第4节 能量之源光与光合作用.docx

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第4节能量之源光与光合作用

第4节能量之源——光与光合作用

---《光合作用的原理和应用》教学设计

【教材分析】

1.光合作用的原理和应用一课，是人教版《分子与细胞》第5章第4节第二部分的内容，

《课程标准》中具体内容标准为：

说明光合作用以及对它的认识过程。

属于知识性目标的理解水平。

2.本节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。

其中第一课时学习“光合作用的探究历程”和“光合作用的过程”。

教材介绍的与光合作用有关的几个经典实验，有利于学生培养科学精神和严谨的科学态度，从一定程度上反映了科学探究的一般方法，是学生培养科学精神、科学态度和科学研究方法的好素材，为后面众多的实验打下一个良好的感知基础，也为讲述光合作用的原理、过程做好知识铺垫。

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。

这也是其最基本的内容，一方面在学生对有机物，酶和ATP，呼吸作用及光合色素、叶绿体已有知识基础之上深入，同时也是学生学习以后的呼吸作用、生态系统等内容的基础。

结构上起承上启下作用。

亦是高中生物的重点难点。

【学情分析】

1.我们的教学对象是高一的学生，在初中他们应经接触到了生物这门学科，学习过有关光合作用的知识并进行过实验，而且生活实践中也对光合作用有所了解。

同时对呼吸作用也已经完成学习。

这些知识、经验和技能是学好本节内容的重要基础，在教学中不要忽视学生已有的知识经验。

2.从认知能力上看，高中的学生在心理与智力等方面已经发展到了一定点高度，所以高中生在感知，想象，记忆，思维等方面已经具备了基本的能力。

同时他们可以自主的思考问题，自己解决问题，学习的主动性与自主性比较高。

3.从学习动机方面，高中生要面对高考，学习的目的性较强，对新鲜事物有强烈的好奇心及求知欲，有着不甘于落后别人的争强好胜心，推动学习。

此外这一部分内容在初中或者生活中都有接触，基础扎实的学生乐于表现及交流从而带动另一部分同学。

4.学生在前面的学习中已经接触过细胞学说的建立，生物膜流动镶嵌模型的建立，酶本质的探索几个科学发现的研究史，但对于光合作用的发现历史却很陌生，对探索科学的过程与方法及结论的形成仍缺乏理性的思考。

通过本节学习，可以促进其观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性的建立进一步完善。

此外光合作用的原理学生感到抽象难懂，光反应和暗反应的内在本质理解比较困难，因此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，注意让学生以教材中展现的光合作用研究历史中的重要事件为线索，遵循科学家的探索思路，作了一次思维的探究，对于学生认识和掌握光合作用的具体过程是有必要的。

【教学目标】

1.知识与技能

（1）说明对光合作用的认识过程

（2）概述光合作用的过程，及光合作用的原料、产物、条件和反应场所。

2.过程与方法

（1）利用现有资料，学会比较、整理、分析和分享信息学会自主与合作学习，提高提取信息的能力。

（2）学生尝试着将所获得的信息表达分享提高表达能力。

3.情感态度价值观

（1）通过光合作用发现过程的学习，认识到科学发现的艰辛、科学研究方法的重要性，进而领悟学习方法的重要性及自然界生命活动的复杂性和有序性。

（2）通过体验科学探究一般过程，体验科学研究的一般方法、养成勇于实践的科学

精神，初步形成严谨的科学态度和良好的生物素养。

（3）通过学习光合作用过程，渗透物质与能量，光反应与暗反应之间辩证关系，树立辩证唯物主义观点。

【教学重点】

1.光合作用的探究历程。

2.光合作用过程中光反应和暗反应过程及相互关系。

3.光合作用原理的应用。

【教学难点】

1.发现光合作用的经典实验的深度挖掘。

2.光合作用的过程中物质变化和能量变化。

3.光合作用原理的应用。

【教学策略】

1.通过分小组的讨论不同资料、分析整理提取信息，了解光合作用研究历史，沿科学家的发现思路作一次思想的探究，通过讨论、比较、归纳、

总结得出光合作用的探究历程。

达成相应能力和情感目标。

2.学生通过自我总结，完成教学反馈及知识的升华并引入光合作用的过程。

3.通过相互交流，互助合作学习，辅以教师指导及多媒体动画的直观教学，明确光合作用光反应和暗反应的过程，达成图文的转换，认识到光反应和暗反应的相互联系及物质变化和能量变化，渗透物质与能量，光反应与暗反应之间辩证关系，树立辩证唯物主义观点。

