2019-2020年高中生物 光合作用歷史回眸 第1課時示范教案 蘇教版光合作用一節(jié)主要可以分為光合作用的歷史回眸、光合作用的色素及其對光能的捕獲、光合作用的過程、影響光合作用的環(huán)境因素等四部分內(nèi)容。關(guān)于光合作用的歷史回眸，課本試圖通過對光合作用的發(fā)現(xiàn)歷史反應(yīng)過程的回顧，以闡明綠色植物光合作用的實質(zhì)。在教學(xué)中，注意讓學(xué)生以教材中展現(xiàn)的光合作用研究歷史中的重要事件為線索，遵循科學(xué)家的探索思路，總結(jié)出光合作用的探究歷程。因為教材上介紹的歷史非常經(jīng)典，所介紹的都是在光合作用探索歷程中所出現(xiàn)的典型問題和解決的方法，學(xué)生認真了解其重要過程，等于沿著科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)思路作了一次思維的探究，這對于學(xué)生認識和掌握光合作用的具體過程是有必要的。關(guān)于光合色素與光能的捕獲部分，課本首先借助物理知識中物體顏色的知識，引出綠色植物的葉片顏色為何是綠色的話題，進而引出植物的光合色素可能有哪些種類，然后通過提取和分離葉綠體中的色素的實驗來理解光合色素的種類與作用，最后通過恩吉爾曼實驗提出了光合作用的基本單位是葉綠體。色素提取和分離的實驗，除課本所介紹的用具和方法外，也可用成套的微量提取器來做這個實驗，這樣可以降低操作難度，效果也更明顯。實驗中要讓學(xué)生仔細觀察分離出的不同色帶，注意色帶的不同顏色、分布順序和寬窄，并思考其中的原因。將提取的色素液放在光源和分光棱鏡之間，可以發(fā)現(xiàn)在紅光和藍紫光部分呈現(xiàn)暗帶，說明這部分波長的光被色素吸收，由此讓學(xué)生思考色素吸收的光用來做什么。有條件的學(xué)校還可以讓學(xué)生觀察色素的熒光現(xiàn)象，并簡單介紹熒光現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，讓學(xué)生了解色素吸收了光能的事實。色素是植物吸收光能的物質(zhì)，但是這些物質(zhì)主要分布在小小的葉綠體內(nèi)，這是科學(xué)家通過實驗發(fā)現(xiàn)的?？梢韵葘⒍骷獱柭膶嶒灲榻B給學(xué)生，讓學(xué)生討論恩吉爾曼的兩個設(shè)計巧妙的實驗說明了什么問題，然后再讓學(xué)生認識葉綠體的基本結(jié)構(gòu)以及這種結(jié)構(gòu)適于分布色素和多種酶的特點。關(guān)于光合作用的原理和大致過程，重點要學(xué)生掌握光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個過程的區(qū)別和聯(lián)系，特別是光合作用過程中的物質(zhì)變化和能量變化的過程、發(fā)生的部位和條件等知識。教材在遵循科學(xué)準確的原則下，利用“光合作用過程”的圖群，力求形象、生動地描述有氧呼吸的過程。在教學(xué)過程中，建議運用多媒體輔助教學(xué)手段，幫助學(xué)生建立細胞光合作用的動態(tài)模型，通過物質(zhì)轉(zhuǎn)變與能量轉(zhuǎn)換兩條主線，理解細胞有氧呼吸的場所、條件、原料、過程、產(chǎn)物以及產(chǎn)物去向等過程。同時，作為高中學(xué)生，應(yīng)該試圖從化學(xué)反應(yīng)的角度看待光合作用的過程，從化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的變化去認識水和CO2是如何轉(zhuǎn)變成有機物糖類等物質(zhì)的。同時讓學(xué)生明確在這兩個過程中每一個物質(zhì)變化的來龍去脈和相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化的過程，以便從整體上認識和理解光合作用。