【教学设计】《能量之源—光与光合作用》（生物人教必修1）.docx

能量之源光与光合作用高台一中 罗福海u 设计思路本节课首先由生活中的常见实例引入。PPT展示正常苗和白化苗的生长情况。思考：为什么正常幼苗能进行光合作用制造有机养料，而白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料？以问题探讨形式开始本节内容的学习，激发学生积极讨论，引入教学主题：能量之源光与光合作用。根据教材的实际需求把要完成的教学内容分解成层次由浅入深的各个小目标，让学生去感知教材，链接生活，最大限度的使学生动口、动手、动脑，把学习的主动权交给学生。本节课利用多媒体资源对学生进行引导，让学生一边思考一边小结本节课的知识结构，起“温故而知新”的作用。更重要的是让学生把新知识与旧知识联系，形成新的概念，在自己的认知结构中进行重组，完善知识结构。教师按小组巡视并检查学生对问题的解决情况，收集学生的学习信息，及时引导，点拨，利用教学中预设的各个层次的问题，引导学生积极思考，养成良好的思维习惯。诊断反馈环节是贯穿本模式的一条主线。 从形式上看，练既可以是综合、书面的，也可以是整体、口头的； 从内容上看，既可以是知识掌握，也可以是思维训练；既可以是巩固强化，也可以迁移延伸；从教学程序上看，主要是安排在新课结束后巩固所学、迁移知识、培养能力，但也可以安排在新课开始前的导入性训练。u 教材分析能量之源光与光合作用是人教版必修1分子与细胞中第5章第4节的内容。绿色植物的新陈代谢包括水分代谢、矿质代谢、有机物和能量的代谢三个部分，其中有机物和能量的代谢是通过光合作用和呼吸作用共同实现的。光合作用是合成有机物、储存能量的过程，呼吸作用是分解有机物、释放能量的过程。绿色植物的光合作用具有非常重要的意义，是生物界最基本的新陈代谢，同时，光合作用对前面学过的（细胞、ATP、酶等）知识的复习、巩固，对后面的（动物的新陈代谢等）知识的学习具有承上启下的作用。因此，使学生牢固掌握光合作用这一部分知识非常重要。光合作用部分共有五个问题：光合作用的概念、叶绿体中的色素、光合作用的过程、实质、意义。重点是叶绿体中的色素、光合作用的过程和意义，难点是光合作用的过程。u 教学目标【知识与能力目标】1了解光合作用的概念、实质；2掌握叶绿体中色素的种类和作用；3掌握光合作用的过程和意义；4说出光合作用原理的应用。【过程与方法目标】1通过对光合作用发现史的学习，了解科学家的科学思维方法；2通过实验（含设计），培养学生初步的研究能力；尝试探究影响光合作用强度的环境因素；3利用精心设计的光合作用过程的多媒体动画，培养学生的比较、归纳、综合能力；4利用巧妙设计的练习题，提高学生分析、解决问题的能力。【情感态度价值观目标】1通过了解光合作用原理在农业生产上的应用，使学生认识生命科学的价值，从而乐于学习生命科学；2结合教学内容，对学生进行科学史教育，树立辩证唯物主义的世界观、科学观，增强环保意识。u 教学重难点【教学重点】1绿叶中色素的种类和作用。；2光合作用的概念及研究历史；3光反应、暗反应过程及相互关系；4光合作用原理的应用。【教学难点】1色素的提取和分离实验操作；2光反应、暗反应过程；3探究影响光合作用强度的环境因素。u 课前准备1多媒体课件；教具。2学生完成相应预习内容。3学生课前查阅相关背景资料，搜集有关资料。u 教学过程第1课时环节一：课程导入情景导入：PPT展示正常苗和白化苗的生长情况。思考：为什么正常幼苗能进行光合作用制造有机养料，而白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料？引出：光合作用需要色素去捕获光能。进行本节课的学习。【设计意图】通过问题情境的创设引出课题，吸引学生注意，激发学生学习探究的欲望。环节二：讲授新课一、捕获光能的色素讲述：光合作用将光能转换为细胞能够利用的化学能，依赖细胞叶绿体的色素捕获光能。绿叶中有哪些色素？（一）实验：绿叶中色素的提取和分离讲解实验原理、方法步骤，让学生进行实验，讨论结果，得到结论。1.实验原理（1）提取原理 ：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇（或丙酮）中，用无水乙醇提取色素。（2）分离原理 ：纸层析法：绿叶中色素在层析液(汽油)中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同，这样，绿叶中的色素就在扩散过程中分离开。2.