从整体认识、理解和掌握光合作用整体过程。

【教学方法】

讨论法、探究法、讲授法、多媒体教学等相结合。

【教学过程】

第一课时：

过程设计

教学内容

设计意图

教师指导（主要包括问题的设置和学习任务的布置）

学生活动

导入新课

提问：

叶绿体的结构及功能是什么？

多媒体展示一组优美的风景图片

同学们了解了叶绿体的结构和功能，植物的每一片绿叶就好像是一个“绿色工厂”源源不断地生产者有机物。

在自然界中绿色植物随处可见，你看到过植物正在进行光合作用吗？

没有。

那么，科学家们到底是怎样发现光合作用这一生理过程的呢？

回忆、思考

创设问题情境，激发兴探究兴趣，导入新课。

光

合

作

用

的

探

究

历

程

（一） 光合作用的探究历程：

多媒体展示下面资料

1、公元前3世纪古希腊学者亚里士多德的结论：

植物的物质积累来源于土壤。

2、1648年比利时医生VanHelmont的柳树实验。

将一株2.3重的柳树苗种在90.8㎏的干土中，只用纯净的雨水浇灌，5年后柳树的质量增加了80㎏多，而土壤减少了不到100g。

VanHelmon的结论是什么?

亚里士多德的结论只是一个经验的推测，并没有进行相应的科学实验。

然后科学家又做了相关的实验。

请学生评价：

你同意他们的结论吗？

（A、亚里士多德的观点缺少科学依据；B、柳树实验则体现了比较科学的研究方法。

）

科学的方法体现在那些方面？

（对照原则）

你对VanHelmont的实验结论认同吗？

（不认同）

为什么？

从实验设计的过程看是不是有不严密之处？

（没有对实验中某些因素（无关变量）严格控制）

植物生长所需的物质从哪里来的呢？

先请生物活动小组一组同学介绍一下他们模拟普利斯特利和英格豪斯所作的实验过程并展示一下实验结果。

同学可以向他们提问：

投影展示实验结果

蜡烛熄灭时间（分钟）

试验次数

放天竺葵的玻璃罩

不放天竺葵的玻璃罩

1

5.2

0.5

2

6.1

0.4

3

6.5

0.3

4

5.8

0.4

思考一下实验组蜡烛熄灭时间的长短与玻璃罩内植株的大小、数量和光照强度有关吗？

如有关系，有兴趣的同学课下可以去实验室做某一因素的探究实验。

多媒体课件依次演示光合作用的四个经典实验过程。

1、1771年普利斯特利的实验：

点燃的蜡烛与绿色植物，密闭，蜡烛不熄灭。

小鼠与绿色植物，密闭，小鼠不易窒息

老师质疑：

（大屏幕）

（1）、该实验的结论是什么？

（2）、为什么有人认为植物也能使空气变浑浊？

他们忽略了什么条件？

2、1779年英格豪斯的实验：

植物更新空气

老师质疑：

（大屏幕）

（1）、普利斯特利的实验为什么在光下才能成功？

（2）、为什么植物只有具有绿叶才能更新空气？

（3）、植物吸收了空气中的什么气体？

放出的气体是什么？

（4）、在这个过程中光能转变成了什么能？

讲述：

直到1785年人们才明确绿叶在光下放出氧气，吸收二氧化碳，1845年，梅耶根据能量转换和守恒定律指出，在植物进行光合作用时把光能转换成化学能储存起来。

过渡：

那么光能变成化学能储存于什么物质呢？

吸收的二氧化碳转变成了什么物质？

3、1864年萨克斯的实验

碘

黑暗一半暴光深蓝

绿叶碘

24小时一半遮光无变化

老师质疑：

（大屏幕）

（1）、为什么要把绿叶放在暗处几小时？

（2）、该实验的巧妙之处是什么？

（3）、这个实验是否设置了对照组？

哪组是？

（4）、实验中所需控制的单一变量是什么？

