教学设计 完整版：光能的转换-光合作用

光能的转换——光合作用[教学目标]一、知识方面1．使学生了解光合作用的发现过程。2．使学生了解叶绿体中色素的种类、颜色及其吸收的光谱；初步学习光合色素的提取方法及其在滤纸上的分布。3．掌握光合作用的概念、实质、总反应式、光反应、暗反应的具体过程、光反应与暗反应的区别与联系及光合作用的意义。4．应用所学的光合作用的知识，了解植物栽培与合理利用光能的关系。二、能力方面1．通过叶绿体色素的提取与分离实验，初步训练学生的实验室操作技能及相关仪器、药品的使用能力。2．通过探讨光合作用的氧来源，初步训练学生的实验设计能力。3．通过分析、讨论光合作用的光反应和暗反应具体过程，培养学生良好的思维品质。三、情感、态度、价值观方面1．通过学生对绿色植物的光合作用意义的理解，增强学生保护生态环境的意识。2．通过学生讨论“如何利用光合作用的原理提高作物产量”这一问题，加强对科学、技术、社会（STS）的关注。【教学重点】光合作用的发现过程；叶绿体中色素的种类；颜色及其吸收的光谱；光合色素的提取方法及其在滤纸上的分布；光合作用的概念、实质、总反应式、光反应、暗反应的具体过程；光反应与暗反应的区别与联系及光合作用的意义；植物栽培与合理利用光能的关系。【教学难点】光合色素的提取方法及其在滤纸上的分布；光反应与暗反应的区别与联系及光合作用的意义【课时安排】2课时【教学手段】板图、挂图、多媒体课件、实验【教学过程】第一课时1．引言本节可引入的话题很多，如：①可从全世界面临的一些生态危机，如粮食、化石能源、环境污染等入手；②或从花卉、农作物、果蔬的栽培方法或增产的措施入手；③或从一些自然灾害，蝗灾、沙尘暴等入手；④或动物、植物的同化作用区别等等方面切入光合作用；⑤还可通过教材提供的光合作用的发现所列举的几个著名实验为切入点进入光合作用的学习，其中较易作为切入点的实验有：德国科学家萨克斯成功地证明了绿色叶片在光合作用中产生淀粉的实验（学生在初中就做过）；德国科学家恩吉尔曼证明叶绿体是进行光合作用场所，且氧由叶绿体释放出来的实验；20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究证明光合作用释放的氧气全部来自水的实验。教师应特别重视光合作用发现这部分内容的教学，因为通过分析科学家对光合作用的研究历程，学生可以不仅了解到放射性元素示踪技术在生物学研究中的重要作用，从中也可以深切体会到技术的发现和应用，特别是物理、化学技术的使用对生物学起到的推动作用，因此有人说“技术是人类延长了的手臂”。2．叶绿体及其光合色素用板图或挂图显示出叶绿体结构模式图，提问复习叶绿体的亚显微结构，教师应适时指出，光合作用所以能在叶绿体中进行一是由于其中含有催化光合作用的酶系，这些酶分布在叶绿体的基质中和片层的薄膜上；二是在基粒片层的薄膜上，有吸收转化光能的色素，这样就引出了叶绿体上的光合色素这一教学内容。（1）学生做《实验

