生物科学史素材教学-课件.ppt

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1、合理利用科学史素材促进探究性学习合理利用科学史素材促进探究性学习（1）例析科学史在生物课堂教学中的应用例析科学史在生物课堂教学中的应用 论文省一等奖论文省一等奖（2）光合作用光合作用 市级公开课市级公开课一、生命科学史的教育价值一、生命科学史的教育价值 生命科学史对于培养学生的生生命科学史对于培养学生的生物学素养乃至科学素养具有积极物学素养乃至科学素养具有积极的意义，在探究性学习中将发挥的意义，在探究性学习中将发挥重要的作用。重要的作用。（一）生命科学史揭示了人们思（一）生命科学史揭示了人们思考和解决生物学问题的思想历程考和解决生物学问题的思想历程 生命科学史展示了科学家所处的生命科学史展示了

2、科学家所处的时代背景，记录着科学家的思想以及时代背景，记录着科学家的思想以及思想转变，而科学家的思想以及思想思想转变，而科学家的思想以及思想转变与他们从事的科学探究是密切相转变与他们从事的科学探究是密切相关的。这对学习者形成正确的思想具关的。这对学习者形成正确的思想具有积极的教育意义。有积极的教育意义。（二）生命科学史展示了生命科（二）生命科学史展示了生命科学各个学科形成的历史学各个学科形成的历史 如遗传学的建立和发展经历了细胞遗如遗传学的建立和发展经历了细胞遗传学、群体遗传学、微生物遗传学和分子传学、群体遗传学、微生物遗传学和分子遗传学等阶段的发展。如果孟德尔不运用遗传学等阶段的发展。如果孟

3、德尔不运用数学知识对数据进行统计分析，就不能发数学知识对数据进行统计分析，就不能发现遗传规律；如果没有细胞学的发展，萨现遗传规律；如果没有细胞学的发展，萨顿就不能认识到遗传因子与染色体之间的顿就不能认识到遗传因子与染色体之间的联系；总之，如果不依靠各方面的知识，联系；总之，如果不依靠各方面的知识，就不可能打开解决问题的思路。就不可能打开解决问题的思路。（三）生命科学史揭示了自然（三）生命科学史揭示了自然科学的本质科学的本质 自然科学从本质上表现出以下特征：自然科学从本质上表现出以下特征：定量化、观察、实验、科学过程、在定量化、观察、实验、科学过程、在自我更正中完善和积累。自我更正中完善和积累。

4、定量化的特点是将生命科学和数学结合在一定量化的特点是将生命科学和数学结合在一起。观察与实验是生命科学的基石。生命科学起。观察与实验是生命科学的基石。生命科学史显示了产生每个知识点的科学过程。生命科史显示了产生每个知识点的科学过程。生命科学也是在自我更正的过程中积累和进步的。从学也是在自我更正的过程中积累和进步的。从进化论的发展可以看出，生命科学知识是在科进化论的发展可以看出，生命科学知识是在科学家对前人的结论不断质疑、不断证实的基础学家对前人的结论不断质疑、不断证实的基础上进行自我更正的过程中积累起来的。了解生上进行自我更正的过程中积累起来的。了解生命科学史，对培养研究者和学习者的批判性思命科

5、学史，对培养研究者和学习者的批判性思维是有积极意义的，同时也能加深学习者正确维是有积极意义的，同时也能加深学习者正确认识绝对真理和相对真理的关系，从事实中提认识绝对真理和相对真理的关系，从事实中提高哲学素养。高哲学素养。（四）生命科学史是前人探究生（四）生命科学史是前人探究生物学知识的科学过程史物学知识的科学过程史 每一个知识点的产生过程，就是每一个知识点的产生过程，就是一个探究的过程。学习生命科学史是一个探究的过程。学习生命科学史是能够把结论和过程方法兼顾统一起来能够把结论和过程方法兼顾统一起来的有效途径之一，这样做不仅有助于的有效途径之一，这样做不仅有助于了解每个知识点的来龙去脉，而且从了

