2022年高中生物 第四節(jié)能量之源 綠色植物的光合作用教案2 新人教版必修1

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1、2022年高中生物 第四節(jié)能量之源 綠色植物的光合作用教案2 新人教版必修1 教學目標 1．使學生了解葉綠體的結構以及其中的光合色素，理解其中的色素與光合作用的關系；理解光合作用的光反應和暗反應的基本過程和相互關系；理解光合作用的生理意義以及在生物界中和對人類生產(chǎn)生活的意義。 2．讓學生初步學會提取、分離葉綠體中色素的方法和技能；通過引導學生分析光反應和暗反應的過程，概括物質和能量轉化的本質，培養(yǎng)學生分析概括的能力。 3．通過光合作用的意義的教學，使學生在理解綠色植物在維持環(huán)境穩(wěn)定中的作用，理解光合作用產(chǎn)物對人的生活和生產(chǎn)的意義。在此基礎上，增強學生關心愛護綠色植物，關心發(fā)展農(nóng)業(yè)的意識

2、從而對學生進行生命科學價值觀的教育。 重點、難點分析 1．葉綠體的結構特點以及其中的光合色素的種類和作用，是本課題教學的重點之一。因為： （1）葉綠體是光合作用的結構基礎，且這種結構和成分與其光合作用具有一定的適應關系。如，葉綠體中色素的種類及其吸收光譜，色素在片層上的分布、基粒片層的垛疊形式、基粒和基質的關系等，都利于光合作用的進行。學生清楚地知道這些結構和成分，才能順利地理解光合作用的光反應和暗反應發(fā)生的場所。 （2）在第一章細胞部分，學生接觸了葉綠體色素種類的知識，另外學生在生活中也經(jīng)常看到或聽到過有關葉綠素和胡蘿卜素的知識，但沒有提取和實際看到過各種葉綠體中的色素。因此學生對親

3、自從葉片中提取和分離葉綠體色素具有濃厚的興趣和渴望。做好葉綠體中色素的提取和分離實驗，不但可使學生學會有關方法，還可以激發(fā)學生學習生物學的興趣，加深對有關知識的認識。 2.光合作用的過程的內(nèi)容，是教學的又一重點。因為： （1）光合作用過程是本課題的核心內(nèi)容。學生只有認識了光合作用的光反應和暗反應的過程，才能理解從光能、ATP分子中活躍的化學能到糖類等有機物分子中的穩(wěn)定的化學能這一能量轉移過程，掌握光合作用的能量和物質變化的本質。使學生對光合作用的認識水平，在初中的基礎上前進一步。 （2）學生只有知道光合過程的各個環(huán)節(jié)，才能理解內(nèi)外因素對光合作用的影響，才能進一步研究如何提高光合效率的途徑

4、，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的技術。因此，學習光合作用的過程，是深入聯(lián)系生產(chǎn)實際的理論基礎。 3．光合作用的意義，也是教學的重點。因為： （l）通過光合作用的意義的教學，可使學生理解，當今世界面臨的糧食、化石能源、環(huán)境污染等重大問題的解決與研究光合作用的關系。知道人類需要的農(nóng)產(chǎn)品，歸根結底要靠光合作用去生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究，應該把培育高光合效率的農(nóng)作物品種，發(fā)明提高農(nóng)作物充分利用光能的時間、空間的技術等途徑作為研究方向。知道增加植被面積和質量，是改善環(huán)境的有效途徑等。這些，是學生必備的科學素養(yǎng)。因此，光合作用的意義，是培養(yǎng)學生關心生物科學及其發(fā)展，關心社會問題的解決等意識的好材料，應充分重視。 （

