高中生物《光合作用的原理》教案 苏教版必修1.docx

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高中生物《光合作用的原理》教案苏教版必修1

江苏省邳州市第二中学高中生物《光合作用的原理》教案苏教版必修1

一、教学目标

1.说明光合作用以及对它的认识过程。

2.说出光合作用过程。

二、教学重点和难点

1.教学重点

（1）光合作用的发现及研究历史。

（2）光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。

2.教学难点

光反应和暗反应的过程

三、教学方法

探究法、实验法、讲述法、对比法

四、课时安排1

五、【课前准备】

1、制作多媒体课件。

2、课前教师提供一份预习学案，布置学生预习课本的内容。

六、教学过程

教师：

通过上一节课的学习，我们已经知道光合作用的场所是叶绿体，请问叶绿体有哪些结构特点与其功能相适应呢？

回顾叶绿体的亚显微结构。

学生：

第一，叶绿体内有许多基粒和类囊体，扩大了叶绿体的受光面积，类囊体膜表面分布着许多吸收光能的色素分子，便于光能的吸收；第二，类囊体膜表面以及基质内还分布着多种光合作用所必需的酶，有利于光合作用的进行。

教师：

初中我们曾经学习过有关光合作用的知识，请问你们对光合作用的知识还有哪些方面的了解？

学生：

（七嘴八舌）

光合作用的原料是CO2和H2O；

光合作用的条件是光；

光合作用的产物是糖类和氧气；

等等。

教师：

很好。

看来大家对光合作用的知识还了解不少。

请一位同学根据幻灯片内容来归纳光合作用的概念。

学生：

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，并且释放出氧气的过程。

教师：

很好，看来同学们对光合作用的具体过程掌握得不错。

但是有哪位同学知道光合作用的过程是怎样被人发现和了解的吗？

教师：

这个问题看来大家了解得不多。

人们对光合作用的认识经历了一个漫长的过程，科学家们用了200多年的时间经过无数次的实验才对光合作用的过程有了比较清楚的认识。

下面我们将沿着科学家们探寻的足迹，去体验他们认识问题的思维过程和科学探索的乐趣。

〖板书〗㈠光合作用的探究历程

教师：

这部分内容我们将以小组合作学习的方式来进行。

请大家结合课本P101~P102的内容，根据提供一份预习学案，然后分组讨论表格中所提出的问题。

请看大屏幕。

多媒体课件出示小组合作学习要求：

（1）每个小组推选一名组长，组织本组同学讨论学习；

（2）推选一名记录员记录本组同学讨论的结果；（3）推选一名交流代表发言，汇报本组讨论结果；（4）每位同学在讨论时都要积极思维、踊跃发言，帮助本组代表准备好发言提纲。

附：

《生物小组合作学习记录卡》

小组编号

时间

月日第节

组长

记录员

组员

课题

讨论

结果

交流代表

〖讲述〗结合课本的图，一步一步的引导。

〖旁栏思考题〗学生思考讨论回答，教师提示。

〖提示〗持这种观点的人，很可能是在无光条件下做的这个实验。

无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就是使空气变污浊了。

年代

科学家

实验情况

结论

思考

1771年

[英国]普

利斯特利

密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死

他的实验有时成功，有时失败，试想一下可能的原因是什么？

1779年

[荷兰]英

格豪斯

密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在光照条件下，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死；密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在黑暗中，一段时间后，蜡烛熄灭，小鼠死亡；重复500多次

英格豪斯的实验设计与前人相比，改进在什么地方？

1845年

[德]梅耶

略

梅耶在得出这个结论的依据是什么？

1864年

[德]萨克斯

暗处理后的叶片一半叶变蓝，遮光一半不变蓝

萨克斯的实验目的是什么？

为什么对天竺葵先进行一昼夜的暗处理？

通过萨克斯的实验我们可得到什么结论？

此实验是否采取了对照实验？

如果是其对照组和实验组分别是什么?

在用碘蒸气鉴定之前,为什么对叶片进行脱色?

20世纪

30年代

[美]鲁宾和卡们

用了同位素18O标记水即H218O，进行光合作用实验，发现生成的氧全部是18O2，用素18O标记co2，即C18O2，H2O不作标记，则生成的氧全部是O2

鲁宾和卡门实验主要证明什么？

鲁宾和卡门采用什么先进方法来进行实验？

鲁宾和卡门采用相互对照实验，实验的自变量与因变量分别是什么？

1、人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学有什么联系？

与技术手段的进步有什么关系？

试举例说明。

2、分析人类对光合作用的探究历程，你还有那些感悟？

请与同学交流。

3、光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？

你能用一个化学反应式表示出来吗？

结论

思考

植物可以更新空气

可能是在无光条件下做的这个实验。

因为无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，所以实验失败。

植物只有在阳光照射下才能更新空气

①设计了对照实验；②控制单一变量（即唯一自变量）；③对实验过程进行重复

植物在进行光合作用时把光能转变成了化学能储存起来

依据是“能量的转换和守恒定律”

证明绿叶在光合作用中制造了淀粉，同时光合作用需要光

为了验证光合作用的产物是什么？

暗处理是为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽。

自身对照实验,对照组为暴光,实验组为遮光，一半遮光一半曝光，是为了进行对照。

可以用酒精脱色,因为叶绿素可以溶解在酒精溶液里,而且在热酒精里溶解速度更快,去除叶绿素目的是在下面进行的显色反应里不会影响显现的颜色,有利于实验结果的判断.