叶绿体中色素的提取和分离》可作为探究实验，也可作为验证实验，但实验过程都应让学生自己看书总结，之后引导学生讨论下面的问题：①“想要做好《叶绿体中色素的提取和分离》实验，学生应注意哪些问题？这个实验是高中生物学实验难度较大的一个，涉及的药品多，实验原理复杂，实验操作也较烦琐，而且实验现象也不是很明显。如何才能顺利地完成这个实验呢？下面就这个实验要注意的问题做一些说明。提取光合色素过程中，关键是速度。提取光合色素过程中，因为光合色素都是脂溶性的，因此用丙酮这种有机溶剂作为提取液，因为丙酮易挥发且有一定毒性，因此提取过程要速度要快，同时提取液要用胶塞塞好，以防止其挥发；利用二氧化硅硬度极大的特点，其粉末可增加研磨时磨擦力，加快研磨的速度；又因为叶绿素容易破坏，因此需要保护，而碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏；把绿叶剪碎的目的也是为了加快研磨速度。划滤液细线是本实验的结果明显清晰的关键。滤液细线必须待第一次完全干燥后才能划第二遍，重复次数可多一些，滤液细线要齐、细、颜色深，其中齐更重要一些。用纸层析法分离色素时，特别要注意滤液细线一定要处于层析液的上面，否则光合色素会溶解于层析液中，而不会沿层析液向上扩散、分离，这会使实验效果极差，甚至不发生分离，导致实验无效；另外，层析液是石油醚、丙酮、苯等有机溶剂的混合液，具有挥发性且有毒，要注意密闭。正常的实验现象从上到下应为：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素（a）、叶绿素（b），一般可看到下面三种色素，最上面的胡萝卜素如果操作不适当效果可能不很明显。还有这个实验过程用了有毒的有机药品，因此实验后要用肥皂把手洗干净。在学生观察的基础上，教师总结光合色素的种类、色素颜色、色素的吸收光谱及在滤纸条分布。②学生实验结束后，教师可给学生演示叶绿体的色素吸收光谱的现象。方法是：用红、橙黄、绿、蓝紫色的薄膜，分别遮住同一光源。把盛有叶绿体的色素提取液的试管，分别放在红、橙黄、绿、蓝紫色光前、让学生观察这些光透过色素提取液的情况。可明显地看到红和蓝紫色光透过的较少（暗），橙黄和绿色光透过的较多（亮）。引导学生分析这些现象，得出叶绿体中的色素，主要吸收红光和蓝紫光。在此基础上，出示教材中的光合色素吸收光谱曲线，引导学生分析曲线含义，总结光合色素吸收光波的不同特点。③教师还可引导学生进一步分析叶绿体结构特点与其光合作用功能相适应的特点，例如：与光合作用有关的各种酶集中分布于叶绿体中，有利于光合反应高效地进行；再如，叶绿体内的片层薄膜，垛叠成基粒，每个基粒由10~100个片层结构组成，这样的结构可增大叶绿体内的膜表面，扩大色素的附着面，有利于提高光能的利用效率（2）有条件的学校或班级还可引导学生对色素、光合色素有关的问题做较为深入的讨论，比如可讨论下面几个问题：①学生知道我们平常吃的韭黄和蒜黄是怎么培育出来的吗？这个问题涉及到了植物叶绿素合成时的条件问题。叶绿素是光合色素中最重要的一类色素。绿色植物的叶绿体中有四种色素，绿色植物只在光下才能合成叶绿素，这样学生已经知道这个问题的答案了。韭黄、蒜黄是在黑暗条件下培育出来的，因为植物此时不能合成叶绿素，只能长成黄化苗，而黄化苗的薄壁细胞比较多，所以吃起来比较嫩，口感比韭菜、蒜苗好一些。但要注意，植物不能长期处于无光条件下，这个道理学生应该是明白的。叶绿素的形成除了有光照之外，还与什么因素有关呢？叶绿素是一种较复杂有机化合物，其中心存在一个镁离子，因此叶绿素的形成还与镁这种矿质元素有关，没有镁，叶绿素也是形成不了的。②如果土壤短期缺镁，植物的叶片会出现什么现象呢？可给学生适当的提示，镁与叶绿素是以不稳定化合物的形式存在的。学生可以想一想我们在植物矿质代谢中学习的内容，还记得吗？有两类矿质元素可以移动，一是像氮、磷、钾这样以离子态运输的矿质元素，还有一就是像镁这样与不稳定化合态存在的矿质元素；另一类矿质元素不能自由地在植物体内移动，如钙、铁这样以稳定难溶的状态存在的化合物。能移动的矿质元素才能被重复利用，而且这些矿质元素一般都运输到植物体生长比较活跃的地方，如茎尖、芽尖、幼叶等处。因此土壤中短期缺乏镁这种可移动的离子时，整个植物体中的叶片受损伤的程度是不一样的，此时老叶先受损变黄，而幼叶暂时不会受到缺镁的损伤，依然鲜绿。反之，如果土壤中缺乏的是钙、铁这些不能移动的离子，植物体首先受损伤的则是新叶。③浅海中自上而下为什么会出现绿藻、褐藻、红藻等藻类植物的分层分布现象？这也是一个和光有关的生物学问题。我们平常看到的物体的颜色实际上是这个物体反射的光，如学生看到叶片是绿色，说明叶片反射绿光，而吸收了其它色光；学生看到一个物体是白色的，说明这个物体不吸收任何光，并全部反射回来；学生看到一个物体是黑色的，说明这个物体把所有光都吸收了，没有反射任何光。这是理解这个问题的关键。通过上面的分析学生可能已经知道，绿藻反射了绿光；褐藻反射了黄光，而红藻反射了红光。绿藻中含有叶绿素等光合色素，红藻中有藻红蛋白（藻红素）和类胡萝卜素等光合色素。图1是太阳光的光谱示意图；图2中A是藻红蛋白的吸收光谱示意图。图1图2通过学生所学的物理学知识，知道光子能量E=hυ，光速c=λυ，则：υ=c/λ，从而E=（hc）/λ，即波长越短，光子的能量越高。由此可知，水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即水深层的光线相对富含短波长的光。所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层；含藻红蛋白和类胡萝卜素，吸收由蓝紫光和绿色光较多的红藻分布于海水深的地方。这是植物在演化过程中，对于深水中光谱成分发生变化的一种生理适应。④很多植物的叶片到秋天会变红，很多植物的花在一天的不同时间中也会呈现不同的颜色，学生知道这是什么的原因吗？本题涉及了植物细胞中色素及其比例变化的问题。一般来说，正常叶片的叶绿体中有两大类光合色素，其中叶绿素和类胡萝卜的分子比例为三比一，叶绿素a和叶绿素b也约三比一，叶黄素和胡萝卜的比为二比一。由于绿色的叶绿素比黄色的类胡萝卜素多，占优势，所以正常叶子总是呈现绿色。秋天、条件不正常或叶衰老时，由于叶绿素较易被破坏或先降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现黄色。至于红叶，不是叶片中叶绿体的色素造成的，而是由细胞液泡中的花色素引起的。因秋天温度降低，植物体内积累较多糖分以适应寒冷，体内的可溶性糖多了，就形成较多的花色素储存于液泡中。而花色素类似于酸碱指示剂，从碱性到酸性会呈现从蓝色到红色颜色渐变，具体而言是，pH=7~8时呈淡紫色；pH<3时，呈红色；pH>11则呈蓝色。由于秋天时液泡中花色素增多，且细胞液pH值又偏酸性，因此叶子就变红了。不仅如此，花色素的颜色也会随环境中存在的不同的金属离子而改变，所以同一种花色素在不同的花中，或是同一种花由于种植的土壤不同，都能显出不同的颜色。学生可以回家做一个小实验，找一朵开红花的牵牛花，用手把花瓣使劲揉一揉，使花瓣细胞的液泡破裂，然后把这朵花放到洗衣粉水中（碱性环境），花瓣的颜色会由红色变为蓝色。这样学生就可以理解其中的原因了。第二课时1．引言教学时可从光合作用的总反应式入手，或从与初中阶段的光合作用总反应式的比较入手，可采用老师讲授，或学生讨论，或学生根据总反应式提出光合作用氧来源假设，即水中的氧是来源于水还是二氧化碳，还是共同来源于二者，条件好的班还可让学生想办法证明这些假设，以训练学生的实验设计能力。在搞清楚光合作用中的全部氧气来自于水中的氧后，让学生回忆初中生物学课本中的光合总反应式，并让学生对该反应式配平，要求尤其要求反应式左右氧原子的配平，通过这个工作，可使学生深切认识到，光合作用的反应物与产物中都需要水这一重要生物学事实。2．光合作用的具体过程可以教师讲解为主，可用板图、挂图、或多媒体课件的形式尽量把微观的物质变化形象化。在讲清楚光合作用光反应与暗反应的过程后，应把重点放在光反应与暗反应的区别和联系上，可利用表解的形式让学生分析讨论：

