【教案】5.4.2光合作用的原理和应用 教学设计及学案高一上学期生物人教版必修1

1、15第 5 章 第 4 节 光合作用的原理和应用一、教材内容分析本节课为高中生物必修1分子与细胞（人教版）第5章 第4节光合作用中的学习内容。“光合作用的原理和应用”是教师引领学生深入地认识光合作用过程中化学反应的实质的最重要、最核心的教学内容。本节课主要介绍了光合作用的探究历程，光合作用的过程和应用等知识。教材介绍的与光合作用有关的几个经典实验，有利于培养学生的科学精神和严谨的科学态度，培养学生掌握生物科学的研究方法。光合作用的过程介绍了光反应和暗反应过程中物质和能量的变化，光合作用原理的应用通过学习光合作用强度，引导学生探究环境因素对光合作用的影响，使知识得到迁移和应用。二、教学目标1、知

2、识和能力：（1）掌握光合作用光反应和暗反应的具体物质变化和能量转换的过程，并对其进行比较。（2）深入理解光合作用的总反应式与实质。（3）简述化能合成作用。2、过程和方法：（1）自主与合作学习：利用各种媒体调查和收集资料，学会鉴别、选择、运用和分享信息。（2）训练表达能力：尝试将你所获得的信息表达出来。（3）活动与探究：通过探究“环境因素对光合作用的影响”，初步学会科学研究的一般方法，发展科学探究能力。3、情感态度价值观目标： （1）通过光合作用发现史的学习，使学生受到科学家们崇高的精神境界的熏陶，并养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。（2）通过了解光合作用原理在农业生产上的应用

3、，使学生认识生物科学的价值，从而乐于学习生物科学。三、学习者特征分析学生对光合作用的过程和机理只是在初中进行了浅浅的学习认知，尤其是其中很多的化学变化，高一新生在“有机化学知识”方面是近乎空白的，同时在物理的“能量转换和守衡”知识方面也没学过，要求我们授课时能够尽量运用浅显的语言、直观的图解、恰当的问题引导学生分析和解决问题，降低理解这部分知识的难度。通过学习不仅要让学生掌握光合作用的光反应和暗反应的机理，更重要的是培养学生善于思考的学习习惯，在比较两个过程的学习中认识到光合作用是光反应和暗反应的综合过程。四、教学重点、难点重点：1.光合作用的原理。2.探究影响光合作用强度的环境因素。难点：1

4、. 光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系。2.探究影响光合作用强度的环境因素。五、教学方法采用自学小组讨论的方法、观察法、提问法、讲授法、归纳法、探究学习法、多媒体辅助教学六、教学过程教学过程教师活动学生活动设计意图时间课程导入请同学们结合上节课的内容和初中知识，初步描述光合作用的过程是怎样的？学生思考并回答温故知新，引入新课学习。一、概念建构：光合作用概念1、光合作用的概念从光合作用的场所、反应式、有关探究实验、过程几方面进行讲解，帮助学生理解光合作用的概念。（1）光合作用的场所叶绿体结构分为外膜、内膜、类囊体和基质。（2）反应式：(CH2O)+O2CO2+H2O光能叶绿体（3）光合作用

5、有关实验的讨论希尔的实验说明水的光解产生氧气,是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自于水?希尔的实验是否说明水的光解,与糖的合成不是同一个化学反应?分析鲁宾和卡门的实验,我们能得出什么结论? 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。（4）光合作用的过程光合作用的过程十分复杂,它包括一系列化学反应。根据是否需要光照,这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段叶绿体中光合色素吸收的光能,有以下两个方面用途。一是将水分解成氧和H+,氧直接以氧分子的形式释放出去, H+与氧化型辅酶（NADP+）结合,形成还原型辅酶（NADPH）。NADPH作为活泼的还原剂,参与暗

6、反应阶段的化学反应,同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；二是在有关酶的催化作用下,提供能量促使ADP和磷酸反应形成ATP。这样,光能就转化为储存在ATP中的化学能。这些ATP将参与第二个阶段合成有机物的化学反应。暗反应 绿叶通过气孔从外界吸收的CO2, 在特定酶的作用下,与C5（一种五碳化合物）结合,这个过程称作CO2的固定。一分子的CO2被固定后,很快形成两个C3分子。在有关酶的催化作用下, C3接受ATP 和 NADPH释放的能量,并且被NADPH还原。随后,一些接受能量并被还原的C3,在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3,经过一系列变化,又形成C5。这些C