6、解每个知识点的来龙去脉，而且从其中的一些典型事件中可以学习到前其中的一些典型事件中可以学习到前人的科学探究方法。人的科学探究方法。（五）生命科学史展示了人们（五）生命科学史展示了人们的合作过程的合作过程 DNA双螺旋结构的问题表明从事双螺旋结构的问题表明从事不同学科研究的人，掌握的知识和技不同学科研究的人，掌握的知识和技术是不同的，而且不同学科背景的人术是不同的，而且不同学科背景的人带来了不同的思维方式，他们的合作带来了不同的思维方式，他们的合作为解决问题提供了不同的思路，他们为解决问题提供了不同的思路，他们在解决问题中相互启发，相互补充，在解决问题中相互启发，相互补充，相互促进，同时共享了研

7、究成果。相互促进，同时共享了研究成果。（六）生命科学史展示了各种观（六）生命科学史展示了各种观点的碰撞和论争过程点的碰撞和论争过程 生命科学史展示了在探究知识的生命科学史展示了在探究知识的过程中科学家所持观点之间的碰撞和过程中科学家所持观点之间的碰撞和论争，在碰撞与论争中，知识得到不论争，在碰撞与论争中，知识得到不断的澄清。断的澄清。如针对由什么物质引起发酵的问题，李比如针对由什么物质引起发酵的问题，李比希和巴斯德展开了争论。巴斯德提出酿酒希和巴斯德展开了争论。巴斯德提出酿酒中发酵是由于酵母细胞的存在，没有活细中发酵是由于酵母细胞的存在，没有活细胞的存在，糖类是不可能变成酒清的；李胞的存在，糖

8、类是不可能变成酒清的；李比希坚持认为引起发酵的是酵母细胞中的比希坚持认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡并且裂解之后才能发挥作用。并且裂解之后才能发挥作用。1897年毕希年毕希纳用实验证明了李比希认为引起发酵的是纳用实验证明了李比希认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质的观点是对的。酵母细胞中的某些物质的观点是对的。（七）生命科学史展示了成功的（七）生命科学史展示了成功的实验与选择合适的实验对象是分不实验与选择合适的实验对象是分不开的开的 孟德尔选择了豌豆；摩尔根选择孟德尔选择了豌豆；摩尔根选择了果蝇；细胞学说的创始人施旺选用了果蝇

9、；细胞学说的创始人施旺选用具有相似于植物细胞壁的动物脊索细具有相似于植物细胞壁的动物脊索细胞和软骨细胞。胞和软骨细胞。由以上事例说明了选择合适的研究对由以上事例说明了选择合适的研究对象对解决问题非常关键。这些事实给象对解决问题非常关键。这些事实给予我们的启示是：基础教育阶段生物予我们的启示是：基础教育阶段生物新课程中的探究教学，也涉及选择探新课程中的探究教学，也涉及选择探究对象的问题，要解决好探究问题，究对象的问题，要解决好探究问题，必须先选择好探究对象。必须先选择好探究对象。（八）生命科学史呈现着科学家（八）生命科学史呈现着科学家的科学态度、科学精神和科学世界的科学态度、科学精神和科学世界观

10、观 科学态度就是实事求是；科学精科学态度就是实事求是；科学精神就是敢于怀疑、敢于求真、敢于创神就是敢于怀疑、敢于求真、敢于创新；科学世界观就是要认识到世界是新；科学世界观就是要认识到世界是可知的，同时还要关注科技发展对社可知的，同时还要关注科技发展对社会的影响，养成负责任的态度。会的影响，养成负责任的态度。二、科学史融入学科教学的原则二、科学史融入学科教学的原则 （一）少而精原则（一）少而精原则 如介绍发现如介绍发现DNA是遗传物质的科学史实时，是遗传物质的科学史实时，教材采用资料分析的方法，呈现这一发现的科教材采用资料分析的方法，呈现这一发现的科学背景和大致历程，然后再引导学生从科学哲学背景

11、和大致历程，然后再引导学生从科学哲学、科学方法、科学精神、科学态度及实验技学、科学方法、科学精神、科学态度及实验技术等角度思考问题。重要的不是使所有学生都术等角度思考问题。重要的不是使所有学生都能得出标准答案，而是使学生能够从一个科学能得出标准答案，而是使学生能够从一个科学史实出发，通过不同角度的分析，从科学前辈史实出发，通过不同角度的分析，从科学前辈那里汲取营养，用以提高自己的科学素养与人那里汲取营养，用以提高自己的科学素养与人文素养。文素养。（二）循序渐进原则（二）循序渐进原则 由表及里，重在引导学生对科学史作由表及里，重在引导学生对科学史作出理性的评价与分析。出理性的评价与分析。（三）价