光反应暗反应区别反应性质光化学反应酶促反应与光的关系必须在光下进行与光无直接关系，在光下和暗处都能进行与温度的关系与温度无直接关系与温度关系密切场所叶绿体基粒片层结构的薄膜上叶绿体的基质中必要条件光、叶绿体光合色素、酶多种酶物质变化水光解为还原性氢和氧气；由ADP合成ATP二氧化碳的固定、三碳化合物的还原、五碳化合的再生能量变化光能转变ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能转变为葡萄糖等光合产物中稳定的化学能联系准备阶段：为暗反应的顺利进行准备了还原性氢和能量ATP完成阶段：在多种酶的作用下，接受光反应提供的还原性氢和ATP，最终将二氧化碳还原为葡萄糖。之后，还可提出一些综合性的问题，加深学生对光合作用的理解，例如可以提出下面的问题：“当光合作用的光反应过程被人为阻断，你认为暗反应会停止吗？反过来，当暗反应过程被人为阻断，你认为光反应会怎样变化？”通过以上的分析可以看出，光合作用的光反应与暗反应是相互联系的，而它们之间的联系纽带是还原力，即ATP和还原性氢。当光反应停止时（如植物在黑暗条件下），暗反应的ATP和还原性氢的来源被阻断，暗反应会停止；而反过来，当暗反应停止时（如植物在气孔完全关闭，或无二氧化碳），光反应是不是也受到影响呢？答案是肯定的，暗反应停止，光反应也会随之停止，因为光反应产生的ATP和还原性氢没有被暗反应消耗，根据化学平衡的原理，相当于光反应的产物浓度升高，化学平衡会向反向进行，从而光反应就停止了。时间允许的话，还可引导学生讨论影响光合作用的因素，进而讨论“如何提高光合效率的途径”，“采取哪些措施提高农业产量？”等问题，使学生体会到学习生物学理论的实际价值，强化学生学以致用、理论联系的理念。例如，可提出下面的问题供学生讨论：“你能利用光合作用原理，提出在农业生产中提高作物产量的具体措施吗？”