在學(xué)習光合作用過程的基礎(chǔ)上，為了更好地認識光合作用原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，可以結(jié)合學(xué)生初中已有的知識基礎(chǔ)，讓學(xué)生聯(lián)系光合作用的原理來分析、解釋環(huán)境因素對光合作用強度的影響。本節(jié)共設(shè)置了1個“回眸歷史”、1個“邊做邊學(xué)”、2個“積極思維”、1個“放眼社會”、1個“評價指南”、1個“繼續(xù)探究”、1個“走近職業(yè)”、1個“拓展視野”和相應(yīng)的圖與圖群?！斑呑鲞厡W(xué)”的題目是提取和分離葉綠體中的色素，教學(xué)中可以先通過一段實況錄像展示葉綠素的提取與分離的過程，以視頻的方式呈現(xiàn)給學(xué)習者相應(yīng)的情景，便于學(xué)習者模仿，易于在以后的實際操作中正確掌握實驗的技能，然后，由實驗小組討論操作要點，在實驗過程中，建議學(xué)生對實驗進行創(chuàng)新，最后展示小組實驗成果。“積極思維”的題目有2個：其一是“恩吉爾曼的實驗巧妙在哪里”，該部分內(nèi)容具有很好的思維訓(xùn)練價值，我們建議以綜合運用發(fā)現(xiàn)教學(xué)、合作學(xué)習為主的多種教學(xué)傳遞程序，結(jié)合采用多媒體輔助教學(xué)手段進行恩吉爾曼實驗的變式模擬；其二是“哪些環(huán)境因素影響光合作用”，我們的教學(xué)建議是首先展示一組光照強度影響光合作用速率的問題情景，引導(dǎo)學(xué)生討論光照強度對光合作用速率的影響特征，并從光合作用過程的機理分析其本質(zhì)，對于CO2對光合作用的影響，則采用學(xué)生自主分析、小組討論、師生共同總結(jié)的方法組織教學(xué)，并引導(dǎo)學(xué)生思考水、礦質(zhì)元素、溫度對光合作用速率可能的影響。本節(jié)還有圖群3個：光合作用發(fā)現(xiàn)過程圖、光合作用圖解、提取和分離葉綠體中色素的過程；圖片8張：物體顏色示意圖、可見光譜示意圖、恩吉爾曼的實驗結(jié)果、葉綠素的吸收光譜以及設(shè)施農(nóng)業(yè)等；表格1張，函數(shù)圖3張。教師可根據(jù)圖的特點合理展示圖片，圖文結(jié)合，幫助學(xué)生理解相關(guān)知識。最后我們建議學(xué)生利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)或其他媒體手段，收集有關(guān)光合作用在社會、生活中應(yīng)用的信息，并做成課題研究報告，進行班級內(nèi)部交流，或在網(wǎng)上展示。教學(xué)重點1.光合作用的發(fā)現(xiàn)過程。2.光合色素的作用及種類。3.光合作用的過程。4.從生產(chǎn)實踐的角度探討影響光合作用的環(huán)境因素。教學(xué)難點1.控制變量的科學(xué)方法。2.光合作用的發(fā)現(xiàn)過程。3.光合作用的過程。4.影響光合作用的因素。教具準備光合作用過程的多媒體課件、“提取和分離葉綠體中的色素”的視頻錄像、“提取和分離葉綠體中的色素”的實驗器材、教師通過網(wǎng)絡(luò)等途徑收集的一組有關(guān)“光合作用的研究最新進展、光合作用與農(nóng)業(yè)”的信息。課時安排5課時三維目標 1.說出人類對光合作用的認識過程。2.舉例說出主要的光合作用色素的種類和作用。3.概述光合作用的過程，理解光反應(yīng)、暗反應(yīng)的過程及其相互作用的關(guān)系。4.能利用實驗器材提取和分離葉綠體中的色素。5.通過對“光合作用”等圖群學(xué)習，進一步提高圖表對比分析能力以及運用恰當?shù)纳飳W(xué)知識有效地表述圖表、公式等提供的信息能力。