能量之源－－光与光合作用教学设计

1、生物教学设计之能量之源光与光合作用一、 教学目标的设计现行新课程标准明确指出了高中生物课程教学中要达成知识、情感态度与价值观、能力三方面的要求，也就是 “三维目标”。知识目标是指生物学的基本事实、概念、原理、规律等。能力目标则包括一般对己、对人、对自然及其相互关系的情感、态度、价值判断以及做事应具有的科学态度、科学精神。三方面目标在具体的课堂中既要全面考虑，又要有所侧重。在能量之源光与光合作用一节内容中，要达成的三维目标：1、知识方面：要能够说出叶绿体色素的种类和作用以及叶绿体的结构和功能，并说明光合作用的原理和应用以及科学家对光合作用原理的认识过程，尝试探究影响光合作用强度的环境因素，简述化

2、能合成作用。2、情感态度与价值观方面：通过研究科学家对光合作用原理的探究历程，认同科学是在不断观察、实验、探索和争论中前进的；认同科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意见中的合理成分，还要具有质疑、创新和勇于实践的科学精神与态度。3、能力方面：通过进行有关的实验和探究，学会提取、分离绿叶中的色素的方法，并在有关的实验介绍、资料分析、思考与讨论、探究等的问题讨论中，运用语言表达的能力以及分享信息的能力。对任何一个知识体系不能割裂它们之间的内在联系，所以整个教学设计分3个课时完成，每个课时除了都有一定的知识目标要完成外，还各有侧重地要求完成情感和能力目标。例如：第1课时侧重于能力目标

3、的达成，第2课时侧重于情感目标的达成，第3课时则侧重于知识目标的达成。二、 教学策略的设计通过初中的学习，学生对于绿色植物的光合作用并不会感到陌生。但那也只不过是知道个大概，一知半解的情况往往更容易激发人的好奇心。借此，教师可以在第1课时上课之初就给学生一连串思考，比如说提出一系列问题：春夏季同学们看到的绿色植物的叶子都是绿色的，是不是这些叶子里只有一种绿色的色素呢？但到了秋冬季，叶子却变黄了，这又是什么原因呢？到底绿色植物叶子中的色素有多少种呢？各种色素又是什么颜色的呢？在同学们都想一探究竟的情况下，引导同学们自己动手去提取和分离绿叶中的色素。这样既可以激发学生的探究兴趣，又可以培养学生的实

4、验动手能力和独立性。教师都有一个共性，就是不放过任何机会地向学生提出问题，让学生时刻觉得自己还有很多东西没学完，自己还想学习更多的知识。因此，在学生提取分离色素得出结果后，老师又可顺势创设情境，提出更多的问题。在此，教师可巧妙地用上教材中“问题探讨”的情境和问题了。问题不急于一时解决，只是给学生一个理由继续下面的学习。在色素的吸收光谱的教学上，教师可以当场演示一个“穿过色素滤液的太阳光再经过三棱镜得到其色散光谱”的实验。让学生自己总结叶绿体色素的吸收光谱并回应“问题探讨”所提出的问题并借机进行课堂小结。考虑到第一课时实验所需时间较多，所以我把“叶绿体的结构”部分的内容放于第二课时和光合作用的认

5、识过程一起完成。第二课时的引入直接借用教材中的问题“这些能够吸收光能的色素分布于细胞的什么部位呢？”然后教师再次创设情境“恩格尔曼的实验”，让学生讨论恩格尔曼的两个设计巧妙的实验说明了什么问题，然后再让学生认识叶绿体的基本结构以及这种结构适于分布色素和多种酶的特点。在介绍光合作用过程之前首先让学生了解光合作用研究的历史，在这一部分的处理上，我采取学生扮演科学实验者的角色，按先后顺序向同学们介绍其实验过程和结果。然后由同学们一一推断其结论，让同学们切身地体会科学是在不断观察、实验、探索和争论中前进的，科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意见中的合理成分，还要具有质疑、创新和勇于实践