对光合作用的影响在生产上的应有光光合作用是光化学反应，所以光合作用随着光照强度的变化而变化。光照弱，光合作用减慢，光照逐步增强时光合作用随着加快；但是光照增强到一定程度，光合作用速度不再增加，另外，光的波长也影响光合作用速度，通常在红光下光合作用最快，蓝、紫光次之，绿光最差。延长光合作用时间；通过轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间，是合理利用光的一项重要措施。增加光合作用面积，合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施。温度℃光合作用的暗反应是酶促反应，温度低，酶促反应慢，光合速率降低，随着温度提高，光合作用加快；温度过高时会影响酶的活性，使光合作用速率降低，一般植物的光合作用最适温度在25-30℃之间。适时播种：温室栽培植物时，可以适当提高室内温度。二氧化碳浓度二氧化碳是光合作用的原料，原料增加，产物必然增加，大气中的二氧化碳含量是%，如果浓度提高到%，产量可提高一倍。如果浓度提高到一定程度后，产量不再提高。如果二氧化碳浓度降低到%，光合作用就不能正常进行。施用有机肥：温室栽培植物时，可以适当提高室内的二氧化碳浓度。总之，光合作用涉及的知识多、综合性强，在复习时要全面，特别是光合作用的反应场所、总反应式、反应具体过程、条件、反应物、产物、释放能量、光反应与暗反应之间的相互联系与区别、影响光合作用的诸多因素等方面做全面的比较、总结，并注重这些知识能与生产生活等实际相联系，培养分析、综合、读图、理论联系实际的能力。3．进行光合作用的意义的教学时，可以在课前自己收集或让学生收集诸如当今世界面临的粮食、化石能源、环境污染、生物多样性受到破坏等资料，课上可以采取分组讨论的形式，选择几个典型的事例，围绕光合作用的生态意义这个中心，引发学生的思考和讨论，使学生切实体会到“光合作用是生物界最基本的能量和物质代谢”和生产、环境，激发学生学习的兴趣。典型例题例1光合作用合成了1摩尔的葡萄糖，在五碳化合物数量不变的情况下，此过程中产生的三碳化合物的摩尔数是（

）A．3摩尔

B．6摩尔

C．12摩尔

D．24摩尔答案：C解析：我们知道，暗反应中二氧化碳的固定是指一分子的二氧化碳与一分子的五碳化合物形成两分子的三碳化合物的过程，而二氧化碳固定后产生的两分子三碳化合物经还原后，两个三碳化合物（共六个碳）中的一个碳用于合成葡萄糖分子中的一个碳，共它五个碳重新产生五碳化合物；而葡萄糖分子中有六个碳，因此，在五碳化合物不变的情况下，要通过光合作用产生一摩尔的葡萄糖，需要的三碳化合物的摩尔数为12摩尔。例2在光照充足的情况下，下列有利于载培番茄增产的的一组条件是（

）A．昼夜恒温26℃

B．日温26℃，夜温15℃C．昼夜恒温15℃

D．日温15℃，夜温26℃答案：B解析：作物增产的一个重要途径是：增强光合作用的速率，降低呼吸作用的速率。而温度对光合作用、呼吸作用的影响是通过影响这些生理过程中的酶活性实现的。在光照充足的条件下，白天温度高，参与光合作用的酶活性增强，有机物积累增多；晚上温度低，对与呼吸作用的酶活性降低，有机物的消耗少。因此，总的来看，提高昼夜温差，有利于有机物的积累，可以起到栽培作用增产生效果。例3下图表示大豆种子萌发成幼苗的过程中，干重和鲜重的变化曲线，学生认为表示鲜重的曲线是哪一条？其光合作用开始于哪一点？（

）A．X、O

B．Y、M

C．Y、O

D．X、Q答案：A解析：大豆在萌发过程中，由于不断地吸水，因此其鲜重是不断增加的；由于大豆幼苗还没长出真叶前，植株不能进行光合作用，不能制造有机物，因此有机物是减少的，即干重下降；一旦大豆幼苗长出真叶，光合作用开始进行，就可以进行光合作用，有机物开始积累，干重增加。例4科学家研究发现，用“汽水”浇灌植物能促进植物的生长，原因是“汽水”能（

）A．加强呼吸作用

B．加强光合作用C．改良碱性土壤，调节pH值

D．加强植物蒸腾作用答案：B解析：“汽水”实际上是充入二氧化碳气的弱酸性溶液，它可缓慢释放出二氧化碳气体，而二氧化碳是光合作用暗反应的原料，在一定范围内增加二氧化碳浓度可起到增强光合作用，从而促进植物有机物的积累。由于汽水所释放出的二氧化碳可增加作物叶片周围环境的二氧化碳浓度，从而促进了植物的生长，同时汽水中二氧化碳与水形成的碳酸，在土壤中进一步解离为氢离子和碳酸氢根离子，又可加强植物的根系矿质元素的离子交换吸附，也可起到促进植物体生长的作用。例5右图中的各曲线中，Ⅰ为某一农田一昼夜的温度变化曲线、Ⅱ为光照变化曲线、Ⅲ为植物吸收二氧化碳的变化曲线，请据图回答：（1）植物在