光合作用释放的氧全部来自水

采用了“同位素标记法”来进行实验。

自变量为标记物质（H218O与C18O2），因变量为O2放射性

1、提示：

从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学的研究进展关系很密切。

例如：

直到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳，这个事实说明生物学的发展与化学领域的研究进展密切相关。

又如，基于核科学的进展，鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水，而不是来自二氧化碳。

这些都说明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有巨大的推动作用。

2、提示：

①许多科学家为了研究光合作用进行了辛勤的探索，他们不断地探索研究，从不放弃，坚持到底，这种献身科学的精神值得我们学习；②使我们体验到了科学探究的一般过程是：

通过观察、发现问题—提出问题、进行假设—指定计划、设计实验—观察实验、获取证据—检验假设、得出结论，并认识到科学发现的艰难，科学研究方法的重要性，能及综合利用各学科的成果和研究手段的重要性；③科学家所设计的实验不仅有整体的设想、清晰的思路和操作的可行性，而且他们的实验都遵循了对照性原则、控制变量原则、重复性原则等原则，这些科学实验方法都是值得我们借鉴的。

3、CO2+H2O*（CH2O）+O2*

【师生互动】

自主探究：

请设计实验探究光合作用的过程中需要二氧化碳。

总结：

科学探究的一般过程

（二、）光合作用的过程

教师：

下面我们先来看看光合作用是怎样在叶绿体中进行的。

（显示板书：

光合作用的过程）

教师：

用多媒体课件演示发生在一个叶绿体中的光合作用全程的动态过程。

教师：

我们在观察课件的时候，是不是觉得有点“眼花缭乱”呀，这说明光合作用是个很复杂的过程。

其实刚才课件中显示的只是光合作用的简化过程，其具体过程还要复杂得多。

学生：

叶绿体基粒的类囊体薄膜上。

教师：

利用到了哪种原料？

学生：

水。

教师：

水在光反应阶段发生了怎样的变化？

学生：

水被分解成了[H]和O2。

教师：

水是化学性质非常稳定的化合物，它为什么会在常温下常压下分解？

学生：

一方面有色素吸收的光能做“动力”；另一方面类囊体薄膜上分布着相应的酶作催化剂。

教师：

回答得很好。

我们再仔细观察一下，色素吸收的光能除了使水分解以外，还发生了什么变化？

教师：

重新演示光合作用光反应的动态画面，并指导学生观察。

学生：

还有一部分转移到了ATP中，即利用光能把ADP和Pi合成为ATP。

教师：

刚才的一系列变化都需要什么参与？

学生：

光。

教师：

对啦。

所以我们把发生在叶绿体类囊体薄膜上的这一化学变化称为光反应。

那么，同学们能不能归纳一个，整个光反应阶段物质和能量是怎样转变的？

学生：

从物质变化的角度来看，一是把水分解成了O2和具有强还原性的[H]，二是把ADP和Pi合成了ATP；从能量变化的角度来看，把光能转化成了ATP中活跃的化学能。

教师：

很好。

光反应一共产生了三种产物，其中我们看到O2作为光合作用的第一个终产物释放到了大气中，还原性很强的[H]和储存有活跃化学能的ATP又到哪里去了呢？

学生：

提供给暗反应利用。

教师：

下面我们就继续看看暗反应是怎样进行的。

（显示板书：

暗反应）

教师：

演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。

教师：

暗反应在哪里发生？

学生：

在叶绿体基质中。

教师：

利用了哪种原料？

学生：

二氧化碳。

教师：

在暗反应过程中，二氧化碳发生了怎样的变化？

学生：

首先CO2与一个C5结合形成两个C3，这一步称为“二氧化碳的固定”。

教师：

二氧化碳的化学性质是非常稳定的，在空气中很难与其他化合物发生反应，为什么在叶绿体基质中可以顺利地与C5结合形成两个C3呢？

学生：

因为在叶绿体基质中存在多种催化暗反应的酶。

教师：

请大家仔细观察，经二氧化碳固定所产生的C3又发生了什么变化呢？

教师：

继续演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。

学生：

C3经过一系列变化转变成了（CH2O），这一步称为“三碳化合物的还原”。

教师：

这一步除了形成（CH2O），还有什么产物？

教师：

注意引导学生观察，这一步学生很容易忽略。

学生：

还有C5。

教师：

对啦。

C5作为一种中间产物，在暗反应的固定阶段用到，同时在暗反应的还原阶段又产生，这对于光合作用有什么意义？

学生：

保证暗反应不会缺乏原料，能够持续进行下去。

教师：

还原阶段需要哪些条件？

学生：

需要相应的酶催化，还需要光反应提供的[H]作还原剂以及ATP供能。

教师：

刚才的一系列变化需不需要光？

学生：

不需要。

教师：

那是不是一定要在黑暗中进行呢？