6、的科学精神与态度。在达成情感目标的同时，还为后面光合作用的具体过程的学习打下了良好的基础。在学习光合作用的过程时，要把重点放在光反应和暗反应两个过程的区别和联系上，特别是其中的物质变化和能量变化的过程，发生的部位和条件也是学生要弄清楚的内容。具体的实施时，教师可把建构“光合作用过程的图解”作为主线，采用一边讲解内容一边引导学生建构图解的方法突出本部分内容的重点，突破其难点。为了加深学生的记忆，还可以引导学生把“光合作用过程的图解”记忆成一辆“有车头灯的漏气自行车”。最后引导学生对“一式二反三因素”，加以归纳和应用。为了更好地认识光合作用原理在农业生产中的应用，教师还可以列举一些生产现象让学生应

7、用光合作用的原理进行分析，这样可以更好地培养学生进行知识迁移的能力，这也是高考的一个大趋向。同时，为了加深理解，教师还应组织好学生完成教材中的探究活动“环境因素对光合作用的强度的影响”，但考虑到课程时间少和内容多的矛盾，我是利用课外时间组织两个小组的学生去完成这个探究实验，并拍成录像，以备课堂之用。最后可与光合作用对比，简述化能合成作用。三、 课前准备工作教师必须充分备好教材、备好学生、备好教具和做好多媒体课件，尤其对一些在课堂上不能演示的典实验，要进一步制作动态课件或拍成录像，以备课堂之用。对于那些需要学生做的实验以及教师的演示实验，教师都必须提前亲自做一次。由于这部分内容较多，时间显得非常

8、紧凑，因此，要安排学生提前做的或者课外做的工作必须尽早落实好。四、 教学过程的设计第一课时：叶绿体中的色素教学过程教师组织与指导学生活动目标达成新课引入利用学生原有的知识和生活经验，教师提出问题：“为什么人要吃饭才能长大，而绿色植物却不用。绿色植物是依靠什么长大的呢？”顺着学生的回答，教师自然地引入本节内容“能量之源光与光合作用”。根据初中所学内容，学生很容易就可以答出：“绿色植物依靠光合作用制造养料而长大。”引入新课情境创设利用实物教具：一片绿色的玉兰叶和一片黄色的玉兰落叶。引导学生观察这两片叶子的颜色，并提出问题：“春夏季同学们看到的绿色植物的叶子都是绿色的，是不是这些叶子里只有一种绿色的

9、色素呢？但到了秋冬季，叶子却变黄了，这又是什么原因呢？到底绿色植物叶子中的色素有多少种呢？各种色素又是什么颜色的呢？”为了解决以上提出的问题，我们亲自动手做一做“绿叶中色素的提取和分离”实验。顺着教师提出的一系列问题思考，但不一定要得出答案，因为提问的目的是给学生一个悬念。提出问题，激发学生探究的兴趣。实验说明在已布置学生提前预习的情况下，教师还得以板书或投影方式强调下面几方面问题：基本原理1、提取原理：绿叶中的色素是有机物，依据相似相溶原理，它可溶于有机溶剂无水乙醇中。2、分离原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度也不同，溶解度高的扩散快，反之则慢。实验程序提取绿叶中

10、的色素制备滤纸条划滤液细线分离色素注意事项1、二氧化硅：为了使研磨充分；碳酸钙：保护色素免受破坏；无水乙醇：作为提取色素的溶剂；层析液：作为分离色素的溶剂。2、操作时：充分迅速地研磨；滤纸剪角；画线要细匀齐；不要让层析液浸没滤纸上的滤液细线。3、安全问题：试剂具有挥发性，有的具有毒性，必须在通风情况下进行操作。布置实验结束后学生要讨论的问题：1、滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明什么？2、滤纸上的滤液细线为什么不能触及层析液？学生听好，并做好各项问题的标记或笔记。学生带着问题去做实验，增强其目的性。明确实验原理，实验步骤以及注意事项。明确实验目的。教学过程教师组织与指导