段内制造有机物。（2）植物在

段内积累有机物。（3）d处凹陷，原因是温度过高，叶片上

关闭，

吸收量减少，影响了光合作用中的

反应效率。（4）a处凸起，原因是下半夜

偏低，使呼吸作用

。答案：（1）b-f

(2)c-e

(3)气孔

二氧化碳

暗

（4）温度

减弱解析：本题考查学生利用所学的光合作用与呼吸作用的知识，分析生产实践中的生物学问题的能力，要求学生通过几条曲线的分析，总结出温度、光照强度等因素对光合作用和呼吸作用的影响，同时对学生的读图能力有较高的要求。本题的难点在于横、纵坐标生物学含义较复杂，曲线数目较多，且三条曲线变化趋势有一定的相关性。因此，在解答本题时，首先要明确曲线图坐标的含义：横坐标表示时间（0时-24时），纵坐标向上表示二氧化碳吸收量越来越大、纵坐标向下表示二氧化碳释放量越来越大。同时还要明确三条曲线所表示的生物学含义：分别代表Ⅰ为某一农田一昼夜的温度变化曲线、Ⅱ为光照变化曲线、Ⅲ为植物吸收二氧化碳的变化曲线。（1）植物只要在有光照的条件下就可进行光合作用，即可合成有机物。从图中的曲线Ⅱ可以看出，从b点开始有光照（天亮），到f点光照消失（天黑），即b-f一直有光照，因此植物在b-f段内制造有机物。（2）绿色植物在光下同时进行光合作用和呼吸作用，而在黑暗处只进行呼吸作用。而光合作用吸收二氧化碳，呼吸作用释放二氧化碳，植物在光下，且光合作用速率大于呼吸作用速率，即有机物有净积累时，空气中二氧化碳表现为净的吸收；而当光合作用速率低于呼吸作用速率时，空气中二氧化碳的量表现为净的释放。从曲线Ⅲ可以看出，从c点e点曲线表现为二氧化碳的净释放过程，因此，c-e段内积累有机物。b-c及e-f是有光照，说明植物进行着光合作用，但没有有机物的净积累，其原因是：b-c代表的时间段是早晨、e-f代表的时间段是傍晚，这两个时间段光照均不强，此时光合作用的速率比呼吸作用速率低，因此光合作用合成的有机物量少于呼吸作用消耗的有机物量，因此有机物总量没有增加，反而下降了，即没有有机物的积累。（3）在曲线Ⅲ的d处向下凹陷，其生物学含义是二氧化碳的吸收量在d处有所下降，再分析一下d点所处的时间，正好是正午12点到1点左右，结合曲线Ⅰ的温度变化（d点处此时光照强度最大），植物叶片的蒸腾作用强，植物体的气孔会关闭一部分以减小其叶片的蒸腾作用，否则植物会因大量失水而萎蔫。由于光合作用的原料之一二氧化碳因气孔的关闭而摄入量减少，从而影响了光合作用的暗反应，导致光合速率下降，出现曲线Ⅲ的d处向下凹陷的现象。（4）曲线Ⅲ的a处凸起，其生物学含义为此处植物二氧化碳的释放量减少，再结合横坐标所处的时间（a点处正好是后半夜2-3点左右）及曲线Ⅰ的温度变化（a点处的温度最低），可以分析出，a点处由于温度低，与呼吸作用相关的酶的活性降低，使植物的呼吸作用下降，导致二氧化碳的释放量减少，而纵坐标越向下表示二氧化碳的释放量越大，因此，曲线Ⅲ的a处会出现向上凸起的现象。例6植物的新陈代谢受外部环境因子（如光、温度）和内部因子（如激素）的影响，研究内、外因子对植物生命活动的影响具有重要意义。下图表示野外松树（阳生植物）光合作用强度与光照强度的关系。其中的纵坐标表示松树整体表现出的吸收二氧化碳和释放二氧化碳量的关况。请分析回答：①当光照强度为b时，光合作用强度②光照强度为a时，光合作用吸收二氧化碳的量等于呼吸作用放出的二氧化碳的量。如果白天光照强度较长时期为a，植物能不能正常生长？为什么？③如将该曲线改绘为人参（阴生植物）光合作用强度与光照强度关系的曲线，b点的位置应如何移动，为什么？答案：①最高，光照强度再增强，光合作用强度不再增加。②不能。光照强度为a时，光合作用形成的有机物和呼吸作用消耗的有机物相等，但晚上只进行呼吸作用。因此，从全天看，消耗大于积累，植物不能正常生长。③左移，与松树相比，人参光合作用强度达到最高点时，所需要的光照强度比松树低。解析：本题考查学生对光合作用影响因素—光照强度的理解，同时考查学生的读图分析能力。光合作用的可通过对二氧化碳的吸收量来表示，光照强度是影响光合作用强度的一个非常重要的外界环境因素。①从上图可以看出，在一定范围内，从a到b点，随光照增强，光合作用强度增加，呈现出一种正相关；当超过b点时，随着光照的继续增强，光合作用强度不再增加。所以第一小题答案应为：光照强度为b时，光合作用强度最高，当超过b点时，随着光照的继续增强，光合作用的强度不再增加。②光照强度为a时，光合作用吸收二氧化碳的量等于呼吸作用放出二氧化碳的量，此时有机物的净积累为O。