12、值优先原则（三）价值优先原则 能给学生多方面启迪，避免为写能给学生多方面启迪，避免为写历史而写历史的内容就具有较高教育历史而写历史的内容就具有较高教育价值。价值。三、实例三、实例诺贝尔奖曾被先后六次授予从事光合诺贝尔奖曾被先后六次授予从事光合作用研究并作出杰出贡献的科学家作用研究并作出杰出贡献的科学家 19151915年诺贝尔奖化学奖年诺贝尔奖化学奖 德国德国 威尔施泰特威尔施泰特 研究叶绿素研究叶绿素19371937年诺贝尔奖化学奖年诺贝尔奖化学奖 瑞士瑞士 卡勒因卡勒因 研究胡萝卜素研究胡萝卜素19611961年诺贝尔奖化学奖年诺贝尔奖化学奖 英国英国 卡尔文卡尔文 发现卡尔文循环发现卡尔

13、文循环19781978年诺贝尔奖化学奖年诺贝尔奖化学奖 英国英国 米切尔米切尔 化学渗透学说、光合化学渗透学说、光合作用作用ATPATP形成的机理形成的机理19881988年诺贝尔奖化学奖年诺贝尔奖化学奖 德国德国 戴森霍弗、胡贝尔、米歇尔戴森霍弗、胡贝尔、米歇尔 研究光合作用反应中心研究光合作用反应中心19701970年诺贝尔奖化学奖年诺贝尔奖化学奖 阿根廷阿根廷 卢伊斯卢伊斯 费德里科费德里科 莱洛莱洛伊尔伊尔 发现碳核苷酸在生物合成碳水化合物过程的作用发现碳核苷酸在生物合成碳水化合物过程的作用重温光合作用的研究历史重温光合作用的研究历史领会知识的形成过程领会知识的形成过程感悟科学家的思想

14、和方法感悟科学家的思想和方法1 1、总方程式的提出、总方程式的提出2 2、光反应和暗反应（碳反应）的确定、光反应和暗反应（碳反应）的确定3 3、光合作用机理的研究（卡尔文实验、光、光合作用机理的研究（卡尔文实验、光合作用单位、光合作用中心、电子传递、光合作用单位、光合作用中心、电子传递、光合磷酸化等）合磷酸化等）4 4、最新的一些研究成就、最新的一些研究成就光合作用的研究历程光合作用的研究历程光合作用总方程式的提出1642 1642 海尔蒙特海尔蒙特1771 1771 普利斯特利普利斯特利1779 1779 英格豪斯英格豪斯1864 1864 萨克斯萨克斯1880 1880 恩吉尔曼恩吉尔曼时

15、间时间科学家科学家大概结论大概结论16421642海尔蒙特海尔蒙特17711771普利斯特利普利斯特利17791779英格豪斯英格豪斯1864萨克斯萨克斯1880恩吉尔曼恩吉尔曼光合作用原料有水植物可以更新空气植物可以更新空气只有在光照下，绿叶才能更新空气只有在光照下，绿叶才能更新空气光合作用需要光，产物还有淀粉光合作用需要光，产物还有淀粉氧气是叶绿体释放出来的，氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所叶绿体是光合作用的场所光合作用场所：光合作用场所：光合作用条件：光合作用条件：光合作用原料：光合作用原料：光合作用产物：光合作用产物：叶绿体光二氧化碳、水 有机物、氧气CO2H2O （CH

16、2O）O2光能光能叶绿体叶绿体 光反应和暗反应(碳反应)两个阶段的确定19371937年年 希尔希尔 19411941年年 鲁宾和卡门鲁宾和卡门2020世纪世纪5050年代中年代中 San San PietroPietro2020世纪初世纪初 中中 布莱克曼、瓦伯格布莱克曼、瓦伯格19541954年年 阿农阿农1937 1937 英国英国 希尔希尔 希尔反应希尔反应从叶片中分离出叶绿体从叶片中分离出叶绿体,然后在加入希尔氧化剂如然后在加入希尔氧化剂如2,62,6D(D(一种染一种染料料,氧化态氧化态(A)(A)时为蓝色还原态时为蓝色还原态(AH2)(AH2)为无色为无色).).在无在无CO2C