实验步骤（1）提取色素：称取5 g的绿叶，剪碎，放入研钵中加入少量SiO2、CaCO3和10 mL无水乙醇，研磨过滤将滤液收集到试管内并塞严试管口。（2）分离色素制备滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成略小于试管长和直径的滤纸条，将滤纸条一端剪去两角，在距离剪角一端1 cm处用铅笔画一条细的横线。画滤液细线：用毛细吸管吸取少量的滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待滤液干后，再画一两次。纸层析：将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条轻轻插入层析液中，用棉塞塞紧试管口，装置如图所示：3.实验结果：滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带：【设计意图】明确色素的提取原理和步骤，进行绿叶中色素的提取和分离实验操作。（二）色素的吸收光谱展示色素吸收光谱图解，引导学生对比分析，得到结论。结论：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。【知识归纳】绿叶中的色素【设计意图】总结主干知识，形成知识体系。【典型例题】从新鲜的菠菜叶片提取叶绿体色素，发现提取液明显偏黄绿色，最可能的原因是（ ） A加入的石英砂太多 B没有加入碳酸钙C用脱脂棉过滤不彻底 D一次加入过多无水乙醇【答案】B【设计意图】通过对应训练，突破难点，掌握知识。二、叶绿体的结构和功能1.叶绿体的结构引导学生观察叶绿体结构图，认同叶绿体是光合作用的场所。(1)结构：一般呈扁平的椭球形或球形，外部有双层膜，内部的基粒是由类囊体堆叠而成的。(2)色素和酶的分布：吸收光能的色素分布于类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和基质中。2.叶绿体的功能 让学生完成教材“资料分析：叶绿体的功能”，讨论回答问题。资料：1880年，美国科学家恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细光束照射水绵。发现细菌只向叶绿体被光速照射的部位集中；如果临时装片暴露在光下，细菌则分别在叶绿体所有受光部位。【设计意图】说出叶绿体的结构，认同叶绿体是光合作用场所。讨论题：恩格尔曼实验的巧妙之处。（1）为什么选用水绵和好氧细菌做为实验材料？水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察分析研究。好氧细菌能指示释放氧的部位。（2）为什么选用黑暗并且没有空气的环境？ 先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验中光线和氧的影响，确保实验的准确性。（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？能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。【典型例题】 下列关于叶绿体的描述，正确的是（ ）A叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光B光学显微镜可以观察到类囊体 C叶绿体外表的双层膜上具有叶绿素和酶D基粒由类囊体堆叠而成 【答案】D【设计意图】通过对应训练，突破难点，掌握知识。环节三：课堂总结共同回顾归纳本节主干知识：一、捕获光能的色素1.绿叶中的色素种类 实验：绿叶中色素的提取和分离2.绿叶中色素吸收的光谱3.存在：叶绿体二、叶绿体的结构和功能1.形态 2.结构3.类囊体与色素分布 4.功能：光合作用的场所【设计意图】回顾归纳本节主干知识，突破重点。第2课时环节一：课程导入温故知新：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放氧气的过程。 人们得出这一认识经历了漫长的探索历程；对光合作用更深层次的探索，目前仍在进行。【设计意图】通过对上一节课知识的回顾，巩固已学知识，为本节课奠定基础。环节二：讲授新课一、光合作用的探究历程逐个展示几个主要的探索历程资料，引导学生分析，关注对照实验的变量控制和对照组设置，并总结相关阶段的研究成果或观点。着重讲解同位素追踪氧元素走向和碳元素走向的实验，列表呈现相关内容，学生讨论回答问题。