7、5又可以参与CO2的固定。这样,暗反应阶段就形成从C5到C3再到C5的循环,可以源源不断地进行下去,因此暗反应过程也称作卡尔文循环。认真聆听，观看视频，积极思考，主动回答。通过列表的方式，请同学们讨论交流光反应和暗反应在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转化等方面有哪些区别？进一步加深对两个概念的理解。通过对光合作用的细致讲解，加深对光合作用概念的理解。二、概念对比或应用：对光反应和暗反应进行比较分析光反应暗反应所需条件必须有光有光或无光均可进行场所类囊体膜叶绿体基质物质变化将水光解为O2和H+；有ATP和NADPH的合成有CO2的固定；C3的还原；同时有ATP和NADPH的分解能量转化

8、是将光能转化为ATP和NADPH中的化学能将ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能在物质联系方面：光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+。在能量联系方面：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。比较后，进一步提出光合作用的概念，此时学生对光合作用的概念可能理解的更加透彻学生思考并自主完成比较。培养学生自主进行归纳总结的能力，加深概念理解。对本节所学知识进行整体总结，帮助学生理清学习脉络，理解重要概念。三、探究影响光合作用强度的环境因素1、光合作用的强度简单地说,就是指植物在单位时

9、间内通过光合作用制造糖类的数量。2、影响光合作用强度的环境因素影响光合作用强度的因素有很多，根据光合作用的反应式我们可以知道，光合作用的原料水、二氧化碳，光合作用的动力光能，都是影响光合作用强度的因素。因此,只要影响到原料、能量的供应,都可能是影响光合作用强度的因素。例如,环境中CO2浓度,叶片气孔开闭情况,都会因影响CO2的供应量而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所,影响叶绿体的形成和结构的因素,如无机营养、病虫害,也会影响光合作用强度。3、探究光照强度对光合作用强度的影响认真聆听，观看视频，积极思考，主动回答。学生阅读教材，并进行小组讨论，合作完成对实验的设计和进行的步骤通过对探究

10、影响光合作用强度的环境因素实验的细致讲解、视频呈现，加深对环境因素对光合作用的强度影响的理解。四、化能合成作用指导学生阅读学生回答五、课堂小结指导学生完成小组合作完成六、习题及作业PPT学生回答通过习题反馈学习效果。七、教学反思八、板书设计二、光合作用原理的应用一、光合作用的探究过程1、普利斯特利的实验2、英格豪斯的实验3、梅耶的实验4、萨克斯的实验5、鲁宾和卡门的实验6、卡尔文的实验二、光合作用的过程1、总反应式2、过程3、比较三、光合作用的应用1、提高光合作用强度的措施2、探究环境因素对光合作用强度的影响二、化学合成作用第 5 章 第 4 节 光合作用的原理和应用预习案一、光合作用的概念(

11、1)场所：绿色植物的 。(2)能量来源： 。(3)反应物： 。(4)产物：O2、 等有机物。二、光合作用的过程1反应式：CO2H2O(CH2O)O2。2过程NADPH2C3ADPPiO2(CH2O)3光反应与暗反应的比较项目光反应暗反应场所 条件需光 物质变化H2OHO2能量；NADPH能量 ；ADPPi能量 CO2C5 ；2C3 C5能量变化光能 和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能 中的化学能三、光合作用原理的应用1光合作用强度(1)概念：植物在 内通过光合作用制造糖类的数量。2探究环境因素对光合作用强度的影响实验流程：四、化能合成作用1化能合成作用概念和实例(1)概念：利用

12、体外环境中的某些 氧化时所释放的能量来制造 。(2)实例：硝化细菌能利用土壤中的氨 氧化成亚硝酸(HNO2)，进而氧化成硝酸(HNO3)所释放的化学能将 合成为糖类，供自身利用。2光合作用与化能合成作用的比较项目光合作用化能合成作用生物类型 和光合细菌硝化细菌等能量来源光能体外物质氧化释放的 相同点能将 合成 ，并储存能量探究案任务驱动一探索光合作用的实验分析人们对光合作用的认识是一个漫长的渐进过程，请阅读教材的内容，讨论并交流下列问题：(1)实验一：1937年，英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有H受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出

13、。由实验一说明：_。(2)实验二：如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少？(3)实验三：1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验。在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和H受体时，体系中就会有ATP和NADPH产生。在黑暗条件下，只要供给了ATP和NADPH，叶绿体就能将CO2转变为糖。上述实验说明：_。(4)实验四：20世纪50年代，卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果，获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过一个通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，

14、通过控制电源开关可控制光照的有无。他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中，上述实验中卡尔文等是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子转移路径的，采用了_等技术方法。实验结果说明CO2中C的转移路径是_(请用“”表示)。卡尔文及其同事们在实验过程中发现，在有光照和CO2供应的条件下，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。但是，当改变其中一个实验条件后，两者的浓度迅速出现了规律性的变化：停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高；停止光照时，C3的浓度急速升高，C5的浓度