11、学生活动目标达成进行实验组织学生进行实验，并进行现场个别指导。组织学生对问题进行讨论。进行实验实验结束，同学们根据刚才老师提出的问题进行讨论。培养学生的实验动手，语言表达和分享信息的能力绿叶中的色素结果反馈能力拓展类胡萝卜素1/4叶绿素b（黄绿色）大部分同学们都能得到较理想的结果。教师检查实验结果，并通过个别提问的方式，进行问题讨论结果的反馈。教师给予及时，客观的评价，并使用幻灯片或板书进行小结：叶绿素3/4叶绿素a（蓝绿色）下叶黄素（黄色）胡萝卜素（橙黄色）上同时引导学生解决秋冬季叶子变黄的原因。并进一步分析香山红叶为红色是否与光合色素有关。个别同学反馈小组讨论的结果。学生可以很顺利地从色素

12、含量上去分析春夏季叶子为绿色的原因。培养学生在众人前进行语言表达的能力和胆量培养学生对知识的运用能力情境创设教师：“同学们通过实验已经清楚地知道绿叶中的色素的种类和颜色了。那么同学们又知不知道这些色素有什么作用呢？而问题探讨中的蔬菜大棚为什么要用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通薄膜，有的温室为什么悬挂发红色或蓝色光的灯管呢？”跟随老师的一个个问题思考，并尝试回答。但不急于得到答案。再次提出问题，给学生造成悬念，让其有继续学习的动力演示实验为了能更高效率地完成本节课的内容，教师必须在课前就要到物理实验室借好仪器（两套光的色散合成演示器），并预先准备较好质量较高的色素滤液。引导学生回忆物理学的光的色散

13、实验的原理。教师：“为了解决以上问题，下面我们来进行一个演示实验，这个实验分两组，一组在光源和三棱镜之间放一杯色素滤液，一组什么也不放。请同学们思考为何要做两组实验？” 教师演示，提醒学生对比两组实验在光屏上所得到的光谱，现象说明什么问题。并让学生反馈观察和思考的结果。教师小结：实验结果显示空白对照组光谱连续，而实验组红光和蓝紫光两个区域变暗。说明绿叶中的色素能吸收光能（捕捉光能），主要吸收红光和蓝紫光。据科学家进一步分离提纯色素，发现叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。学生回忆物理学中光的色散实验的原理学生很快就想到这是个对照实验，什么也不放的那一组是设置空白对照。学生仔细

14、观察和比较，得出结论。并回答问题。学科交叉，拓展学生的思维。培养学生观察和分析实验现象的能力课堂小结请同学们运用以上所得的结论，解决“问题探讨”中的讨论问题。教师借着同学们熟练运用所学知识解决问题之机，对本节课进行小结。最后，教师布置学生思考教材P100的拓展题第2题，并把答案交给科代表，让其在下节课之前公布。运用所学知识，解决生产问题。培养学生的知识迁移能力。第二课时：光合作用的发现过程教学过程教师组织与指导学生活动目标达成新课引入课前，科代表公布第一课时留下的问题的答案，无形中已经让同学们复习了一次上节课学习的内容。起了承上的作用。教师顺着上面的内容提出：“这些捕获光能的色素存在于细胞的什

15、么部位呢？” 利用多媒体展示1865年，德国植物学生萨克斯的研究发现，引出叶绿体。同学们检查对照自己的答案，并回忆上一节课内容。大多同学都可以猜到，色素的存在部位是叶绿体。承上启下，使知识具有连贯性新课讲授多媒体幻灯片展示能够部分层层放大演示的叶绿体的立体结构示意图的flash动画。教师配以讲解：“叶绿体的外表有双层膜，内部有许多基粒，基粒与基粒之间充满了基质。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成（具有扩展受光面积的作用）。这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。”学生观察动画的演示，并理解老师的讲解。利用多媒体，增强教学的直观性，促进学生对叶绿体结构和色素分