1.PPT展示历程：时间发现者实验对照结论1771年普利斯特利（英国）小鼠与绿色植物放在玻璃罩内不易窒息而死点燃的蜡烛与绿色植物放在玻璃罩内不易熄灭植物可以更新空气1864年萨克斯（德国）绿色叶片（暗处）消耗营养 （曝光）酒精去除色素后，用碘液处理呈深紫蓝色绿色叶片（暗处）消耗营养 （遮光）酒精去除色素后，用碘液处理无颜色变化绿色植物叶片在光合作用中产生了淀粉且光合作用需要光照1939年鲁宾和卡门（美国）向绿色植物提供H218O、CO2，释放的氧是18O2向绿色植物提供H2O、C18O2，释放的氧是O2光合作用释放的O2全部来自于H2O1880年恩格尔曼（美国）把载有水绵和好氧细菌临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵把实验组的临时装片完全暴露在光下O2是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。20世纪40年代卡尔文（美国）用14CO2供给小球藻进行光合作用，通过控制供给14CO2的时间和对中间产物的分析探明了CO2转化成葡萄糖的途径【设计意图】概述光合作用研究历史。认同科学是在不断观察、实验、继承、争论中不断向前发展的。2.光合作用的探究历程中的几个重要实验分析（1）普利斯特利的实验实验过程及现象：密闭玻璃罩绿色植物蜡烛（不易熄灭）或小鼠（不易窒息死亡）。实验分析缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。限于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。（2）萨克斯的实验实验过程及现象黑暗中饥饿处理的绿叶一半曝光用碘蒸气处理变蓝，另一半遮光用碘蒸气处理不变蓝。实验分析设置了自身对照，自变量为照光和遮光，因变量是颜色变化（有无淀粉生成）。实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。为了使实验结果更明显，在用碘处理之前应用热酒精对叶片进行脱绿处理。本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明了光是光合作用的必要条件。（3）鲁宾和卡门的实验实验过程及结论H218OCO2植物18O2；H2OC18O2植物O2。光合作用释放的O2全部来自水。实验分析设置了对照实验，自变量是标记物质（H218O和C18O2），因变量是O2的放射性。（4）恩格尔曼的实验选择水绵作为实验材料的原因是：水绵有带状叶绿体，螺旋分布在细胞中，便于观察和分析。将临时装片放在黑暗和无空气的环境中是为了排除环境中光线和O2的影响。设置细光线和好氧菌的好处：能够准确判断出水绵细胞中产生氧气的部位。【设计意图】通过光合作用探究史，学会控制变量、设立对照和重复实验。【典型例题】 某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。其中，没有出现蓝色的部位是（ ） 【答案】B【设计意图】通过对应训练，突破难点，掌握知识。二、光合作用的过程1.光反应和暗反应（1）展示光合作用过程动画，讲解光反应和暗反应物质变和能量转换以及二者之间的联系。光反应暗反应条 件必须在光下有光、无光都可以场 所叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质物质转化水光解2H2O4HO2ATP的合成ADPPiATPCO2的固定CO2C52C3C3的还原2C3(CH2O)C5H2O能量转化光能电能活跃化学能，并储存在ATP中ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能关 系光反应为暗反应提供H和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi；没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成【设计意图】说明光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。2.光合作用反应式引导学生通过分析光反应和暗反应过程物质变化，从元素角度理解反应物二氧化碳和水与生成物糖类、水和氧气之间的关系。【设计意图】从元素角度理解光合作用物质变化。【典型例题】 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（ ）A.