17、O2存在下进行存在下进行照光，发现照光，发现2,6D由蓝色变为无色由蓝色变为无色,并并有有O2O2产生。产生。2H2O+2A 2AH2+O2 光光叶绿体叶绿体蓝色蓝色 无色无色希尔反应说明：希尔反应说明：（1 1）光合作用的单位）光合作用的单位(场所场所)是什么是什么?（2 2）在光合作用）在光合作用H2OH2O被分解成被分解成O2O2和氢，氢具有什么特性？和氢，氢具有什么特性？（3 3）在光合作用产生）在光合作用产生O2O2时不一定需要什么的参加？时不一定需要什么的参加？（4 4）说明）说明H2OH2O的分解与的分解与CO2CO2的利用可能是几个过程？的利用可能是几个过程？希尔第一次明确把光

18、合作用过程区分为两个阶段希尔第一次明确把光合作用过程区分为两个阶段19411941年年,美国科学家美国科学家鲁宾鲁宾(Ruben)(Ruben)和和卡门卡门(KamenKamen)利用同位素利用同位素18O18O标记的标记的CO2CO2进行光合作用证明了进行光合作用证明了O2O2来至来至H2OH2O分解。分解。2020世纪世纪5050年代中年代中,San San PietroPietro 等证明叶绿体光下等证明叶绿体光下进行希尔反应可还原辅酶进行希尔反应可还原辅酶(NADP+),(NADP+),形成还形成还原性辅酶原性辅酶（NADPHNADPH），肯定了它是光合作用重），肯定了它是光合作用重要

19、的能量转换反应产物。要的能量转换反应产物。2020世纪初世纪初英国的英国的布莱克曼（布莱克曼（BlackmanBlackman）、德国的、德国的瓦伯瓦伯格格(O.WarburgO.Warburg)等人在研究光强、温度和等人在研究光强、温度和CO2CO2浓度对光浓度对光合作用影响时发现合作用影响时发现,在弱光下增加光强能提高光合速在弱光下增加光强能提高光合速率，但当光强增加到一定值时，再增加光强则不再提率，但当光强增加到一定值时，再增加光强则不再提高光合速率。这时要提高温度或高光合速率。这时要提高温度或CO2CO2浓度才能提高光浓度才能提高光合速率。按照光化学原理，光化学反应是不受温度影合速率。

20、按照光化学原理，光化学反应是不受温度影响的，而一般的化学反应则和温度有密切关系。响的，而一般的化学反应则和温度有密切关系。用藻类进行闪光试验，在光能量相同的前提下，一用藻类进行闪光试验，在光能量相同的前提下，一种用连续照光，另一种用闪光照射，中间隔一定暗种用连续照光，另一种用闪光照射，中间隔一定暗期，发现后者光合效率是连续光下的期，发现后者光合效率是连续光下的200%200%400%400%。布莱克曼将布莱克曼将光合作用分为需光的光反应和不需光的光合作用分为需光的光反应和不需光的暗反应两个阶段暗反应两个阶段 两则材料说明什么两则材料说明什么?19541954年年美国科学家美国科学家阿农阿农(D

21、.I.ArnonD.I.Arnon)等等发现在光下的发现在光下的叶绿体，不供给叶绿体，不供给CO2时，既积累时，既积累NADPH也积累也积累ATP；进一步，撤去光照，供给；进一步，撤去光照，供给CO2，发现，发现NADPH和和ATP被消耗，并有有机物（被消耗，并有有机物（CH2O）产生。）产生。思考思考:光反应和碳反应之间的关系光反应和碳反应之间的关系?HH2 2OO光光光光ATPATPNADPHNADPHOO2 2COCO2 2糖糖糖糖光反应光反应光反应光反应碳反应碳反应碳反应碳反应光反应和碳反应的关系：光反应和碳反应的关系：对光合作用机理的深入研究碳反应的研究碳反应的研究（卡尔文实验）（卡

