光合作用的发现历程
——关于《科学家范·赫尔蒙特》反思性案例分析
化生教研组 冯忠明
〔提示〕
通过初中生物课的学习，我们已经知道，植物的每一片绿叶就好像是一个“绿色工厂”源源不断地生产着有机物，绿色在植物生产有机物的过程中是通过什么生理过程完成的呢？哪位同学曾观察到光合作用是怎样进行的呢？科学家们到底又是怎样发现光合作用这一生理过程的呢？
这要追溯到很久很久以前。过去，人们一直以为，小小的种子之所以能够长成参天大树，古希腊哲学家亚里士多德认为，植物生长所需的物质完全依靠于土壤。事情果真是这样吗？1648年，一位荷兰科学家范·赫尔蒙特对此产生了怀疑，于是他设计了盆栽柳树称重实验，得出植物的重量主要不是来自土壤而是来自水的推论。虽然他没有认识到空气中的物质参与了有机物的形成，但从此拉开了光合作用的研究史。 〔示例1〕——科学家赫尔蒙特
请学生思考，如果植物的营养都是从土壤中吸收来的，那么，植物不断生长，土壤就应该不断减少，这个想法是打破常规的，也很有道理。你们认为对吗？然后请学生看赫尔蒙特的实验现象，赫尔蒙特把90千克的土壤放在花盆中，然后种上2千克重的柳树，并经常浇水，5年过去了，柳树长到76千克重，而花盆中的土壤只少了60克。根据这个实验，赫尔蒙特认为：植物是利用水来制造“食物”的。至于是怎样制造的，他并不知道。他的结论正确吗？由此引发研究光合作用的历史。 〔反思〕
教学中一是要重视知识发生过程的教学；二是耍引导学生理解自己的学习过程。教师应将“过程”与知识一样作为教学内容下力气教好。
同时了解光合作用的研究史，对学生进行科学方法和态度的教育。
〔示例2〕——科学家普里斯特利、英恩豪斯、塞尼比尔
是谁首先想到植物的生长与空气的作用有关的呢？是一位英国科学家普利斯特利(Joseph Priestley)。他在1771年发现植物可以恢复因蜡烛燃烧而变“坏”了的空气。你认为可能吗？普里斯特利的实验是怎样进行的呢？为什么实验有时成功、有时失败呢？
1779年,荷兰科学家英恩豪斯（Jan Ingenhousz）进一步证明只有植物的绿色部分在光下才能起使空气变“好”的作用。实验是怎样进行的呢？学生总结出植物放氧的条件——光照。
1872年，科学家塞尼比尔（J.Senebier）如何做实验证明光和CO2的必要性，他的结论是什么呢？ 〔反思〕
利用教师提供的网页资料,学生搜查光合作用的研究史，培养学生收集信息的能力。课堂上师生带着问题，进行认知，从观察和实验中体验到探究生命奥秘的无穷乐趣。
〔示例3〕——科学家德·索叙尔、恩格尔曼、萨克斯
德·索叙尔实验告诉我们，定量分析法在科学研究中的重要性，实验结果他认为是CO2和H2O乃是植物体有机物之来源。你同意他的观点吗？
1880年，德国科学家恩格尔曼（C.Engelmann）用水绵进行了也进行了光合作用的实验。提问：同学们分析一下，好氧细菌集中于叶绿体所有受光部位的周围，这说明了什么问题呢？在这个实验中，同学们注意以下几个问
35 ― ―
题：1．为什么选用水绵做为实验材料？2．为什么选用黑暗并且没有空气的环境？3．为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？
教师讲述：恩吉尔曼的实验巧妙地证明了光合作用的场所是叶绿体。
德国的又一位科学家萨克斯在1864年用紫苏进行实验。请同学们思考三个问题：1．为什么对紫苏先进行暗处理？ 2．为什么让紫苏的一半曝光，另一半遮光呢？ 3．这个实验的说明什么问题？
教师讲述：这一实验成功地证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。 〔反思〕
我们看到科学的研究方法都是带着问题和解决问题的基本思路，走进科学实验室的。三位科学家认真周密地观察，及时、仔细地记录，科学地分析、处理实验数据，这种严谨的操作规程是我们必须领会的。
〔示例4〕——光合作用的早期反应式
19世纪60年代，科学家总结出光合作用的反应式是怎样的？其特点是什么？能不能解决光合作用产生的氧是来自什么物质？
接下来，让学生了解1930年，美国微生物学家范尼特（van Niet）第一次提出光在光合作用中的作用是将水光解。同时认为光合作用放出的O2不是来源于CO2，而是来源于H2O。他假设绿色植物的光合作用反应式有什么特点？ 〔反思〕
知识具有相通性，我们的学习就是为了打好基础。教学中善于引导、启发学生，有助于学生打开思维模式，使学生视野更加开拓，使课堂教学充满活力。
〔示例5〕——氧气来源于水
希尔实验的要点是什么？教师引导学生注意希尔反应示意图？通过分析让学生自己证明该实验即使没有CO2存在（认识到试管中已抽取空气），O2也能产生。