红光，ATP下降 B.红光，未被还原的C3 上升B.绿光，H下降 D.绿光，C5 上升 【答案】C【设计意图】通过对应训练，突破难点，掌握知识。光合作用的意义：把无机物合成有机物-制造有机物的“绿色工厂”将光能转换成化学能，贮存在有机物中-巨型能量转换站维持了大气成分的基本稳定-空气净化器【设计意图】学习光合作用的意义。三、化能合成作用展示硝化细菌化能合成作用过程，讲解自然界除了光合作用，还存在另外一种自养型化能合成作用。讲解：自然界中的某些细菌，能够利用环境中的某些无机物氧化分解时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用称化能合成作用。【设计意图】知道化能合成作用。环节三：课堂总结共同回顾归纳本节主干知识：【设计意图】回顾归纳本节主干知识，突破重点。第3课时环节一：课程导入温故知新：展示光合作用过程图解，让学生思考影响光合作用强度的因素有哪些？。 【设计意图】通过对上一节课知识的回顾，巩固已学知识，为本节课奠定基础。环节二：讲授新课一、光合作用强度讲述：农业生产许多增加农作物产量的措施，都是为了提高光合作用强度。引导学生回忆光合作用过程，分别讲解光合作用强度的概念、表示方法和计算公式。1.概念：通常用光合速率表示，指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的量。2.表示方法：单位时间内光合作用产生有机物的量；单位时间内光合作用产生有机物的量；单位时间内光合作用放出O2的量。3.计算：真正光合速率=净光合速率+呼吸速率【设计意图】知道光合速率的表示和计算。二、影响光合作用强度的因素讲述：影响光合作用强度的因素有外因和内因，内因由自身遗传物质决定，外因主要为光、二氧化碳、温度、水、矿质元素等。农业生产主要通过调控光、二氧化碳、温度、水、矿质元素等来增加光合作用强度，从而提高产量。1.实验：探究环境因素对光合作用强度的影响 讲解参考案例探究环境因素对光合作用强度的影响，引导学生分析实验原理、进行变量分析、理清步骤，根据结果分析得到结论。参照案例思路，通过小组讨论，确定实施实验方案，力求探索出提高农作物光合作用强度有效和实用措施。（1）实验原理利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。（2）控制变量自变量的设置：强、中、弱三种光照。因变量的检测：同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量无关变量的控制：使小圆形叶片内的气体逸出；放入黑暗处待用。（3）实验步骤选取生长健全、年龄近似、厚薄均匀的成长叶片数片，用直径约1cm的打孔器打小圆片30片（注意避开大的叶脉）。堵住注射器前端的小孔并缓慢拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。重复几次。将内部气体逸出的叶片，放入烧杯中，放在暗处备用。这些叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。取3只小烧杯，分别倒入20mL富含CO2的清水。分别放入10片叶片，然后进行不同强度的光照。观察浮起叶片的数量。（4）实验结果烧杯光照距离光照强度叶片浮起数量 140W5 CM强多 240W30 CM中中 340W50 CM弱少 （4）实验结论在一定范围内,光合作用强度随光照强度的增大而加快，超过一定值后光合作用强度趋于稳定。【设计意图】尝试探究影响光合作用强度的环境因素。三、光合作用的影响因素及应用1.内因结合曲线，引导学生分析影响光合作用的内因和应用。（1）植物的不同生长发育阶段应用：根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。 （2）同一叶片的不同生长发育时期曲线分析： OA段：幼叶，叶面积不断增大，叶绿体、叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加； AB段：壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定；BC段：老叶，随叶龄增加，叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。2.外因逐项展示光照强度、CO2浓度、温度、水和矿质元素以及多因素影响光合作用强度的曲线，引导学生解读曲线，着重理解光强对光合作用强度影响的曲线。