学生：

也不是，有光无光都可以进行。

教师：

对。

“暗”并不是指暗反应一定要在黑暗中进行，而是相对于光反应来说，这一阶段不需要光。

故我们把光合作用第二阶段所发生的、在有光无光条件下都可以进行的化学反应称为“暗反应”。

现在哪位同学来归纳一下整个暗反应阶段物质和能量进行了怎样的转变？

学生：

从物质变化的角度来看，二氧化碳经过“固定”和“还原”两个过程，最终被还原成（CH2O）和C5；从能量转变的角度来看，ATP中活跃的化学能变成了稳定的化学能储存在糖类等有机物中。

教师：

好。

综合我们刚才讨论的光反应和暗反应，我们可以把光合作用过程用下面的示意图表示。

教师：

出示光合作用过程示意图并作适当讲解。

教师：

从上图中可以看出，光合作用是由“光反应”和“暗反应”两个阶段组成的。

那么这两个阶段有什么关系呢？

教师：

出示光反应和暗反应关系的比较表，并组织学生回答。

比较项目

光反应

暗反应

区

别

场所

囊状结构薄膜上

基质中

条件

光、色素、酶、水

酶、ATP、CO2、[H]

反应时间

短促、以毫微秒计

较缓慢

反应产物

[H]、ATP、O2

有机物、ADP、Pi

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

与温度的关系

与温度无直接关系

温度影响酶的活性，关系密切

物质

①水的光解

2H2O4[H]+O2

②ATP的形成

ADP+Pi+能量ATP

①CO2的固定

CO2+C52C3

②C3还原

2C3葡萄糖

能量变化

光能→电能→ATP中活跃的化学能

ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

实质

无机物转变为有机物，光能转变成有机物中的化学能

联系

光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi

列表中的答案由教师根据学生的回答逐一显示。

教师：

通过刚才的列表比较，你认为“植物白天进行光反应，晚上进行暗反应”的说法正确吗？

为什么？

学生：

不对。

因为暗反应的正常进行需要光反应提供的[H]和ATP，如果光反应停止，也就意味着暗反应随即停止；反之，光反应的正常进行需要暗反应提供ADP和Pi，如果暗反应受阻，光反应也不能正常进行。

光反应和暗反应是两个同时进行、相互制约、密切联系、缺一不可的过程。

教师：

请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？

请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？

学生回答后，教师显示幻灯片给予纠正。

教师：

研究光合作用的过程有什么意义呢？

学生：

增加光合作用的强度

教师：

对。

增加光合作用的强度，提高农作物的产量

教师：

据前面得出的反应式，假如有机物就是葡萄糖时，该怎么写反应式呢？

产物中氧原子、碳原子和氢原子的来源？

用直线连起来。

如果从光合作用整体的角度来看；光合作用又完成了怎样的物质变化和能量变化？

（即光合作用的实质是什么？

）

学生回答后，教师显示幻灯片给予纠正。

教师：

我们研究光合作用又何意义呢？

学生：

光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源。

光合作用维持大气中O2和CO2含量的对稳定。

教师：

对，还能促进生物的进化。

教师：

我们研究的光合作用与前面的细胞呼吸有什么区别呢？

学生回答后，教师显示幻灯片给予纠正

课堂小结：

[课堂练习]

1．图示德国科学家萨克斯的实验,在叶片照光24时后,经脱色、漂洗并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的部分呈蓝色。

本实验说明（）

①光合作用需要CO2②光合作用需要光

③光合作用需要叶绿素④光合作用放出氧

⑤光合作用制造淀粉

A．①②B．③⑤C．②⑤D．①③

2.光合作用中,ATP转变为ADP的地方,是在叶绿体的（）

A.外膜上B.基质中C.色素中D.类囊体的薄膜上

3、光合作用实质是（）

A．把二氧化碳转变成ATP

B．产生化学能，贮藏在ATP中

C．把光能转变成化学能，贮藏在ATP中

D．无机物转变成有机物，光能转变成化学能

4．某科学家用含碳的同位素14C的二氧化碳来追踪光合作用中碳原子在下列分子中的转移，

最可能的途径是（）

A．二氧化碳→叶绿素→ADPB．二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖

C．二氧化碳→酒精→葡萄糖D．二氧化碳→叶绿素→ATP

5、如果在光合作用实验所用的水中有0.20%的水分子含有18O,所用的CO2中有0.68%,那么,光合作用释放的氧气中含有18O的比例为（）

A、0.20%B、0.48%C、0.68%D、0.88%

[课后作业]完成学案上的题目。

[教学感悟]