养学生热爱大自然、热爱生物的情感，培养学生的合作精神，养成实事求是的科学态度。
教学重点
1．使学生领悟“绿叶在光下制造淀粉”的实验设计原理。
2．使学生认同绿色植物在生物圈中的重要作用。
教学难点
在实验中培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的科学探究能力。
课前准备
教师准备：盆栽天竺葵(先将天竺葵放在黑暗处一昼夜，然后将叶片的一部分用黑纸片从上下两面遮住，再用曲别针夹住，放在光下几小时)、银边吊兰；实验材料用具：大烧杯、小烧杯(小锥形瓶)、三脚架、石棉网、镊子、火柴、碘液、酒精、清水、黑纸片(或其他能遮光的材料)、曲别针等；查询书籍、网站、录像，收集一些有关绿色植物光合作用的过程、实质、意义的资料。
学生准备：查找有关光合作用的资料，预习实验步骤，提出有关问题。各实验组在小组长的带领下，将实验用植物进行必要处理。
导入新课
1．创设情境导入新课
教师展示植物通过光合作用制造有机物的录像，学生交流课前收集的有关光合作用的资料。教师引导：在我们生活的生物圈中，有一个巨大的生产有机物的天然“工厂”，它制造的有机物养活了地球上几乎所有的生物。这个大工厂，就是生物圈中的生产者——绿色植物。那么，绿色植物是怎样制造有机物的呢？由此导入新课的探究。
2．从学生的生活经验入手导入新课
让学生列举出昨天晚餐的主要食物，分析这些食物与绿色植物的关系。学生会发现，人们的食物都直接或间接来自于绿色植物。
教师引导：绿色植物就像一个生产有机物的天然工厂，它制造的有机物养活了地球上几乎所有的生物。
教师质疑：植物体自养的营养方式是通过什么生理过程进行的？植物体由一棵小苗长成参天大树的过程中自身营养物质的积累从何而来？“绿色植物制造的有机物是什么？如何检验呢？”“绿叶制造有机物需要什么条件吗？怎样证明？”以此引发学生的好奇心，激发学生的探究兴趣。
引导学生分析资料找出答案：植物体内有机物来源于植物体的光合作用。
推进新课
学习目标一：探究绿叶在光下制造有机物
教师展示资料：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，用碘蒸气处理叶片，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。
学生分析资料，思考并提出问题：根据资料内容总结绿叶通过光合作用制造出了什么物质，光合作用需要什么条件。
学生讨论后共同得出结论：绿叶通过光合作用制造了淀粉等物质，光合作用的进行需要光。
引导学生设计一个实验来检验绿叶在光下是否能够制造淀粉。
学生组内交流课前设计的方案，然后讨论、完善，最后确定本组的实验方案。学生进行实验之前，请生物小组的同学介绍本实验的前期准备工作：暗处理、部分遮光照射。教师要注意引导学生对每个实验步骤中包含的科学道理的理解。可设计一系列思考题，启发学生。以下问题穿插在整个实验进行的过程中，隔水加热、酒精脱色这一步骤需要等待一段时间，教师可在等待实验进行的过程中引导学生思考讨论问题(1)～(5)，在叶片脱色之后按步骤进行问题(6)～(7)的讨论。
(1)为什么要将天竺葵提前放到黑暗处一昼夜？
(2)为什么要用黑纸片把叶片的一部分遮盖起来？
(3)取下遮光的黑纸时，叶片上遮光部位和未遮光部位有什么明显的差别吗？
(4)将叶片放到酒精中加热的目的是什么？
(5)为什么要将盛酒精的小烧杯隔水加热？
(6)往叶片上滴加碘液的目的是什么？
(7)经过碘液处理后，叶片发生了什么变化？如何解释这一现象？
教师参与小组讨论，对学生的大胆设计予以肯定，巡视指导学生的操作技能，帮助学生完成实验。
对问题的结论总结如下。
(1)将叶片内淀粉运走耗尽。
(2)与照光部分形成对照。
(3)没有明显差别。
(4)使叶片中的叶绿素溶解在酒精中。
(5)避免酒精溅出，发生危险。
(6)检验淀粉的存在与否。
(7)遮光部分不变色，表明没有淀粉产生；见光部分深蓝色，表明有淀粉产生。由此可见，淀粉是光合作用产物，光是光合作用的必需条件。
