师：同学们好，今天由我带领大家学习植物光合作用的发现，这里面有许多科学家的故事。人们对植物光合作用的研究，最早是从发现植物由小长大开始的。下面请观看小视频，看看向日葵是怎样由小长大的。
从视频中能看到，一粒种子在适宜环境中会萌发、长大，有的甚至能长成数十米高的参天大树。有些植物在适合的生长季节生长速度惊人，比如玉米在拔节期一天大约能长高8厘米，大母竹曾创下一天长高41厘米的纪录。同学们，你们有没有想过植物生长所需的营养来自哪里？植物是否像人类一样，需要从外界获取食物？植物所需的能量又来自何处？这些问题困扰人们很久了。最先提出假设的是亚里士多德，他是2000多年前古希腊伟大的哲学家。他认为自然界由土壤、空气、水、火四种单一且不可分割的元素组成。他通过观察发现植物从土壤中生长并不断长大，于是提出植物由土壤构成，还觉得植物的根如同动物的头，不断从土壤中获取营养。大家认为他的假设合理吗？你们的猜测是什么？打算怎样验证自己的猜测？
生：可以通过实验来验证。
师：17世纪有位名叫范海尔蒙特的科学家，对亚里士多德的观点提出了质疑，他认为植物的营养并非来自土壤，而是来自水。为验证假设，他设计并完成了实验。他是怎么做的呢？请看这幅图，他取来烘干后称重100千克的土壤和2.5千克的小柳树，找来一只大木桶，将土壤倒入，再把小柳树栽进去。在接下来的5年里，他只浇几乎不含养料的雨水或蒸馏水。为避免外界尘土干扰，还做了个木盖盖在大木桶上。同学们，通过观察他的实验设计和装置，你们认为他实验中的问题和假设分别是什么？
生：实验提出的问题是植物生长所需要的营养来自于土壤吗？做出的假设是植物生长所需要的营养来自于水。
师：非常好，那他接下来是怎样设计实验的呢？我们看看他使用的实验材料和装置，有土壤、小柳树、水、木桶，还有用于称重的秤。显然，他是希望对比前后土壤和小柳树重量的变化来验证假设。是这样吗？我们继续看，5年以后小柳树长大了，范海尔蒙特对土壤烘干后称重，发现土壤只减少了0.1千克，而小柳树足足增加了80千克。根据实验结果，他得出结论：水是植物生长的因子。现在我们对比一下亚里士多德和范海尔蒙特的做法，亚里士多德仅依据生活经验做出假设，而范海尔蒙特不仅提出假设，还设计并完成实验，通过较为准确的数据验证想法。由此可见，在科学探究中，我们不能只停留在想法上，还应按照科学探究的一般方法设计并实施实验，这样才能一步步接近真理。
那么，范海尔蒙特的结论完全可靠吗？大家想一想，他在实验中有没有控制单一变量呢？
生：范海尔蒙特在当时有突破，但也受时代限制，他没重复实验，忽视了蒸腾散失的水分，忽略了土壤减少的100克的作用，还忘了计算4个秋季落叶的重量，也忽略了光和空气的作用。
师：非常棒，虽然范海尔蒙特在化学理论和实践上有贡献，但他确实忽视了空气对植物的影响。其实早在1637年，我国明代科学家宋应星在《论气》一文中就提出气体对植物有影响，他说“人所食物皆为气所化，故富于气耳”，但因当时科技水平限制，未能通过实验证明。1727年，英国植物学家斯蒂芬·黑尔斯提出植物生长时主要以空气为营养的观点。
那最先通过实验研究气体对植物影响的科学家是谁呢？是18世纪英国著名化学家约瑟夫·普里斯特莱，他对空气很感兴趣，思考着不少有关空气的问题。比如，密闭容器中的小鼠为什么很快死去？容器中有空气，小鼠为何不能一直活下去？学生时代他参观啤酒厂，发现一种能使燃着木条熄灭的气体存在于发酵车间盛装啤酒的大木桶里，他怀疑有多种空气。注意，当时科技还无法分析空气成分。普里斯特莱为研究这些问题，做了许多有趣的实验。请看微课。
在普利斯特莱设计的第一组实验中，他将一支燃着的蜡烛和一只老鼠分别放到能照射到阳光的密闭玻璃钟罩内。一段时间后，蜡烛熄灭，老鼠也死去。接着他设计了第二组实验，把一盆绿色植物放到能照射到阳光的密闭玻璃钟罩内，一段时间后，植物也死去。
善于思考钻研的普利斯特莱想到动物会在污浊空气中死去，那植物呢？于是他又设计了第三组实验，将一支燃着的蜡烛和一盆绿色植物放到一个密闭玻璃钟罩内，把老鼠与一盆绿色植物放到另一个密闭玻璃钟罩内，让两个密闭玻璃钟罩都能照射到阳光。一段时间后，他惊讶地发现蜡烛还在燃烧，老鼠也活着。大家能解释一下吗？
生：通过对照实验一和实验三，能发现植物可以更新由蜡烛燃烧和小鼠呼吸而变坏的空气。对照实验二和实验三，可以发现蜡烛燃烧和小鼠呼吸产生的气体是植物生存所需的原料。
师：当时科学家把一切气体都叫空气，为确定有多少种空气，普利斯特莱多次重复实验，最后得出结论：植物在缓慢生长过程中可以更新空气，改变空气组成。但奇怪的是，后来许多科学家重复普利斯特莱实验时，有些得到了完全相反的结论。这是怎么回事呢？1779年，荷兰生物学家英格豪斯试图研究其中奥秘，他在重复普利斯特莱实验的基础上，又增加了一组实验。他是怎么做的呢？请看微课。大家想一想，他的结论是什么？
生：英格豪斯的实验证实了普利斯特莱的实验结果，确认绿色植物对污浊空气有解毒能力，且这种能力的活性并非因植物缓慢生长，而是太阳光照射植物的结果。他还发现植物释放气体的能力很强，与天气晴朗程度有关，尤其与植物受光照强度呈正相关。所以得出结论，绿色植物只有在光的照射下才能更新空气。他通过进一步实验还发现植物的叶片和绿色枝条在光下可以更新空气，而其他器官即使在白天也会使空气变污浊。