若白天光照强度在较长时间维持在a点水平，白天有机物净积累为O，而晚上则只进行呼吸作用，这就会造成有机物的消耗量大于有机物的积累量，植物将不能正常生长。③由于松树是典型的阳生植物，它需要较强的光照才能生长良好，而人参是典型的阴生植物，它在较弱的光照强度条件下就能生长良好。因此，如果把以上的关系曲线图改为人参的，其b点的位置应向左移，因为b点的生物学含义是：当达到最大光合速率时，所需的最低光照强度，而人参与松树相比较，人参光合作用速率达到最高点时，所需的光照强度比松树低。教材分析因为光合作用在绿色植物的新陈代谢以及整个生态系统的物质循环和能量流动中，具有十分重要的意义，所以本节是本章的重点内容之一。教材这一节主要讲述了光合作用的发现过程、叶绿体和其中的色素（并且安排了叶绿体中色素的提取和分离的学生实验）、光合作用的过程、光合作用的重要意义以及植物栽培与光能的合理利用。义务教育初中生物教材已经讲述了光合作用的基础知识，安排了绿叶在光下制造淀粉的实验。本节在此基础上，更加深入地从产物和场所等方面讲述了光合作用发现过程中的几个著名的实验；讲述叶绿体和其中的色素、让学生学会提取和分离叶绿体色素。一、教材首先向学生展示了人类研究光合作用这种地球上最重要的生理过程的艰苦历程，同时介绍了在研究光合作用过程中的几个著名实验，如：1771年，英国科学家普利斯特利证明植物可以更新空气实验；1864年，德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生淀粉的实验；1880年，德国科学家恩吉尔曼证明叶绿体是进行光合作用的场所，并从叶绿体放氧的实验；20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究证明光合作用释放的氧气全部来自水的实验。介绍这些实验的目的是使学生懂得实验是探究生物科学的基本方法，从而培养学生实事求是的科学态度、不断探求新知识的创新精神。二、叶绿体中的色素是本节的重点，实验是本节的难点。学生必须在搞清楚叶绿体中色素的种类及其吸收光谱，基粒片层结构的垛叠形式、色素在片层上的分布、基粒和基质的关系基础上，才有可能深刻理解光合作用的光反应和暗反应及其相互关系。教材在介绍叶绿体中的色素时，设计了一个学生实验，即《叶绿体中色素的提取和分离》，使学生易于对叶绿体色素有一个感性认识。本实验可以在讲授完叶绿体色素后作为验证实验处理，也可用于叶绿体色素的探究实验；另外教材中叶绿体中各色素的吸收光谱也可作为课上学生讨论叶绿体色素生理作用的探究课题处理。三、教材中光合作用的过程是本节的重点内容，也是本节的难点。1．其中光合作用的总反应式，即概括出了光合作用的场所、条件、原料、产物及氧气的来源，但是，该反应式不足以表示光合作用的具体过程。因此，教材以图解的形式简明扼要地介绍了光合作用的两个重要过程，即光反应和暗反应。2．光反应阶段教材中光反应阶段可概括为光反应场所和光反应过程两个方面。（1）光反应场所：叶绿体基粒片层结构的薄膜（类囊体）上进行。（2）光反应过程：光反应的本质是由可见光引起的光化学反应，可分为两方面内容：①水的光解反应：通过光合色素对光能的吸收、传递，在其中部分光能作用下把水分解为氢和氧，氧原子结合形成氧气释放出去，氢与NADP结合形成NADPH，用[H]表示，叫做还原性氢，作为还原剂参与暗反应。②ATP的合成反应：另一部分光能由光合色素吸收、传递的光能转移给ADP，结合一个磷酸形成ATP，也就将光能转变成活跃的化学能储存在高能磷酸键上。3．暗反应阶段教材中暗反应阶段也可概括为暗反应场所和暗合应过程两个方面。（1）暗反应场所：叶绿体基质中进行。（2）暗反应过程：暗反应实际上是一个由多种酶的催化才能完成的酶促反应，光对暗反应没有影响。主要包括三个步骤：①二氧化碳的固定：一个二氧化碳分子与一个五碳化合物分子结合形成两个三碳化合物分子，这个反应的作用在于使反应活性不高的二氧化碳分子活化。②三碳化合物的还原：在有关酶的催化下，一些三碳化合物接受光反应产生的ATP分解时释放的能量并被光反应产生的[H]还原，经一系列复杂的变化，形成糖类，一部分氨基酸和脂肪也是由光合作用直接产生的。③五碳化合物的再生：另一些三碳化合物则经复杂的变化，又重新生成五碳化合物，从而使暗反应阶段的化学反应不断地进行下去。4．教材中光合作用的意义可从以下几个方面归纳：光合作用是生物界有机物的来源；光合作用是生物生命活动所需要能量的来源；光合作用可调节大气中氧气和二氧化碳的含量；光合作用在生物的进化具有重要作用，即：使无氧呼吸进化为有氧呼吸成为可能，同时为水生生物进化到陆生生物创造了条件。