6.探索光照強度、CO2濃度對光合作用速率的影響，形成歸納與演繹能力、生物學(xué)的繪圖能力、實驗設(shè)計能力及數(shù)據(jù)分析能力。7.通過親歷實驗設(shè)計的過程，感知定性實驗與定量實驗之間的關(guān)系。8.通過閱讀分析“解開光合作用之謎”的資料，認同科學(xué)是不斷進步與發(fā)展的；感受偉大的科學(xué)家睿智的目光與不屈不撓的探索精神。9.認同科學(xué)家不僅要繼承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意見中的合理成分，還要具有質(zhì)疑、創(chuàng)新和勇于實踐的科學(xué)精神與態(tài)度。10.樹立科學(xué)、社會、技術(shù)相統(tǒng)一的思想（STS）。11.通過親歷提取和分離葉綠體中色素的過程，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹、求實、創(chuàng)新的精神。12.通過小組學(xué)習過程中的合作與交往，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作意識與交往的態(tài)度。第1課時光合作用歷史回眸教學(xué)過程 （班級分成若干活動小組，課外設(shè)計并完成光合作用興趣實驗，并將實驗數(shù)據(jù)做成多媒體課件，本課時建議安排在多媒體教室）導(dǎo)入新課教師通過視頻展示一組預(yù)先攝制好的錄像，展示一學(xué)生參觀現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)示范基地的大棚種植園的過程。以學(xué)生的角度觀察大棚內(nèi)的溫度控制、人工補充光照、氣肥補充、空間合理利用等措施與光合作用的關(guān)系，并引導(dǎo)學(xué)生從不同角度，考察影響大棚種植的經(jīng)濟效益的因素。師有些大棚用紅色或藍色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，在有的溫室內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍色光的燈管。（1）用這種方法有什么好處？不同顏色的光照對植物的光合作用會有影響嗎？（2）為什么不用綠色的塑料薄膜或補充綠色光源？學(xué)生活動：學(xué)生思考、討論。生（1）這樣的方法可以提高光合作用的產(chǎn)量；同顏色的光照對植物的光合作用可能會有影響，但具體是如何影響的，我們無法知道。（2）不用綠色的塑料薄膜或補充綠色光源，可能是這樣的舉措無助于提高植物的光合作用產(chǎn)量。師為了解釋這樣的問題，我們需要來學(xué)習光合作用的知識。師在自然界中綠色植物隨處可見，但是哪位同學(xué)曾觀察到光合作用是怎樣進行的呢？生沒有。師那么，科學(xué)家們到底是怎樣發(fā)現(xiàn)光合作用這一生理過程的呢？推進新課板書：一、光合作用歷史回眸課件展示：（1）我們歷來喜好把第一個從事某一領(lǐng)域工作的人稱為奠基者。如果光合作用的研究領(lǐng)域也有這樣一個人的話，那么他就是比利時人范海爾蒙特（呈示海爾蒙特像或相關(guān)資料）。（2）人們說，早期的光合作用的研究是由一批醫(yī)生、牧師和化學(xué)家完成的。著重于研究參加光合作用的原料和光合作用的產(chǎn)物。光合作用的研究伴隨著化學(xué)、物理學(xué)、哲學(xué)等學(xué)科的發(fā)展而不斷取得進步；到一定階段，它又促進了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。（3）到了近代，對于光合作用的研究則主要集中于對于光合作用機理的研究光合作用的生物化學(xué)過程的研究。