22、尔文实验）美国加州大学贝克利分校美国加州大学贝克利分校的马尔文的马尔文卡尔文与他的同事卡尔文与他的同事们在们在2020世纪世纪4040年代到年代到5050年代中年代中期期,利用利用C14C14标记的标记的CO2CO2研究一研究一种小球藻藻，以确定该植物在种小球藻藻，以确定该植物在光合作用中如何进行碳反应。光合作用中如何进行碳反应。经经9 9年左右的时间年左右的时间,他终于弄清他终于弄清了光合作用中二氧化碳同化的了光合作用中二氧化碳同化的循环式途径，被称为卡尔文循循环式途径，被称为卡尔文循环。为此，他被授予环。为此，他被授予19611961年度年度的诺贝尔化学奖金。的诺贝尔化学奖金。1 1、卡卡

23、尔尔文文以以小小球球藻藻为为主主要要研研究究对对象象,利利用用14CO214CO2饲饲喂喂植植物物经经过过不不同同时时间间的的照照光光(数数秒秒直直至至数数十十分分钟钟)后后，迅迅速速将将小小球球藻藻放放进进沸沸酒酒精精中中杀杀死死，使使酶酶反反应应终终止止，提提取取产产物物利利用用行行双双向向纸纸层层析析法法技技术术分分离离,利利用用利利用用放放射射自自显显影影法法鉴鉴定定放放射射性性碳碳存存在在于于哪哪些些化化合合物物中中。在在3030秒秒光光照照后后，卡卡尔尔文文找找到到了了C3C3、C5C5和和C6C6、C7C7等等2020余余种种带带有有14C14C标标记记的的化化合合物物。当当把把

24、光光照照时时间间缩缩短短为为5 5秒秒时时，一一种种C3(C3(磷磷酸酸甘甘油油酸酸)占占全全部放射性的部放射性的9090思考思考:(1)(1)卡尔文运用了那些研究方法？卡尔文运用了那些研究方法？(2)(2)被标记的碳元素首先出现在哪一种化合物中？说被标记的碳元素首先出现在哪一种化合物中？说明了什么明了什么?2 2、在实验中，卡尔文发现在光照和、在实验中，卡尔文发现在光照和二氧化碳的供应二氧化碳的供应下下一种一种C C3 3（三磷酸甘油酸，（三磷酸甘油酸，PGAPGA）和和C C5 5（核酮糖二磷酸，（核酮糖二磷酸，RUBPRUBP）很快达到饱和并保持稳定。但当把灯关掉后，保很快达到饱和并保持

25、稳定。但当把灯关掉后，保持二氧化碳的供应，持二氧化碳的供应，C C3 3 的浓度急速升高，同时的浓度急速升高，同时C C5 5 的浓的浓度。如果在保持光照下突然中断二氧化碳的供应，则度。如果在保持光照下突然中断二氧化碳的供应，则C C5 5 就积累起来，就积累起来，C C3 3 就急速降低。就急速降低。思考：思考：1 1、C3 C3 与与C5C5之间是怎样的关系？之间是怎样的关系？2 2、在碳反应中物质转变是怎样一个过程？、在碳反应中物质转变是怎样一个过程？碳反应过程（卡尔文循环）碳反应过程（卡尔文循环）33615固固定定还还原原再再生生碳反应中的物质变化碳反应中的物质变化CO2的固定：的固定

26、：C3的还原：的还原：C5（RuBP）的再生：）的再生：5 三碳糖三碳糖 3 C5ATP ADPNADPH NADP+6 三碳糖三碳糖6C33C5（RuBP）+3CO2 6 C3（3-磷酸甘油酸）磷酸甘油酸）光合作用总方程式的提出1642 1642 海尔蒙特海尔蒙特1771 1771 普利斯特利普利斯特利1779 1779 英格豪斯英格豪斯1864 1864 萨克斯萨克斯1880 1880 恩吉尔曼恩吉尔曼 光反应和暗反应(碳反应)两个阶段的确定19371937年年 希尔希尔 19411941年年 鲁宾和卡门鲁宾和卡门2020世纪世纪5050年代中年代中 San San PietroPietro2020世纪初世纪初 中中 布莱克曼、瓦伯格布莱克曼、瓦伯格19541954年年 阿农阿农碳反应的研究2020世纪世纪4040年代到年代到5050年代中期年代中期 卡尔文研究小组卡尔文研究小组