15、急速降低。由此可见C3和C5之间的关系是_(请用箭头表示)。探索光合作用原理的部分实验科学家实验过程及现象实验结论希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出氧气光合作用释放的O2中的氧元素来自水；氧气的产生和糖类的合成不是(填“是”或“不是”)同一个化学反应鲁宾和卡门HOCO2植物18O2H2OC18O2植物O2光合作用释放的氧气来自水阿尔农在光照下，叶绿体可合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随水的光解可合成ATP任务驱动二光合作用的过程光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。如图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：

16、1写出图中序号代表的物质的名称 ； ； ； ； ； 。2据图分析光合作用过程中的物质变化3根据光合作用的反应过程，回答下列问题。(1)暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？(2)若用放射性同位素分别标记H2O中的O，则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性？(3)若标记CO2中的14C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。(4)光合作用的总反应式及各元素的去向。4光合作用的光反应和暗反应是如何实现能量转变的？5光反应和暗反应之间的物质转化关系(1)在适宜的光照、CO2浓度和温度等条件下，植物释放O2的量是均匀不变的，若此时只停止CO2的供应，光反应产生的O2会不变吗？

17、(2)夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？1熟知光反应与暗反应的联系(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP。(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。2外界条件改变对光合作用中有关物质含量的影响据图分析可知，外界条件(如光照、CO2浓度等)改变时，光合作用中C3、C5、NADPH(H)、ATP含量的变化如下表：条件C3C5NADPH和ATP模型分析光照由强到弱，CO2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强，CO2供应不变减少增加增加光照不变，CO2由充足到不足减少增加增加光照不

18、变，CO2由不足到充足增加减少减少任务驱动三影响光合作用环境因素1光照强度对光合作用强度的影响(1)阅读教材P105探究内容，思考并讨论下列问题：探究光照强度对光合作用强度的影响实验所依据的原理是什么？该探究实验的自变量及其设置方法分别是什么？(2)如图表示光照强度对光合作用强度的影响曲线，分析曲线讨论并回答：A点时，光照强度为0，对应的CO2来源于哪些生理过程？其释放量的含义是什么？B点时，所对应的CO2吸收量和释放量为0，试分析此时光合速率与细胞呼吸速率的关系C点时，CO2吸收量达到最高，请讨论C点的含义并分析CO2吸收量达到最高前、后的主要限制因素分别是什么？2结合细胞呼吸，人们用下面的

19、曲线来表示光照强度和光合作用强度之间的关系，请分析：(1)图中A、B、C各点代表的生物学意义分别是什么？(2)OA段的含义是什么？其大小主要受哪种环境因素的影响？(3)DE段的含义是什么？如果此时想增加光合作用强度，可以采取哪些措施？(4)若光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 和30 ，这是在25 测得的曲线，若温度升至30 ，曲线中A点、B点将如何变化？ 3其他环境因素对光合作用的影响(1)温度：温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度，据此请在坐标系中画出温度和光合作用强度的关系曲线(一般植物的适宜温度在35 左右)。(2)二氧化碳浓度在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增大而_；但

20、达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也_。(3)矿质元素：缺少N会影响酶的合成，缺少P会影响_的合成；缺少Mg会影响_的合成。1光照强度对光合作用的影响及应用曲线分析：项目进行的生理过程气体转移情况对应的生理状态模型A点只进行呼吸作用吸收O2、释放CO2AB段呼吸作用、光合作用同时进行且呼吸作用>光合作用吸收O2、释放CO2B点呼吸作用、光合作用同时进行且呼吸作用光合作用不与外界进行气体交换B点以后呼吸作用、光合作用同时进行且呼吸作用<光合作用吸收CO2、释放O22多因子变量对光合速率的影响(1)曲线分析：P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光

21、合速率不断提高。Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。训练案1光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中()A需要ATP提供能量BDCIP被氧化C不需要光合色素参与D会产生氧气2鲁宾和卡门用HO和CO2作为原料进行光合作用实验，下列符合实验结果的是()A释放的氧气全

22、是O2B释放的氧气一部分是O2 ，一部分是18O2C释放的氧气全是18O2D释放的氧气大部分是O2 ，少部分是18O23.如图为某植物光合作用的示意图，下列相关叙述正确的是()A阶段中稳定的化学能转变成活跃的化学能B若中断CO2的供应则阶段产生的b增多，d减少C阶段中c为NADH，作为还原剂参与阶段中f的还原D为该植物提供14CO2，则14C的转移途径为：hf有机物4.玉兰叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，如果将它移至暗室中，短时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化分别是()A增多减少B减少增多C增多增多D减少减少5如用14C标记的CO2来追踪光合作用过程中的碳原子，则14C的转移途径是()A14CO2叶绿素糖类 B14CO2C5C3糖类C14CO2C3糖类 D14CO2叶绿素ATP6如图表示在夏季的某一个晴天，某植物细胞光合作用过程中C3