這其中以希爾、卡爾文為代表（呈示希爾、卡爾文像或?qū)嶒炠Y料），這一階段，許多科學(xué)家因致力于光合作用的研究而受到世人矚目，并獲得諾貝爾獎。當然，我們更應(yīng)記住那些為科學(xué)奉獻終生而默默無聞的人一些真正偉大的人！ （4）光合作用的研究是一個漫長、艱苦的過程，我們今天一起來回顧其中一些偉大的科學(xué)家的經(jīng)典的實驗，感悟他們精妙的實驗設(shè)計、準確而客觀的實驗分析與睿智的目光。案例一：師過去，人們一直以為，小小的種子之所以能夠長成參天大樹，完全依賴于土壤。事情果真是這樣？1648年，一位比利時的科學(xué)家范海爾蒙特對此產(chǎn)生了懷疑，于是他設(shè)計了這樣一個實驗：他把一棵重2.5 kg的柳樹苗栽種到一個木桶里，木桶里盛有事先稱過重量的土壤。以后，他每天只用純凈的雨水澆灌樹苗。為防止灰塵落入，他還專門制作了桶蓋。五年以后，柳樹增重80多千克，而土壤卻只減少了0.1 kg，海爾蒙特為此提出了植物生長所需的養(yǎng)料主要來自于水，而不是土壤這一觀點。師范海爾蒙特的“柳樹實驗”進步之處在什么地方？不足之處又在什么地方？試用你已有的知識加以評價。生進步之處是以實驗為證據(jù)推翻了人們傳統(tǒng)認識中“小小的種子之所以能夠長成參天大樹，完全依靠于土壤”的觀點；不足之處是當時他卻沒有考慮到空氣在植物生長（即光合作用）中的作用。師那么是誰首先想到植物的生長與空氣的作用有關(guān)的呢？案例二：課件展示：（1）在光線充足的地方，我們將一支點燃的蠟燭和一只小白鼠分別放到兩個不同的密閉的玻璃罩里，看到蠟燭不久熄滅了，小白鼠也很快死去。（2）將點燃的蠟燭與綠色植物一起放在一個玻璃罩內(nèi)，置于充足光照條件下，蠟燭不易熄滅。（3）將點燃的蠟燭與小白鼠一起放在一個玻璃罩內(nèi)，置于充足光照條件下，小白鼠也不容易窒息而死。師（1）根據(jù)書本提供的信息，你能否說出這個實驗最初是由誰提出并完成的？這位科學(xué)家根據(jù)這個實驗提出了什么觀點？ （2）假如用一不透光的紙盒將實驗（2）與（3）中的玻璃罩罩住，使它不接受光線，重復(fù)做（2）實驗，會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？這又說明了什么？生甲最初是由一位英國科學(xué)家普利斯特萊在1771年完成的。生乙這位科學(xué)家認為植物可以通過光合作用吸收CO2，產(chǎn)生O2。 （教師延遲評價）生丙這位科學(xué)家認為植物可以在光照條件下更新空氣的成分。生丁我認為學(xué)生乙的觀點并不正確。因為，據(jù)我了解，普利斯特萊所處的時代人們還不了解空氣的組成成分，直到1785年，人們才了解了光合作用過程中放出的氣體是O2，吸收的是CO2。因此,我贊同丙的觀點。生戊假如用一不透光的紙盒將實驗（2）（3）中的玻璃罩罩住，使它不接受光線，重復(fù)做（2）實驗，會發(fā)現(xiàn)蠟燭不久熄滅了，小白鼠也很快死去。這可以說明植物的光合作用需要光。師（1）非常感謝前面同學(xué)自由的發(fā)言，引領(lǐng)了我們的思維，丁同學(xué)嚴密的邏輯與寬廣的知識面更讓我們感到了科學(xué)的美。的確，普利斯特萊根據(jù)上述實驗，提出了“植物可以更新因蠟燭燃燒或小白鼠呼吸而變得渾濁的空氣的觀點”。（2）但是他沒有發(fā)現(xiàn)植物在更新空氣中的作用，而是將空氣的更新歸因于植物的生長。（3）當時有人重復(fù)普利斯特萊的實驗，卻得到了完全相反的結(jié)論。認為植物與動物一樣能使空氣變得渾濁，這個結(jié)論在當時引起了很多關(guān)注。（4）1779年，荷蘭醫(yī)生揚英根豪斯（J.Ingenhousz）經(jīng)過500多次實驗，發(fā)現(xiàn)了普利斯特萊的實驗只有在光照條件下才能成功，而且只有植物的綠色部分才能更新渾濁的空氣。