学生通过实验，以及对问题的讨论总结，最后得出结论：叶片未用黑纸遮盖的部分产生了淀粉，被黑纸遮盖的部分没有产生淀粉，说明光是绿色植物制造有机物不可缺少的条件。
教师补充：生物生命活动所需的其他有机物也是由一部分糖类在植物体内转变成的。
学习目标二：光合作用的概念和场所
方案一：教师质疑：绿色植物制造有机物为什么必须要有光？引导学生回忆细胞质中有能量转换器的有关内容，使学生能够说出光是一种能量，叶绿体能将光能转化为化学能，储存在它所制造的有机物中。在此基础上概括出光合作用的概念：绿色植物利用光提供的能量，在叶绿体中合成了淀粉等有机物，并且把光能转变成化学能，储存在有机物中。
教师强调：绿色植物并不是只有叶片才能制造有机物，凡是细胞中含有叶绿体的绿色部分都能制造有机物。但是叶片是植物制造有机物的主要器官。
方案二：学生结合实验结果，阅读教材，独立完成对光合作用概念的总结。
为了帮助学生理解光合作用的场所是叶绿体，可以增加彩叶草或银边天竺葵的实验。由于彩叶草和银边天竺葵的叶片中有一部分不含叶绿体，所以按照教材实验步骤4～6进行处理后，叶片也会出现部分变蓝的现象。教师引导学生观察是哪部分变蓝了，学生通过分析能够得出结论：光合作用在叶绿体中进行。教师进一步指出：叶绿体不仅仅存在于叶片中，植物体其他的绿色部位都能进行光合作用。
学习目标三：有机物用来构建植物体
方案一：学生认真阅读教材，就其中不明确的问题提问，学生互答，不能解释的教师点拨。
问题：1.从器官水平上来分析，植物体的构成需要什么？
2．从细胞水平上来分析，细胞各结构的主要成分是什么？
学生思考、分析，教师引导学生得出结论。
1．从根、茎、叶、花、果实和种子等器官水平上来说，植物体的组成成分除了包含大量水、无机盐以外，主要的成分还是各种各样的有机物。
2．从细胞水平看，细胞壁的主要成分是纤维素；细胞膜的主要成分是蛋白质、脂类和糖类等；细胞核中的遗传物质是DNA等。
教师强调：植物体的组成成分中含有大量的有机物，有机物是构建植物体的基础。
方案二：教师展示细胞膜的结构图，学生观察、分析图片，得出细胞膜的主要成分是有机物的结论，结合细胞壁、细胞核，得出结论：有机物是细胞的主要组成成分。
教师多媒体展示食物图片。从熟悉的食物入手，提出问题：我们为什么吃它们？根据生活经验回答，据此得出植物器官含有大量有机物。进一步引导学生思考：冬天到了，树木生长很慢甚至停止生长，为什么？学生结合光合作用制造有机物的知识，得出有机物的用途之一是用来构建植物体。
教师引导学生总结。
1．从细胞水平看，细胞壁的主要成分是纤维素；细胞膜的主要成分是蛋白质和脂肪；细胞核中的遗传物质是DNA。其中纤维素、蛋白质、脂肪、DNA都是有机物。
2．从器官水平看：植物的根、茎、叶、花、果实、种子都含有有机物。
学习目标四：绿色植物制造的有机物养育了生物圈中的其他生物
学生结合生活中的实例，看书自学，了解光合作用的意义：绿色植物通过光合作用制造的有机物，不仅满足了自身生长、发育、繁殖的需要，而且为生物圈中的其他生物提供了基本的食物来源。
课堂小结
本节课主要学习了绿色植物通过光合作用制造有机物的相关知识点，请你运用本节课所学知识，完成下列的问题。
1．绿色植物制造的有机物是什么？
2．光合作用必不可少的条件是什么？光合作用的场所是什么？
3．光合作用的概念是什么？
4．有机物对生物体有什么作用？
5．绿色植物的光合作用对生物圈有什么重要作用？
学生整合相关知识点，明确问题的答案，在组内交流，派代表展示：
1．绿色植物制造的有机物遇碘变成蓝色，说明这种有机物是淀粉。
2．光合作用必不可少的条件是光，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
3．绿色植物利用光提供的能量，在叶绿体中合成了淀粉等有机物，并且把光能转变成化学能，储存在有机物中，这个过程就是光合作用。
4．有机物用来构建植物体并为植物生命活动提供能量。5．绿色植物通过光合作用制造的有机物，不仅满足了自身生长、发育、繁殖的需要，而且为生物圈中的其他生物提供了基本的食物来源。