教材在最后总结道：“光合作用是生物界最基本的能量和物质代谢”，充分概括光合作用在生态系统中的地位。5．植物栽培与光能的合理利用是教材的选学内容，其目的是使学生意识到科学、技术、社会（STS）的理念，这部分内容易于调动起学生的讨论热情。教法建议1．引言因为与光合作用相关的问题涉及面非常广泛，尤其是一些广为人们关注的话题，所以本节可引入的话题很多，如可从全世界面临的一些生态危机，如粮食、化石能源、环境污染等，或从花卉、农作物、果蔬的栽培方法或增产的措施；或从一些自然灾害，蝗灾、沙尘暴等入手；或动物、植物的同化作用区别等等方面切入光合作用的。这样的引入方式，可有意识地培养学生的社会责任感，也可较好地体现科学、技术、社会的教育的精神。2．光合作用的发现这部分的教学要特别重视，这不仅仅是进行科学史的教育，学生可从科学家二百多年的研究历程体会到科学发现的艰难；同时还能感受到科学研究方法的重要；实验设计的巧妙，如1880年德国科学家恩吉尔曼证明叶绿体是进行光合作用的场所，并从叶绿体放氧的实验；以及新技术、新理论的发现和综合应用在科学发现中的重要作用，再一次体验科学、技术、社会的理念。例如，没有核科学的进展，就不会有放射性同位素示技术，也就不会有美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究证明光合作用释放的氧气全部来自水的实验。3．引导学生讨论叶绿体中的光合色素及其生理功能时，《实验八叶绿体中色素的提取和分离》可以在讲授完光合色素后作为验证实验处理，也可用于光合色素的探究实验，这样做不但可使学生学会有关方法，激发学生学习生物学的兴趣，还可加深对这部分知识的认识，同时训练其实验探究能力；在引导学生讨论叶绿体中各色素的吸收光谱时，教材上的光合色素吸收光谱曲线可作为课本探究的素材，以训练学生分析曲线的能力。4．光合作用过程的的教学是本节的核心内容。教学时可从光合作用的总反应式入手，或从与初中阶段的光合作用总反应式的比较入手，可采用老师讲授，或学生讨论，或学生根据总反应式提出光合作用氧来源假设，即水中的氧是来源于水还是二氧化碳，还是共同来源于二者，条件好的班还可让学生想办法证明这些假设，以训练学生的实验设计能力。通过总反应式的分析，应使学生明确光合作用氧来源这一关键问题。在学生理解了光合作用总反应式的基础上，使学生明确另一个重要观点，即光合作用是非常复杂的多步反应，总反应式不能表示光合作用具体的进行历程，这样很自然地就引入了光合作用的光反应和暗反应的过程的学习。光合作用光反应与暗反应教学时，因为都是较为枯燥的化学反应过程，且又无法在实验中让学生看到这些变化，可采取图解、表解或多媒体动画的方式展示给学生，这样学生一是乐于接受，二是学生能“亲眼看到”物质的微观化学变化，也降低了理解这部分知识内容的难度。还应引导学生讨论光合作用的光反应与暗反应之间的区别和联系，尤其是二者的联系应多加注意。时间允许的话，还可引导学生讨论影响光合作用的因素，进而讨论“如何提高光合效率的途径”，“采取哪些措施提高农业产量？”等问题，使学生体会到学习生物学理论的实际价值，强化学生学以致用、理论联系的理念。5．进行光合作用的意义的教学时，可以在课前自己收集或让学生收集诸如当今世界面临的粮食、化石能源、环境污染、生物多样性受到破坏等资料，课上选择几个典型的事例，围绕光合作用的生态意义这个中心，引发学生的思考和讨论，使学生切实体会到“光合作用是生物界最基本的能量和物质代谢”。6．植物栽培与光能的合理利用的教学，可以综合性讨论题的形式，比如：学生能利用光合作用原理，提出在农业生产中提高作物产量的具体措施吗？这样的问题容量使学生有更大的想象和思维的空间，也易于在高中学生中展开讨论。探究活动探究光强、光质、温度、二氧化碳浓度对光合作用的影响【实验目的】学习光强、光质、温度、二氧化碳浓度等外界条件对光合作用的影响【实验原理】因为影响光合作用的内部及外部因素不断变化而相起，因此植物光合作用强度经常改变着。影响光合作用的外界因素主要有光强、光质、温度、二氧化碳浓度。影响光合作用的内部因素主要有叶片叶绿素的含量、叶片含水量、叶片的发育阶段等等。一般而言，光强增加，光合作用强度增强。但由于植物的生活习性不同，在光强增加相同的情况下，光合作用强度的增强程度并不相同，并且当光强增加到一定限度时，光合作用不再增加了。因光合色素对不同性质的光的吸收值是不同的，因此不同颜色的光也会影响光合作用的强度，红光、蓝紫光光合作用强度大，其它颜色的光会使光合强度下降，绿光的光合强度几乎为零。