案例三：師我們能否設(shè)計一個實驗以證明植物的光合作用需要光照呢？及吸收CO2并產(chǎn)生O2呢？學(xué)生活動：閱讀文本中關(guān)于揚英根豪斯（J.Ingenhousz）實驗的介紹，以學(xué)習小組為單位，設(shè)計、修正實驗，并討論其可行性，利用課后時間完成實驗（強調(diào)實驗的因地取材）。設(shè)計一：證明植物的光合作用需要光照學(xué)生設(shè)計實例：實驗原理根據(jù)已有知識可以得知植物光合作用可以產(chǎn)生淀粉，而我們可以利用碘液來鑒定淀粉。實驗器材生長良好的天竺葵植株，燒杯，碘液，酒精，剪刀，鑷子。實驗步驟（1）取同種兩株生長狀況類似的天竺葵，分別標記為A、B，均放在黑暗條件下12小時，進行饑餓處理。（2）將經(jīng)過饑餓處理后的A株植株放在光照條件下處理34小時，而B株放在黑暗條件下處理相同時間，其他條件均相同。（3）分別取處理之后的A、B兩株植株大小基本相同的兩片葉子，用酒精加熱脫脂，滴加碘液處理，觀察其顏色變化。實驗預(yù)測及分析（1）A、B兩株植株的葉片滴加碘液后均為藍色，則說明植物光合作用并非一定需要光照。（2）A植株的葉片滴加碘液后為藍色，B植株的葉片滴加碘液后不顯藍色，則說明植物光合作用需要光照。（3）A植株的葉片滴加碘液后不顯藍色，B植株的葉片滴加碘液后顯藍色，則說明光照抑制植物光合作用。實驗結(jié)果以實驗數(shù)據(jù)為最后結(jié)果。師實驗中需要注意什么事項？生要注意實驗之前的饑餓處理，處理時間要相對長一些，以消耗掉其中原有的淀粉；注意實驗組與對照組的單因子變量控制。設(shè)計二：證明光合作用需要CO2學(xué)生設(shè)計實例：實驗步驟（1）取兩株生長狀況良好的普通天竺葵，放在黑暗條件下12小時，進行饑餓處理。（2）將經(jīng)過饑餓處理后的植株各取下一片葉片，酒精加熱脫脂，滴加碘液處理，觀察其顏色變化。 （3）將上述兩株植株如右圖所示，放在光照條件下處理34小時，取處理之后的甲、乙植株各一片葉子，用酒精加熱脫脂，滴加碘液處理，觀察其顏色變化。實驗預(yù)測及分析（1）若甲裝置中天竺葵的葉片滴加碘液后均呈現(xiàn)藍色，而乙裝置中的葉片不顯藍色，則說明光合作用需要CO2。（2）若甲裝置中天竺葵的葉片滴加碘液后不現(xiàn)藍色，而乙裝置中的葉片顯藍色，則說明CO2抑制光合作用。（3）若甲、乙裝置中的葉片均顯藍色，則說明CO2不是光合作用所必需的。設(shè)計三：證明光合作用產(chǎn)生O2學(xué)生設(shè)計實例：實驗步驟（1）取一份生長狀況良好的金魚藻，如右圖所示放在充足光照、適宜溫度條件下（燒杯中加入一定的NaHCO3），處理34小時，并令之為實驗組。（2）取相同的實驗裝置，不放金魚藻，其他條件不變的情況下進行相同處理，并令之為對照組。（3）收集兩個裝置中所產(chǎn)生的氣體，以帶火星的衛(wèi)生香放在試管口，看其是否復(fù)燃。實驗預(yù)測及分析（1）若實驗組與對照組中衛(wèi)生香均復(fù)燃，則直接說明兩支試管均產(chǎn)生了O2，間接說明O2不是植物光合作用產(chǎn)生的。（2）若實驗組中衛(wèi)生香復(fù)燃，對照組衛(wèi)生香不復(fù)燃，則直接說明實驗組產(chǎn)生了O2，對照組沒有產(chǎn)生O2，間接說明植物光合作用產(chǎn)生O2。（3）若實驗組中衛(wèi)生香不復(fù)燃，對照組衛(wèi)生香復(fù)燃，則直接說明實驗組消耗了O2，對照組沒有消耗O2，間接說明植物光合作用消耗O2。案例四：師光合作用過程中，綠色植物吸收了光能，那么從能量轉(zhuǎn)化與守恒角度來看，光能到哪里去了呢？生轉(zhuǎn)化為有機物中的化學(xué)能。師那么，你了解的光合作用合成的有機物有哪些呢？生淀粉。師那么你用什么方法可以證明你的推論？