5、2）從生物界看，光合作用是最基本的物質代謝和能量代謝。光合作用制造的有機物，不僅供綠色植物本身利用，也是地球上絕大多數(shù)生物體中有機物的來源，是生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者。這些，是學生學習呼吸作用、生態(tài)系統(tǒng)等內(nèi)容的基礎。 4.光合作用中的物質和能量變化，是教學的難點。因為，學生對有關的物理和化學知識木熟悉，特別是有機化學知識，高二第一學期多數(shù)學校本學習到。對光合作用中的光能到電能、電能到不穩(wěn)定的化學能、從不穩(wěn)定的化學能到穩(wěn)定的化學能的轉變的必要性的理解，對暗反應中的二氧化碳的固定、三碳酸的還原等的必要性的理解都有一定的難度。 教學過程設計 一、本課題的參考課時為二課時。 二、第一課時： 教學過

6、程的設計思路： 介紹有關證明葉綠體是光合場所的實驗，引入對葉綠體的分析。 從綠色植物的水分、礦質代謝引入有機物和能量的代謝，然后提出光合作用。 通過學生做葉綠體色素的提取和分離的實驗，使學生理解掌握有關內(nèi)容。 演示或介紹葉綠體色素吸收光譜的現(xiàn)象。總結葉綠體成分、結構與功能的適應性。 2.關于教學過程的說明： （1）本節(jié)教學課題的引入，可有多種不同的形式。一種是通過綠色植物的水分和礦質代謝引到有機物和能量代謝。如，綠色植物在生活中，除了要從環(huán)境中吸收水分和二氧化碳，以及礦質元素離子等無機營養(yǎng)外，還需要有機物，如糖類、脂類、蛋白質等。這些有機物是從哪

7、里得到的呢？怎樣制造的？由此引出課題。接著介紹能說明光合作用的場所是葉綠體的有關實驗，引入對葉綠體的分析，如德國科學家恩吉爾曼用水綿進行光合作用的實驗。也可以從光合作用的意義或光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，引入本課題和光合作用的場所的研究。提出：為什么光合作用能在葉綠體中進行？這與葉綠體內(nèi)特有的成分和結構有關。引入本節(jié)課的學習內(nèi)容。 （2）通過提問，復習葉綠體的亞顯微結構，用板圖或掛圖顯示出葉綠體的外膜、內(nèi)膜、基質、基質片層和基粒等結構及成分。附圖不僅可以強化學生對葉綠體結構的認識，也可使學生直觀地認識色素和酶的存在部位。在此，教師應特別指出，光合作用所以能在葉綠體中進行，一是由于其中含有催化光合作用

8、的酶系，這些酶分布在葉綠體的基質中和片層的薄膜上；二是在基料片層的薄膜上，有吸收轉化光能的色素。由此引出色素的提取和分離實驗。 （3）關于葉綠體中色素的提取和分離的學生實驗： ①本節(jié)課內(nèi)容多時間緊，課前要做好實驗準備?？砂讶~片稱好后，分發(fā)給學生，免去學生稱量的過程。 ②在學生進行色素提取實驗前，教師應對實驗原理給予簡要說明。如，根據(jù)葉綠體中的色素，在有機溶劑（乙醇、丙酮等）中溶解的特性，用丙酮可將色素從葉片中提取出來；葉綠素在酸性條件下，其中的鎂可被氫離子取代，使葉綠素成為褐色的去鎂葉綠素。在研缽內(nèi)加入少許的碳酸鈣，可中和細胞液中的有機酸。 ③提醒學生，整個提取的操作過程，速度要快。減

9、少丙酮的揮發(fā)，減輕對教室環(huán)境的污染。為減少丙酮的污染和節(jié)省時間，可簡化該實驗。如，教師在實驗前，選取新鮮綠色的葉片（菠菜葉、菜豆葉等），烘干后磨成粉末狀，分別裝入小試管中（約占試管的五分之一），然后分發(fā)給學生。實驗開始，學生直接量取丙酮，倒入小試管中（約至試管的五分之三）。輕輕振蕩后，過濾即得葉綠體色素濾液。對研磨葉片的過程簡單介紹即可。 關于色素的分離。為節(jié)省時間，教師在實驗前，把濾紙條制備好。 對操作過程不必過多解釋，先讓學生按教材要求進行操作。但要提醒學生在劃濾液線時，多重復幾次（5～6次），所劃的細線，應呈深綠色。待學生按教材要求完成實驗操作后，在等待層析結果的過程中，教師與學