因温度直接影响光合作用过程中光反应与暗反应酶的催化活性，因此也会影响光合作用的强度。一般而言，温度在0℃-35℃之间时，每增加10℃光合强度增加一倍；但超过40℃-50℃后，光合强度下降。因二氧化碳是光合作用的底物之一，因此它的含直接影响光合强度，在一定的浓度范围内，增加二氧化碳浓度，光合作用强度加强。【实验材料和用具】黑藻或金鱼藻、碳酸氢钠、高瓦数聚光灯、温度计、大烧杯等。【实验步骤】1．光强度对光合作用的影响。取几条黑藻或金鱼藻，将其剪成几段，放在装有自来水的大烧杯中（杯中已放入少量的碳酸氢钠以产生二氧化碳），使烧杯中水高于植物体2-3厘米。把此装置放在聚光灯下，很快有气泡从切口中冒出。把此装置放在距光源分别为10cm、30cm、50cm的地方（用冰块控制各烧杯中的水温，用温度计监测水温）。每个距离都每隔一定的时间计数排出的气泡数。2．光质对光合作用的影响。取几条黑藻或金鱼藻，将其剪成几段，放在装有自来水的大烧杯中（杯中已放入少量的碳酸氢钠以产生二氧化碳），使烧杯中水高于植物体2-3厘米。把此装置放在聚光灯下，很快有气泡从切口中冒出。把此装置放在距光源300cm地方（控制各烧杯中的水温一致），分别用红色、蓝色、黄色、绿色的透明玻璃纸把该装置包起来。每种颜色的光质都每隔一定的时间计数排出的气泡数。3．温度对光合作用的影响。取几条黑藻或金鱼藻，将其剪成几段，放在装有自来水的大烧杯中（杯中已放入少量的碳酸氢钠以产生二氧化碳），使烧杯中水高于植物体2-3厘米。把此装置放在聚光灯下，很快有气泡从切口中冒出。把此装置放在距光源300cm地方，用冰块和热水控制各烧杯中的水温在室温、0摄氏度、50摄氏度。每种温度都每隔一定的时间计数排出的气泡数。4．二氧化碳浓度对光合作用的影响。取几条黑藻或金鱼藻，将其剪成几段，放在装有自来水的大烧杯中，使烧杯中水高于植物体2-3厘米。放在黑暗处一天，使黑藻或金鱼藻体内的机物消耗掉。把此装置放在聚光灯下，很快有气泡从切口中冒出。把此装置放在距光源300cm地方（控制各烧杯中的水温一致），各烧杯中放入碳酸氢钠量分别从0依次增加一些，并用玻璃棒搅拌一下。每个烧杯都每隔一定的时间计数排出的气泡数。探究观察气孔运动及估测气孔数量【实验目的】学习观察气孔运动和估测气孔数量的技术和方法【实验原理】用透明直尺与显微镜测量气孔数量的方法：1．微米是一毫米的一千分之一。用符号表示微米就是。2．可以通过将微观物体的大小与圆形视野的大小做比较而估计出微观物体的大小。要确定视野的大小,可以在载物台上放一把透明的直尺,用低倍物镜获得尺子上分格的清晰图像。小心移动尺子使它有刻度的一边通过视野的正中心，并数在你的视野中所看到的分格的数目。尺子上刻度将显示得相当宽,l是从一个刻度的中心到另一个刻度的中心的距离。用记录你的显微镜中低倍物镜的视野直径。3．计算高倍物镜的视野直径是多少毫米,使用下面的等式：高倍物镜的放大倍数/低倍物镜的放大倍数=A低倍物镜的视野直径/A=高倍物镜的视野直径例如,如果你的低倍物镜的放大倍数是12X，而你的高倍物镜的放大倍数是48X,则A=4。若低倍物镜的视野直径是,则高倍物境的视野直径是4,或。【实验材料和用具】显微镜、透明直尺（最小刻度为1mm）、载玻片、盖玻片、镊子、解剖针、清水、滴管等；吸水纸、50%甘油、不同种的植物叶片等。【实验步骤】一、观察气孔的运动实验前把植物放在光线充足及比较湿润的地方，以便使用时气孔更好地张开。撕下叶子的下表皮，放在载玻片上的清水中，展平后盖上盖玻片。然后在显微镜下观察正常状态的气孔。找到清晰的开放着的气孔物像后，在盖玻片的一侧滴加2-3滴50%的甘油，同时在盖玻片的另一侧用吸水纸吸，同时在显微镜下观察。此时可以观察保卫细胞开始发生质壁分离现象，气孔也随之关闭了。10-15分种后，由于甘油可透过保卫细胞的原生质层而进入液泡，从而导致保卫细胞发生质壁分离复原现象，这时会发现气孔又随之张开了。在盖玻片的一侧滴加2-3滴清水，同时在盖玻片的另一侧用吸水纸吸，同时在显微镜下观察。此时可以观察到由于保卫细胞大量吸水而导致气孔张得更大了。二、估测叶片气孔的数量1．请用自己组的设计方案，或者用参考的设计方案来研究：（1）同种植物单位面积叶片上、下表皮气孔数量有何差异？（2）不同植物单位面积叶片上的气孔数量差异如何？2．一些提示：临时装片的制作方法要点：滴清水、撕叶片表皮（只要透明部分）、展平、盖盖玻片（注意防气泡）、观察（注意显微镜的正确使用）。3．