板书设计
第四章 绿色植物是生物圈中有机物的制造者
一、实验——绿叶在光下制造有机物
分析实验结果——光合作用能产生淀粉，需要光
二、光合作用的概念
三、有机物用来构建植物体
四、绿色植物制造的有机物养育了生物圈中的其他生物
典例精析
1．下列叙述中，正确的是( )
A．要提高产量，应尽量增加单位面积上栽种的植株数量
B．绿色植物晚上也能进行光合作用
C．光合作用是地球上一切生命生存、繁荣和发展的基础
D．农作物的大部分叶片被虫吃掉后不会造成减产
答案：C
详解：绿色植物进行光合作用必不可少的条件是光，所以，在种植植物时要合理密植，选项A不符合题意；同样道理，选项B也不可选；叶片是植物进行光合作用的主要器官，减少后会影响植物的光合作用，选项D也是不符合题意的。
2．“绿叶在光下制造淀粉”实验的正确顺序是( )
①把叶片放到装有酒精的烧杯中隔水加热 ②把天竺葵放在光下照射 ③用黑纸片把天竺葵叶片遮盖一部分 ④把天竺葵放在黑暗处一昼夜 ⑤把部分遮光的叶片摘下，去掉黑纸片 ⑥用清水漂洗叶片后滴加碘液
A．③②⑤①⑥ B．④③②⑤①⑥ C．②③④⑤①⑥ D．②④③⑤⑥①
答案：B
详解：此题考查学生对实验过程的掌握程度。本实验的正确顺序是：把天竺葵放在黑暗处一昼夜；用黑纸片把天竺葵叶片遮盖一部分；把天竺葵放在光下照射；把部分遮光的叶片摘下，去掉黑纸片；把叶片放到装有酒精的烧杯中隔水加热；用清水漂洗叶片后滴加碘液。因此本题的选项B符合题意。
3．将叶片放在酒精中隔水加热一段时间后，叶片和酒精的颜色分别是( )
A．叶片为黄白色，酒精为绿色 B．叶片为绿色，酒精为无色
C．叶片和酒精都为绿色 D．叶片和酒精都为黄白色
答案：A
详解：此题是和实验有关的一道题，考查学生在进行实验时对实验现象的观察能力。叶片中的叶绿素溶解于酒精，不溶于水。所以，在酒精中隔水加热后，叶片变为黄白色，酒精变为绿色。
4．下列关于光合作用意义的叙述中，错误的是( )
A．为绿色植物本身和其他生物提供有机物
B．为绿色植物本身和其他生物提供能量
C．维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定
D．提高空气湿度，调节气候
答案：D
详解：此题考查学生对光合作用对生物圈的意义的掌握程度。绿色植物通过光合作用为其他生物提供了基本的食物来源，所以选项A和B叙述的都是正确的，不符合题意；光合作用还能吸收二氧化碳释放氧气，维持大气中的碳—氧平衡，选项C也不符合题意；只有选项D是蒸腾作用对生物圈的重要意义。
教材习题答案详解
1．(1)× (2)√ (3)√ (4)√
2．营养组织。营养组织的细胞一般较大，内含大液泡，储存着丰富的营养物质。
3．绿色植物通过光合作用制造的有机物为生物圈中的其他生物提供了基本的食物来源。也可以说，绿色植物养育了生物圈中的其他生物。
4．实验方法：对照实验法。
实验步骤：(1)将两盆长势相同的韭黄标为A、B两组。
(2)A组给予光照，B组放于黑暗环境中。
(3)每隔一天观察并记录一次两盆植物的颜色变化情况。
预期结果：经过一段时间后，A组韭黄变为绿色，B组韭黄不变绿。
活动设计
活动题目：探究叶绿素的形成是否与光有关。
活动目的：1.了解叶绿素的形成条件。
2．了解光对植物生活的重要性。
3．了解植物种植的基本条件。
活动过程：1.以小组为单位，设计实验方案。
2．实施实验探究。
3．交流实验结果。
教学反思
本节教学以学生探究活动为主线，采用小组合作探究学习方式，这是新课程改革倡导的三大学习方式之一。在探究实验中也是以小组为单位，自主设计，使学生领悟和学会掌握知识的过程和方法，体现了学生是学习的主人，完全把课堂还给学生，促进个性和能力的主动发展。在教学过程中，虽说以学生自主学习为主，但教师在其中起到了积极的作用。教师积极调控学生各种活动，逐步引导启发学生。在小组活动过程中，教师主动巡视和监控各小组的活动情况，能深入每个小组并给予及时的指导、启发、讲解等，指导学生进行探究。
参考资料
1．影响光合作用的环境因素