10、生討論實驗原理和操作要求。關于層析原理，應使學生清楚：不同的色素，在層析液中的溶解度不同以及在濾紙上的吸附力木同，故在濾紙上的運動快慢不同，使不同色素分離開。層析法是分離混合物的常用方法之一。關于操作要求，可提出以下問題討論：濾液細線為什么細一些、齊一些好？為什么不要讓層析液設及濾紙上的濾液細線？ ⑤結果觀察。在學生觀察的基礎上，總結共板書（如圖）。在此，教師應指出，在通常情況下，葉綠素的含量是類胡蘿卜素的4倍，因此，在春夏季節(jié)我們所見到的葉子通常是綠色。 ③關于色素吸收光譜特點。教師可演示葉綠體的色素吸收光譜的現(xiàn)象。方法是：用紅、橙黃、綠、藍紫色的薄膜，分別遮住同一光源。把盛有葉綠體的色

11、素提取液的試管，分別放在紅、橙黃、綠、藍紫色光前，讓學生觀察這些光透過色素提取液的情況。可明顯地看到，紅和藍紫色光透過的較少（暗），橙黃和綠色光透過的較多（亮）。引導學生分析這些現(xiàn)象，得出葉綠體中的色素，主要吸收紅光和藍紫光。在此基礎上，教師再介紹，人們用更加精密的儀器測定得知，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光。并板書（如圖2－9）。 （4）在分析葉綠體中色素的種類和吸收光譜的特性后，回過頭再進一步分析，葉綠體的成分和結構特點與光合作用的關系。如，葉綠體內(nèi)的片層薄膜，垛疊成基粒，每個基粒由10～100個片層結構組成，可增大葉綠體內(nèi)的膜表面，擴大色素的附著面，有利于提高光能

12、的利用效率；又如，與光合作用有關的各種酶集中分布于葉綠體中，有利于光合反應高效地進行等。使學生理解生物的結構與功能相統(tǒng)一的特點。 三、第二課時： 1．教學過程的設計思路： 復習光合作用場所。提出光合作用的總反應式，引出對光合作用過程的研究。 分析光反應和暗反應的關系，概括光合作用的實質。討論光合意義。 通過介紹卡爾文實驗及結果討論暗反應的過程，分析其物質和能量變化的實質。 講述光合作用的光反應，分析其能量和物質變化。介紹有關實驗證據(jù)。 2．關于教學過程的說明： （1）開始可以提問復習上節(jié)課的內(nèi)容。如，為什么在葉綠體中能發(fā)生光合作用？（引導學生回答

13、出：葉綠體中分布有光合作用有關的酶、色素種類）這些酶和色素分布在葉綠體的什么部位？（使學生回答出：酶分布在片層薄膜上和基質中、色素分布在基粒片層薄膜上。） （2）在復習的基礎上，提問學生光合作用的反應式（如果學生不能完整答出，教師要給予提示），并板書。接著指出，該反應式概括了光合作用的條件、原料和產(chǎn)物。在葉綠體中，是怎樣利用二氧化碳和水合成有機物的？引出光合作用的過程。 （3）關于光反應的過程，可以教師講解為主。邊講解邊板圖（如圖2－10）。說清以下幾點： ①光合作用是從葉綠體色素吸收光能啟動的。色素吸收光能傳遞給部分葉綠素a，葉綠素a接受一定量的光能后，迅速射出一個高能電子（光能轉

14、變?yōu)殡娔埽?，此時該葉綠素分子被激發(fā)，出現(xiàn)電子虧缺，并形成強烈的奪得電子的能力，導致水分子分解成O2和H+，使該色素分子得到電子。 ②射出的高能電子，經(jīng)過一系列的傳遞，最終與H+一起被某種受體接受（可如圖2－10表示人在傳遞過程中，釋放能量并把ADP和Pi轉變成ATP。這樣就把電能轉變成化學能儲存在ATP中。從葉綠體的色素吸收光能開始到此，依賴于光能的推動，因此，把上述反應稱為光反應。 ③概括光反應。把水分解為O2、［H］；把光能轉變成活躍的化學能貯存在ATP中。光反應在葉綠體內(nèi)基粒片層的薄膜上進行。（板書） ④如果有時間，教師可介紹有關證明光合作用釋放的氧來自水的實驗。如，美國科學家魯賓