（1）光照强度曲线分析A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，CO2释放量表示此时的细胞呼吸强度AB段光照强度加强，光合速率逐渐增强，但细胞呼吸强度大于光合作用强度B点光补偿点，即光合作用强度细胞呼吸强度，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用BC段随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，光合作用强度大于细胞呼吸强度C点光饱和点，继续增加光照强度，光合作用强度不再增加应用：间作套种、合理密植【练一练】 甲图对应 ；乙图对应 ；丙图对应 ；丁图对应 。A点 ；AB点；B点 ；光照强度大于B点（2）CO2浓度曲线分析A点光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点A点进行光合作用所需CO2的最低浓度B和B点CO2饱和点，即继续增加CO2的浓度，光合速率不再增加AB段和AB段在一定范围内，光合速率随CO2浓度增加而增大应用：“正其行，通其风” 等。（3）温度曲线分析光合作用最适温度一般低于呼吸作用最适温度，故温度过高对提高产量不利。 应用：适当提高昼夜温差(4)H2O及矿质元素影响原因水是光合作用的原料，同时当H2O散失过多时，气孔关闭，CO2供应不足，从而影响光合作用速度。矿质元素也与光合作用有密切关系，如Mg是合成叶绿素的必要成分；N是合成酶必需的，而光合作用过程中需要多种酶参加；P是合成ATP必需的。应用：合理施肥和灌溉（5）多因素综合影响 曲线分析P点之前 ：限制因素为横坐标所表示的因子 P点到Q之间 ：横坐标因子和其他因子共同影响 Q点之后 ：限制因素为图示外的其他因子 【设计意图】说出影响光合作用的外因及其应用，能够分析相关曲线涵义。【练一练】解释光合作用的日变化如图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答：（1）为什么710时光合作用强度不断增强？光照不断增强（2）为什么12点左右的光合作用强度明显减弱？温度和光强很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，CO2供应减少（3）为什么1417时的光合作用强度不断下降？光强不断下降【典型例题】 三倍体西瓜由于含糖量高且无籽，备受人们青睐。下图是三倍体西瓜叶片净光合速率（以CO2吸收速率表示）与胞间CO2浓度（Ci）的日变化曲线，以下分析正确的是A.与11：00时相比，13:00时叶绿体中合成C3的速率相对较高B.14:00后叶片的Pn下降，导致植株积累有机物的量开始减少C.17:00后叶片的Ci快速上升，导致叶片暗反应速率远高于光反应速率D.叶片的Pn先后两次下降，主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度【答案】D【设计意图】通过对应训练，突破难点，掌握知识。环节三：课堂总结共同回顾归纳本节主干知识：光合速率(光合强度)：单位时间单位叶面积的光合作用量 （如释放多少O2、消耗多少CO2、合成多少淀粉）【设计意图】回顾归纳本节主干知识，突破重点。环节四：课堂练习【课堂诊断】1.甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是(C)A甲可能误用蒸馏水作提取液B乙可能是研磨时加入无水乙醇过多C丙可能是正确操作得到的理想结果D丁可能是因为研磨时未加入CaCO32.下列有关叶绿体的说法正确的是( D)A叶绿体增大膜面积的方式与线粒体相同B叶绿体中的色素都分布在类囊体薄膜上，酶都分布在基质中C叶绿体产生的O2除供自身利用外，还可被线粒体利用D线粒体产生的CO2被叶绿体利用至少需穿过4层磷脂双分子层3.光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段。下列有关叙述正确的是( B )A.光反应不需要酶，暗反应需要酶B.光反应消耗水，暗反应消耗ATPC.光反应固定CO2，暗反应还原CO2D.光反应储存能量，暗反应释放能量4.下图表示发生在叶绿体中的相关代谢过程，其中、表示相关过程，甲、乙表示两种气体物质，下列说法错误的是( D)A.过程表示光反应，过程的场所是叶绿体基质B.物质甲表示O2，物质乙表示CO