(1)光照强度：光是光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。在其他条件都适宜的情况下，在一定范围内，光合速率随光照强度提高而加快。当光照强度高到一定数值后，光照强度再提高光合速率也不再加快，这种现象叫光饱和现象。开始达到光饱和现象的光照强度称为光饱和点。在光饱和点以下，随着光照强度减弱，光合速率减慢，当减弱到一定光照强度时，光合作用吸收二氧化碳量与呼吸作用释放二氧化碳量处于动态平衡，这时的光照强度称为光补偿点，此时植物制造有机物量和消耗量相等。据研究，不同类型植物的光饱和点和补偿点是不同的。阳性植物的光饱和点和补偿点一般都高于阴性植物。
(2)二氧化碳浓度：二氧化碳是光合作用的两种原料之一，因此，环境中二氧化碳与光合速率有密切关系。在自然条件下，陆生植物主要从空气中吸收二氧化碳，水生植物或暂时浸泡在水中的植物体，吸收溶于水中的二氧化碳。
空气中二氧化碳含量占空气体积的0.033%左右，据研究，这一含量对植物光合作用来说是较低的，在较强的光照下，它限制了光合速率，例如，将棉花、玉米放在二氧化碳为0.064%的空气中与0.033%的自然条件下进行比较，结果棉花的光合速率提高了1.5倍，玉米的光合速率提高了15%。
(3)温度的高低：温度对光合作用的影响比较复杂，它一方面可以直接影响光合作用中各种酶的活动、光合结构，还通过影响其他相关的代谢活动而影响光合作用。不同植物对温度反应不同，一般最适温度在25 ℃。
2．光合作用的重要意义
地球上遍布着绿色植物，它们进行光合作用的规模非常大，成为生物体内所有物质代谢和能量代谢的基础。光合作用对于人类的生存和自然界的生态平衡都有极其重要的意义。
第一，绿色植物的光合作用完成了自然界规模巨大的物质转变。它把无机物转变成有机物，不仅用来构成植物体的本身，同时也为异养生物以及人类制造了食物和其他生活资料。人类吃饭、穿衣以至其他日用物品的绝大部分都是直接或间接由光合作用提供的。根据粗略的估计，在大约5亿1千万平方千米的地球表面上，绿色植物每年大约吸收1 750亿吨的碳素(其中陆生植物吸收200亿吨，水生植物吸收1 550亿吨)。如果按照碳素平均占有机物干重的42%计算，那么每年大约可以形成4 400亿吨有机物。可以说，地球上的有机物基本上来自绿色植物的光合作用。
第二，绿色植物的光合作用同时又完成了自然界规模巨大的能量转变。在这一过程中，它把太阳投射到地球表面上的一部分辐射能，转变为储存在有机物中的化学能。如果按照植物每年形成4 400亿吨有机物计算，绿色植物每年就储存7.11×1018千焦的能量。这个数字大约相当于240 000个三门峡水电站每年所发出的电力，相当于人类在工业生产、日常生活和食物营养上所需能量的100倍。因此，通过光合作用所储存的能量几乎是所有生物生命活动所需能量的最初源泉。从动力的角度看，随着近代科学的发展，工农业生产和日常生活所需要的动力，虽然已经能够由原子能、水力发电以及太阳能的直接利用解决一部分，但是在现阶段，人们所需要动力的大约90%仍然必须依靠煤、石油、天然气、泥炭和薪柴来取得，而所有上述这些动力资源，都是从古代或现今的植物光合作用中积累下来的。
第三，绿色植物的光合作用从根本上改变了地面上的生活环境。根据绿色植物每年同化1 750亿吨碳素计算，每年从光合作用中可以放出大约4 700亿吨的游离态氧，这就把原先没有氧的地面改变成为有氧的环境。这种情况对于地球上生物界的进化发展具有极大的意义。这是因为，一方面氧的释放和积累，能够吸收太阳光中对生物有害的强烈紫外线的辐射，逐渐形成了大气表层的臭氧(O3)层；另一方面为更高效能的有氧呼吸代谢过程提供了条件。由此可以认为，需氧生物出现的先决条件就是光合作用。此外，地面上进行的氧化过程也都是要消耗氧的。所以光合作用也是推动地面上大部分化学过程以及净化环境的原动力，这是因为自然界只有光合作用能够提供氧。
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