15、和卡門用氧的同位素18O，標記H2O和CO2，使它們分別成為H。18O和C18O 2，然后向一組植物提供H218O和C O2；向另一組植物提供H對和C18O 2。在相同的條件下，植物進行光合作用，并對其產(chǎn)生的氧氣進行分析。發(fā)現(xiàn)前者釋放的氧氣中的氧全是“O2，后者釋放的氧氣中的氧都是O2。證明，光合作用釋放的氧全是來自水。 接著教師指出，光反應產(chǎn)生的［H］和ATP是非常活躍的，在葉綠體中不能大量積累，它們具有很強的還原能力，推動光合作用的下一步的進行。由此，引出暗反應。 （4）關于暗反應的過程，可以從CO2的利用入手，逐步分析其固定、還原、五碳化合物的再生以及光合產(chǎn)物形成過程。如果學生條件較

16、好，可以通過介紹卡爾文的實驗，討論暗反應的過程。在討論中注意講解以下幾點： ①邊講邊板圖（如圖），和光反應過程的圖解聯(lián)系成整體圖，幫助學生直觀地理解這一過程。 ②CO2的固定是在酶的作用下，將葉片吸收的或自身呼吸釋放的一分子CO2，首先和五碳化合物（二磷酸核酮糖）結合，再分解為兩分子的三碳化物（磷酸甘油酸），這樣氣體CO2被固定。 ③還原過程，是三碳化合物在ATP供能和加氫的情況下，變成三碳糖的過程。在此過程中，原屬CO2中的C進入糖的分子中，并把活躍的、不穩(wěn)定的化學能轉變?yōu)榉€(wěn)定的化學能貯存在糖分子中。 ④兩個三碳糖經(jīng)過一系列的復雜的變化，一部分再形成五碳化合物補充原消耗的五碳化合

17、物，一部分最終形成葡萄糖等有機物。 ⑤概括暗反應。在此反應指出：暗反應是在葉綠體的基質中，需要多種酶催化進行的；在光反應產(chǎn)生的[H]和ATP的推動下，把CO2原成有機物并把活躍的化學能轉變?yōu)榉€(wěn)定的化學能貯存在有機物中。把概括的內(nèi)容，簡捷地板書出來。 （5）在暗反應過程學習后，以討論的形式，分析光合作用過程中的光反應和暗反應的關系。在此，教師可利用已有的板圖，討論出：沒有二氧化碳的固定形成的三碳酸，光反應的產(chǎn)物[H]和ATP就會積累，使光反應很快停止；沒有光反應提供[H]和ATP，三碳酸就不能還原成三碳糖，就木會有五碳化合物的木斷再生以及最終有機物的合成。五碳化合物迅速減少和三碳酸的積累，必

18、然導致二氧化碳固定的停止。即沒有光反應，暗反應無法持續(xù)地進行。所以，光反應和暗反應是光合作用全過程的兩個階段，它們是相互依存的。 （6）對比完兩個反應后，要引導學生概括光合作用的全過程的物質和能量變化，對照反應式，指出原料和產(chǎn)物之間的來龍去脈，由學生配平光合作用的總反應式。指出光合作用的物質和能量變化的本質，也由此引出光合作用的意義。 （7）關于光合作用的意義的教學，可以討論的形式，概括出以下幾點： ①光合作用是生物界最基本的物質代謝和能量代謝。通過討論植物、動物等其它生物體中的有機物及其中的化學能，歸根結底是光合作用制造的。在生態(tài)系統(tǒng)中，通過食物鏈和食物網(wǎng)，逐級進入各種生物體中。因此，