生可以進行這樣的實驗，實驗設(shè)計如下：（1）取一株生長狀況良好的天竺葵，放在黑暗條件下12小時，進行饑餓處理。（2）將經(jīng)過饑餓處理后的植株取下一片葉片，酒精加熱脫脂，滴加碘液處理，觀察其顏色變化。（3）將上述植株放在光照條件下處理34小時，取處理之后的植株的一片葉子，用酒精加熱脫脂，滴加碘液處理，觀察其顏色變化。師為何要首先對經(jīng)過饑餓處理后的植株葉片進行碘液處理，觀察其顏色變化？生甲可以鑒定其中的淀粉是否被完全消耗了。生乙還可以說明在第三步中若滴加碘液后產(chǎn)生了藍色，則其藍色并非是由葉片中原有物質(zhì)產(chǎn)生的。師我們來回顧一段關(guān)于對光合作用產(chǎn)物的探索的一段歷程：（1）光合作用歷史中的另一個里程碑就是1854年，一個德國醫(yī)生Robert Mayer宣布：植物把太陽光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。因而，在20世紀的中葉，光合作用現(xiàn)象用這樣的式子表示： CO2+H2O+光 O2+有機物質(zhì)+化學(xué)能（2）1864年，德國植物學(xué)家薩克斯（J.von Sachs）（薩克斯還發(fā)現(xiàn)植物呼吸）證明了光合作用時有淀粉生成。薩克斯把一些綠葉放在黑暗的房間中一些時間，使其中的淀粉消失。然后，他使無淀粉的葉子的一半照光，另一半用黑紙遮住，使其仍處于黑暗之中，若干時間之后，整片葉子用碘蒸氣處理。結(jié)果，由于形成了淀粉碘絡(luò)合物，葉子的照光部分呈黑紫色，而另一半則沒有顏色。（3）需要指出的是，在薩克斯的實驗中，綠葉在光照條件下處理的時間不能過長；因為植物葉片內(nèi)的維管系統(tǒng)會把光照部分產(chǎn)生的淀粉運輸至黑暗部分的葉片，而導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)不正確。案例五：師在揚英根豪斯的實驗中，發(fā)現(xiàn)植物的光合作用是由綠葉來進行的。那么我們能否設(shè)計一個實驗以證明光合作用需要葉綠體？教師引導(dǎo)：用多媒體展示一組關(guān)于銀邊天竺葵葉片結(jié)構(gòu)特點的信息。學(xué)生活動：獨立設(shè)計其中一個實驗，小組交流、討論，分享設(shè)計方案。學(xué)生設(shè)計實例：實驗步驟（1）取一株生長狀況良好的銀邊天竺葵，放在黑暗條件下12小時，進行饑餓處理。（2）將經(jīng)過饑餓處理后的植株取下一片葉片，酒精加熱脫脂，滴加碘液處理，觀察其顏色變化。（3）將上述植株放在光照條件下處理34小時，取處理之后的植株的一片葉子，用酒精加熱脫脂，滴加碘液處理，觀察其顏色變化。實驗預(yù)測及分析（1）若銀邊天竺葵的銀邊部分與綠色部分滴加碘液后均現(xiàn)藍色，說明光合作用不一定需要葉綠體。（2）若銀邊天竺葵的銀邊部分滴加碘液后均現(xiàn)藍色，綠色部分滴加碘液后不現(xiàn)藍色，說明葉綠體抑制光合作用的進行。（3）若銀邊天竺葵的銀邊部分滴加碘液后不現(xiàn)藍色，綠色部分滴加碘液后現(xiàn)藍色，則說明光合作用需要葉綠體。師光合作用中的原料是CO2和H2O，那么光合作用產(chǎn)生的O2究竟是從何而來的呢？學(xué)生活動：閱讀文本中“解開光合作用之謎”中魯賓、卡門與卡爾文研究的相關(guān)信息。課件展示： (1)放射性同位素可用于追蹤物質(zhì)的運行與變化規(guī)律。用放射性同位素標記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會發(fā)生改變?？茖W(xué)家通過追蹤放射性同位素標記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細過程。這種技術(shù)稱為同位素示蹤技術(shù)。