16、布的理解。情境创设教师提出问题：“叶绿体的作用仅仅是吸收光能吗？”利用多媒体动画演示“资料分析”资料1中美国科学家恩格尔曼的实验和教材P100基础题的第3题中恩格尔曼的第二个实验（把练习题转变成情境），并组织学生讨论：1、恩格尔曼的两个实验分别可以得出什么结论？2、恩格尔曼的第一个实验，在方法上有什么巧妙之处？学生反馈，教师给予及时，客观的评价。并归纳总结：1、恩格尔曼的实验说明：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，释放氧气，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。2、一是选用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。二是将临时装片放

17、在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常地进行。三是选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。四是进行黑暗 ( 局部光照 ) 和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的展示资料2：在类囊体上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。讨论：从资料2得出什么推论？学生反馈，教师给予及时，客观的评价。并归纳总结：叶绿体是光合作用的场所。学生观察动画演示，思考老师提出的问题，并进行小组讨论。学生回答学生思考并回答培养学生对实验的分析能力，和语言表达能力。引发学生对实验设计技巧方面的思考。达成知识目标：叶绿体的功

18、能是进行光合作用。教学过程教师组织与指导学生活动目标达成内容过渡教师：“光合作用，这一种发生在微小结构叶绿叶中，用肉眼看不到、用手摸不着的作用，当初是如何被科学家们发现的呢？下面，我们一起来跟着科学家们的步伐去看个究竟”学生对于光合作用的发现历程感到非常神秘，好奇心大增。提出新的问题，激发学生进行新一轮学习的兴趣情境创设新课学习预先安排六位同学分别扮演光合作用的发现历程中起关键作用的六位科学家，这六位同学中，有两位是一起扮演鲁宾和卡门，实际为五组。这五组同学课前必须做好充分的备课准备，有必要、有可能的要做出相关内容的课件或实验。教师介绍背景：直到18世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分是植物

19、建造自身的原料，而没有考虑到植物能否从空气中得到什么。同学A（普利斯特利扮演者）边讲解边利用多媒体动画演示其实验过程：点燃蜡烛，密闭蜡烛很快熄灭小鼠，密闭小鼠很快窒息点燃蜡烛与绿色植物，密闭蜡烛不熄灭小鼠与绿色植物，密闭小鼠不易窒息教师：“谢谢普利斯特利，同学们，你们从他的实验中得到什么结论？这个实验有没有不足的地方？”教师介绍背景：“由于普利斯特利没有考虑到光在植物更新空气中的作用，因此当有人偶尔在没光的情况下重复他的实验时，却得到完全相反的结论，认为植物能使空气变污浊。”同学B（英格豪斯扮演者）：我变换着各种自变量（如：有光和无光，有绿叶和无绿叶的植物）重复了500多次植物更新空气的实验，

20、结果发现：普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。教师：“英格豪斯辛苦了，重复500多次，不简单啊！同学们从他身上得到什么启发？从他的实验发现，你们又可以得到什么结论？”教师介绍背景：“由于化学发展水平所限，人们尚不了解植物吸收和释放的究竟是什么气体。直到1785年，才明确绿叶在光下放出氧气，吸收二氧化碳。依据英格豪斯的发现，这一过程需要阳光，那么有科学家提出光能哪里去了。”同学C（梅耶扮演者）：根据能量转换和守恒定律，我推测植物进行光合作用时把光能转换成化学能储存起来。学生对扮演者及其实验保持着高度兴趣。认真听讲解，观察动画演示过程，并思考老师提出的问题。

21、学生回答：“从这个实验可以得到植物可以更新空气，不足之处是这个实验只在有光的情况下进行。”学生回答：“科学是在不断观察、实验中前进的，我们应该学习这种坚持不懈的科学精神与态度。”学生回答：“植物更新空气需要阳光和绿叶。”达成能力目标：训练学生分析实验并得出相对应的结论的能力。达成情感目标教学过程教师组织与指导学生活动目标达成情境创设新课学习教师：“谢谢梅耶，大胆的推测也是我们要学习的科学精神。但推测归推测，要得到真理，我们还得进行实验的验证，这也是我们要学习的对科学的严谨态度！”教师：“要验证梅耶的推测，还有哪些问题应该解决？”碘同学D（萨克斯）介绍其实验过程并展示实验现象：黑暗12小时曝光深