19、綠色植物是生態(tài)系統(tǒng)中的產(chǎn)生者。 ②光合作用制造的有機物，是人類食品、醫(yī)藥以及需要農(nóng)產(chǎn)品為原料的工業(yè)品中的有機物和能量來源。人類普遍使用的化石燃料，也來自光合作用的產(chǎn)物。 ③地球上各種生物和人的呼吸要消耗氧氣，呼出二氧化碳。各種燃燒要消耗大量的氧氣，排出二氧化碳。維持大氣中的氧氣和二氧化碳的平衡，依賴于光合作用。綠色植物是“自動的空氣凈化器”。 在討論意義時，要多聯(lián)系人類生產(chǎn)、生活以及人類生存發(fā)展所面臨的問題。可舉例說明。 四、本課題教學中應注意的問題： 1．在教學中，盡可能地聯(lián)系學生已有的知識，聯(lián)系學生生活和生產(chǎn)、環(huán)境，激發(fā)學生學習的興趣。 2．在分析光合作用的過程中，根據(jù)學生的可

20、接受程度，決定深入的程度。 3．由于本課題難點較多，可留些課外作業(yè)，鞏固學習內(nèi)容，如列表對比光反應和暗反應的區(qū)別與聯(lián)系等。 小資料 一、植物的光合作用速率： 光合作用速率是光合作用強度的指標，通常以每小時每平方分米葉面積吸收二氧化碳毫克數(shù)表示。由于植物進行光合作用吸收二氧化碳的同時，還進行呼吸作用，釋放二氧化碳，這些二氧化碳未出植物體又被光合利用，所以，在光照下測定的二氧化碳的吸收量只是光合作用從外界吸收的量，稱為表觀光合速率。真正光合速率是指植物在光下實際把二氧化碳轉化成有機物的量，即在單位時間內(nèi)、葉面積從外界吸收和自身呼吸釋放二氧化碳的量。 二、影響光合速率的因素： 1．影響光

21、合速率的內(nèi)部因素。據(jù)研究，植物的種類不同，光合速率不同；同一植物在不同的生長發(fā)育階段、同一植株不同部位的葉片（圖2－12）、同一葉片的不同生長發(fā)育時期，光合速率都有明顯差異。 2.影響光合的環(huán)境因素。 （l）光照強度。光是光合作用的能量來源，光照強度直接影響光合速率。在其它條件都適宜的情況下，在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光照強度提高而加快。當光照強度高到一定數(shù)值后，光照強度再提高而光合速率不再加快，這種現(xiàn)象叫光飽和現(xiàn)象。開始達到光飽和現(xiàn)象的光照強度稱為光飽和點。在光飽和點以下，隨著光照強度減弱，光合速率減慢，當減弱到一定光照強度時，光會吸收二氧化碳量與呼吸釋放二氧化碳的量處于動態(tài)平衡，這時

22、的光照強度稱為光補償點（圖2－13），此時植物制造有機物量和消耗有機物量相等。據(jù)研究，不同類型植物的光飽和點和補償點是不同的。陽性植物的光飽和點和補償點一般都高于陰性植物。 （2）二氧化碳濃度。二氧化碳是光合作用的兩種原料之一，因此，環(huán)境中二氧化碳的濃度與光合速率有密切關系。在自然條件下，陸生植物主要從空氣中吸收二氧化碳，水生植物或暫時浸泡在水中的植物體，吸收溶于水中的二氧化碳。 空氣中二氧化碳含量占空氣體積的0．033％左右，據(jù)研究，這一含量對植物光合作用來說是比較低的，在較強的光照下，它限制了光合速率。例如，將棉花、玉米放在二氧化碳為0．064％的空氣中與0．033％的自然條件下進行比較，結果棉花的光合速率提高了1．5倍，玉米的光合速率提高了15％。 （3）溫度的高低。溫度對光合作用的影響比較復雜，它一方面可以直接影響光合作用中各種酶的活動、光合結構，還通過影響其它相關的代謝活動而影響光合作用。不同植物對溫度反應不同，一般最適溫度在25℃。