20世纪30年代，物理学的重大突破极大地促了光合作用的研究，如同位素示踪(isotopic tracing)实验被应用于追踪光合作用中O2的来源。请学生跟着教师多媒体演示了解1941年鲁本（S.Ruben）制备的同位素标记的H2O和CO2分别进行光合作用实验，得出结论如何呢？
最后，让学生总结得出光合作用的完整反应式。 〔反思〕
化了很大的篇幅，重演了光合作用的研究史，由此可以看到，几代科学家历经二百多年，才对光合作用的生理过程有了比较清楚的认识。可见，科学的发展道路是很艰难，这里不仅包含着科学家们的艰辛劳动与智慧，还与社会科学技术的进步与发展密切相关。教学中借助了现代教学手段具有无可置疑的优越性，能留给学生较多的时空，拓展学生个性的发展。同时有助于培养学生实事求是的科学态度和培养学生分析问题、解决问题的能力。 〔示例6〕——作业指导
1．1773年英国科学家普里斯特利把一盒植物和一支点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻离罩中，发现植物能够长时间活着，蜡烛也不熄灭，这个实验不能直接说明（ ）
A．光合作用需要光 B．光合作用需要二氧化碳 C．光合作用释放氧气 D．光合作用需要水 分析：
本题是普利斯特利在1771年所做的实验：实验证明光照是关键因素，植物光下光合作用释放氧气，使小白鼠不容易窒息而死，同时小白鼠呼出二氧化碳，又提供光合作用的需要。而同光合作用需要水没有直接关系。 正确答案：D．
2．下面是光合作用实验过程
（1）选一株银边天竺葵，预先放在阴暗处两周夜后，再用2×2厘
18
18
图1
36 ― ―
米不透光的黑纸片用大头针别在这株天竺葵叶片的绿色部位上（如图1），然后将其放在阳光下照射6~8小时，剪下该叶片，并用瓶塞穿孔器分别在叶片的不同部位取A、B、C三个叶圆片（如图1）。
（2）把三个叶圆片放在装有酒精的试管里经热水浴脱色（如图2）。
简单的无机物还原为复杂的 。
A．水 B．CO2 C．ATP D．有机物 ⑤光合作用的反应式是： 。 分析：
由于C 部位处在天竺葵银边位置，此处无叶绿体，而B部位因遮光，故两者不进行光合作用，没有制造有机物， 而A部位叶绿体进行光合作用制造了有机物。光合作用是指绿色植物在有光条件下，在叶绿体内，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。
图2 图3 图4 （3）把经过脱色的叶圆片取出放在清水中漂洗（如图3）。
（4）再把经过漂洗的叶圆片放在白纸板上（如图4），然后用吸管吸取碘液，分别滴在三个叶圆片上。分析上述实验。
①在A、B、C三个叶圆片上，哪一个变
正确答案：①A变蓝，B、C不变蓝
②B没见光，不能进行光合作用、没淀粉产生 ③叶绿体
④反应式： 光能
6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+602
叶绿体 ⑤CO2，有机物
〔反思〕
蓝 ， 哪一个不变蓝 。
在高中学生参加的《生物学》各层次考试中，
②分析两个叶圆片不变蓝的原因：
有些知识点屡有混淆，有些题目的答错率总是较
③把叶圆片A切成薄片，制成装片在显微镜
高，通过典型例题的解析、点拨，使学生触类旁
下观察，发现细胞中分散着被染蓝色的结构
通，避免出现盲目性，减少失误。
是 。
④光合作用的最终结果，是把 这种
╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦ ╩╦
（上接第40页）
虽然本课在教学中由于没有估计到会发生的情况而影响了教学，但是我认为本课在探究性教学上还是取得了一定收获。
四、反思
1 探究性学习要根据的实际情况来制定教学计划，如学生已有的各种知识和生活经历等，不能脱离学生实际来进行，在本课教学中，结合了学生已学习的物理基本知识——圆周运动来设计教学。通过教学学生能积极参与到教学中，取得了较好的教学效果。
2 教学中教师要充分估计到各种可能会发生的情况，要早作准备，灵活应变，不能死守教学计划，本课教学中出现了预期中没有的问题，
如果教师就此打住的话，必将影响学生探究问题的热情，从而打击学生这方面的积极性，给以后的教学带来影响。
3 探究性教学是对教师现有知识结构的一种挑战，当今社会是信息爆炸的社会，各种媒体、网络信息学生随时能获取，学生在某方面的知识已经超过教师，因此教师要不断加强学习，只有学习才能不被日益变化的社会淘汰，才能跟上时代的步伐。
4 探究性学习改变了我们的学习方法和教学方法，但在具体的教学上是否都有必要进行探究性教学？我认为这要根据教材内容和学生实际来确定，不能一概而论，这样才能取得更好的教学效果。
37 ― ―