22、蓝色碘绿叶遮光无颜色变化教师：“谢谢萨克斯为我们展示了一个严密的实验。请同学们思考实验的设计严密在什么地方？这个实验的现象说明了什么问题？”教师介绍背景：“人们曾经认为，植物能把二氧化碳转化为氧气，从而起到更新空气的作用。光合作用的原料有水和二氧化碳，那么光合作用释放的氧气是来自二氧化碳还是水？”同学E、F（鲁宾和卡门的扮演者）利用多媒体动画展示他们的实验：我们利用了同位素标记法进行探究，分别对水和二氧化碳中的氧进行标记H218O、CO2释放18O2向植物提供H2O、C18O2释放O2教师：“谢谢鲁宾和卡门，他们俩很聪明，把化学的先进技术用于生物实验，这一现象给了同学们什么启示？他们的实验结论

23、是什么？”教师：“通过鲁宾和卡门的实验我们已经知道的了氧气从哪来了，那么同时光合作用产物的淀粉又是从何而来的呢？请同学们阅读教材P102最后一段，从中找出答案。并思考讨论P103的思考与讨论的第2、3题。”第2、3题为开放式的题目，学生可以从不同的角度去思考和回答。学生认同观点学生回答：“梅耶说光能转化成了化学能，而我们知道能量总是要以物质作为其载体的，那化学能贮存在什么物质中呢？”学生回答：“这个实验严密在：绿叶在黑暗中处理12小时，是为了耗尽其中的淀粉，排除实验干扰；实验设计了两组实验进行对照，使实验更具有说服力。实验现象说明光合作用产生淀粉。”学生回答：“把化学的先进技术用于生物实验这一

24、现象说明了在科学发展的进程中，相关学科的互相促进，以及技术手段的进步对科学发展的推动作用。这个实验有力地证明了光合作用释放的氧气来自水。”学生阅书，并回答：“淀粉来自于二氧化碳。”学生思考，讨论，并针对第2、3题各抒己见。达成情感目标达成能力目标：培养学生提出问题的能力。落实实验设计的注意事项。达成情感目标继续达成情感目标课堂小结教师：“我们借着回答P103的思考与讨论的第1题之机，对这节课的知识进行一个小结。”小结：光合作用的原料有二氧化碳和水，产物是糖类和氧气，场所是叶绿体，条件是要有光，还需要多种酶等。布置作业：同学们根据这节课所学知识，给光合作用下个定义，并把它的反应式写出来。学生记录

25、小结和作业培养学生对知识进行总结和归纳的能力第三课时：光合作用的原理及应用教学过程教师组织与指导学生活动目标达成新课引入检查作业完成的情况，抽个别同学把他对光合作用下的定义读出，个别同学把光合作用的反应式写到黑板上。教师对正确的给予肯定，对有错漏的给予纠正和补充：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着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。光能叶绿体光合作用反应式：CO2H2O（CH2O）O2教师：“以上只是光合作用的反应总式，它只表示出光合作用的反应物和产物，但中间的复杂反应它不能体现。下面我们对光合作用的过程进行再深入一点的学习。”学生回答光合作用定义，写出光合作

26、用反应式温故而知新新课讲授教师：“请同学们阅读教材P103P104，并在稿纸上尝试依据内容建构一个光合作用过程的图解。”教师巡视，关注学生建构图解的进度，并进行个别提醒和指导。学生基本完成后，教师演示光合作用过程的动画课件，并要求学生边看边听边对照自己所建构的图解是否完善和是否科学。教师分步演示光合作用过程的动画，并配以讲解，穿插提问：光合作用按是否需要光可分为光反应和暗反应阶段。光反应阶段（必须有光才能进行）：反应场所在哪里？为什么？叶绿体中光合色素吸收的光能，有哪几方面用途？H可不可以省去中括号？为什么？光反应产生的H和ATP有什么作用？学生阅书并建构光合作用过程图解学生回答：“类囊体的薄