同位素示蹤技術(shù)是一種生物科學(xué)研究的技術(shù)手段。同位素示蹤技術(shù)與X光衍射技術(shù)是20世紀初期至70年代的生命科學(xué)研究較為成功的兩種技術(shù)手段。(2)普通的、無放射性的碳是12C。第一個用作示蹤者的同位素碳是11C，但是因為它的半衰期只有20.5秒，因而，它的應(yīng)用成效有限。(3)卡門(M.Kamen)和魯賓(Sam .Ruben)發(fā)現(xiàn)了壽命長的14C(它的半衰期為5 720年)，這就使示蹤碳從標記物質(zhì)（如CO2或者重碳酸鹽）相繼進入有機物質(zhì)成為可能。因此，同位素14C逐漸成為最重要的碳的示蹤者。（4）借助光合作用的光化學(xué)反應(yīng)中形成的還原劑(NADPH),CO2轉(zhuǎn)變成碳水化合物,這是光合作用中分析得最清楚的一個階段。取得這個成就，是因為應(yīng)用了一種簡便的示蹤劑放射性碳同位素14C。根據(jù)物理常識,我們知道,這樣的示蹤者能用來追蹤各種元素在化學(xué)反應(yīng)中的途徑,其方法是觀察不同反應(yīng)中的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物,它們特有的放射線的出現(xiàn)。把這種方法應(yīng)用于光合作用的研究是一個驚人的成就。為此,在1961年把諾貝爾獎授予了美國加利福尼亞州立大學(xué)伯克利分校的M.卡爾文。以獎勵他與A.A.Benson、J.Basshan及其同事們，在這個領(lǐng)域取得的極其重大的進展。師從上面這些信息，你能否設(shè)計一種可以證明光合作用中釋放的O2分子究竟是從何而來的？學(xué)生活動：學(xué)生討論，小組合作提出設(shè)計方案。設(shè)計案例： （1）取生長狀況良好的小球藻分成均等的兩份，分別標記為A、B。（2）將A置于一盛有同位素18O標記的H2 18O的試管中，同時在容器中充入未被同位素標記的CO2，一段時間后，收集光合作用中所產(chǎn)生的O2，鑒定其放射性。（3）將B置于一盛有未被同位素標記的H2O的試管中，同時在容器中充入被同位素18O標記的C18O2，一段時間后，收集光合作用中所產(chǎn)生的O2，鑒定其放射性。（4）對實驗結(jié)果進行分析。師（1）魯賓與卡門兩位科學(xué)家進行了同樣的實驗，發(fā)現(xiàn)在類似于A組的實驗中，所收集的O2全部都是具有放射性18O的18O2；而在類似于B組的實驗中，所收集的O2全部是無放射性的O2。間接說明了光發(fā)合作用所產(chǎn)生O2都來自于參加光合作用的水。（2）美國科學(xué)家M.卡爾文利用小球藻作為實驗材料，用14C標記的14CO2進行光合作用，然后追蹤其放射性。最終探明CO2的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物的碳途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)。師你知道同位素還可以利用在其他方面嗎？生同位素還可以檢測地層中化石的地質(zhì)歷史年代，其原理是利用“半衰期”法測定。課堂小結(jié)關(guān)于同位素的利用，你還可以與你小組內(nèi)的同學(xué)交流一下自己的看法；或在課后查閱相關(guān)資料，以取得更多的信息。 板書設(shè)計 第二節(jié)光合作用一、光合作用歷史回眸1.范海爾蒙特的“柳樹實驗”植物生長的養(yǎng)料主要來自于水；2.科學(xué)家普利斯特萊植物與動物的氣體交換實驗植物生長需要吸收二氧化碳，同時釋放氧氣；3.揚英根豪斯（J.Ingenhousz）光合作用需要光照；4.薩克斯（J.von Sachs）光合作用時有淀粉生成；5.魯賓、卡門光合作用中釋放的氧來自于H2O，糖中的氫也來自于水；6.M.卡爾文卡爾文循環(huán)。