27、膜上，因为光合色素就分布在上面。”学生回答：“两方面用途，一是把水分解成O2和H，二是合成ATP。”学生回答：“不能省去，因为表示的是还原型辅酶而不是氢原子。”学生回答：“都将参与光合作用的暗反应。”达成知识目标的同时也培养学生把文字内容转化成图表的能力。利用多媒体，增强教学的直观性，促进学生对光合作用过程的理解。以问答形式增强学的对这部分知识的理解和记忆。教学过程教师组织与指导学生活动目标达成新课讲授暗反应阶段（有没有光都可以进行）：反应场所在哪里？为什么？光合作用反应物二氧化碳从哪里进入绿叶？进入后，能否被H直接还原？必须先怎样？二氧化碳被什么固定？生成什么？C3在有关酶的作用下，接受AT

28、P释放的能量并被H还原，其中一部分形成糖类，一部分经过复杂的化学变化又形成C5。教师利用多媒体幻灯片展示光合作用过程图解：提醒学生，可以把这个图解记成是一辆“有车头灯的漏气自行车”。引导学生完成思考与讨论，并进行这部分内容的小结，用幻灯片展示：光反应阶段暗反应阶段所需条件必须有光有光无光均可进行场所类囊体薄膜上叶绿体基质中物质变化H2O分解成O2和H，形成ATPCO2被固定，C3被H还原，最终形成糖类；ATP转化成ADP和Pi能量转换光能转变为活跃化学能，储存在ATP中ATP中的活跃化学能转化为糖类中储存的稳定化学能光反应与暗反应之间的联系：光反应为暗反应提供了H和ATP，暗反应为光反应提供了

29、ADP和Pi。由此可见，在光合作用过程中，光反应阶段与暗反应阶段既有区别又紧密联系，是缺一不可的整体。学生回答：“叶绿体基质中，因为与暗反应有关的酶分布于此。”学生回答：“二氧化碳从气孔进入绿叶，进入后不能直接被H还原，必须经过二氧化碳的固定。”学生回答：“二氧化碳被C5固定，生成C3。”学生恍然大悟，越想越象学生思考、讨论、反馈。达成知识目标教学过程教师组织与指导学生活动目标达成练习巩固为了加深学生对光反应与暗反应之间的联系的理解，教师配上相关练习：1、光照下正常生长的绿色植物，其他条件不变，突然停止光照，请问短时间内叶绿体中C3和C5的含量将怎样变化？参考答案：C3增加C5减少2、在室内由

30、于有适宜的阳光、温度和充足的CO2，植物长势良好；若CO2发生器突然发生故障，此时叶肉细胞内的C3、C5、ATP和H的含量应该怎样变化？参考答案：C3减少C5增加ATP增加H增加学生做练习并反馈巩固基础知识内容过渡教师：“从上面的练习分析可得：二氧化碳和光照对光合作用都有较大影响。我们是否可以通过控制光照强弱和二氧化碳浓度来影响光合作用的强度呢？为了解决这个问题，下面看一看我们班的两个小组的同学探究过程的录像。”使内容具有连贯性情境创设新课学习第一小组（探究光照强弱对光合作用强度的影响）播放录像，小组长上讲台讲解实验原理、实验设计意图：实验原理：绿色植物进行光合作用产生氧气，氧气不溶于水，会形成气泡附着在小圆形叶片上，当气泡多到一定程度，小圆形叶片就会浮起来，浮起的叶片越多，说明光合作用越强。实验设计意图：1、用注射器清除小圆形叶片内的气体，并放于黑暗处盛有清水的烧杯中待用，是为了