（5）、实验中哪些处理用于排除干扰？

（6）、这个实验可以得出什么结论？

（7）、如果遮光部位也变蓝，可能的结果？

过渡：

知识的拓宽与延伸

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来自水还是二氧化碳？

建议：

阅读课本同位素标记法

4、1939年鲁宾和卡门用放射性同位素示踪法证明这一问题

H2O和C18O2O2

向植物提供

H218O和CO218O2

提问：

（大屏幕）

（1）、用18O分别标记什么物质？

（2）、该实验的结论是什么？

学生相互讨论、交流、评价。

学生可以讨论。

展示实验结果

积极思维，回答教师提出的问题。

仔细阅读资料，观察课件演示。

让各小组把观察到的经典实验过程用语言表达出来。

学生形成新的质疑，对老师的设疑进行讨论探究。

学生讨论过程中人人参与，生生互动，学生相互启发，共同探究，学会学习。

学生分组讨论交流，回答老师的提问并思考污浊的空气指哪种成分？

光被植物的哪种结构吸收？

该结构含有哪些色素？

作用是什么？

引导学生思考萨克斯的实验假设是什么？

利用萨克斯的装置还可以探究什么问题？

学生主动展示学习成果，阐明自己的观点和见解，交流合作，形成最佳答案，达到对知识的深入理解和拓宽。

各小组成员对老师的质疑进行自评和互评。

培养学生从资料中获取信息的能力，对实验的评价能力。

培养学生动手能力，感悟成功的喜悦。

深化教材资源，引导学生思维，激发学生探索意识。

设计的目的和策略：

通过多媒体课件展示，学生能够直观地感受科学家的探究历程，同时深刻体验科学家们科学的探究方法和思想，即：

发现问题——做出假设——实验验证——分析得出结论的探究思路。

通过经典实验，进一步理解实验设计中的实验变量、实验遵循的原则。

教与学的方法：

引导学生联系初中已有知识，对材料进行分析，表达交流释疑质疑并学会概括总结分析归纳得出结论。

培养学生分析问题和语言表达能力。

启发学生学会思考,使学生认识生物学的发展与物理化学密切相关，解相关学科之间的相互促进作用。

体会科学技术进步是科学发展的推动力，培养学生知识迁移能力。

培养学生严谨的探究精神和科学态度，提高学生生物学素养。

养学生团结协作勇敢有为，探索创新的精神，共同分享学习成果。

通过观察图像增加学生的感性认识，有利于学生掌握光合作用的过程，培养学生的观察能力和将图像转化成文字语言的能力。

通过层层设疑，学生对知识的理解逐步加深加宽，为学习光合作用的过程奠定了基础。

课堂小结

这节课我们共同学习光合作用的探究历程的经典实验，大家学习后都有什么感悟？

请交流。

课下作业：

1、填写科学家对光合作用探究历程实验表格的内容。

（附表1）

2、上网收集影响光合作用因素的资料。

第二课时：

过程设计

教学内容

设计意图

教师指导（主要包括问题的设置和学习任务的布置）

学生活动

光合作用的过程

提问：

上节课我们学习科学家对光合作用探究历程，谁能说出光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？

能用一个化学反应式表示？

（

）

反应式表示出光合作用条件、场所、反应物、生成物各是什么，它并不能表达光合作用具体过程，那么光合作用的具体过程怎样？

（二）光合作用的过程

人们常常根据反应过程是否需要光这个条件，将光合作用全过程分为光反应和暗反应两个大的阶段。

电脑演示类囊体上光反应的动态变化过程，引导学生观察，并组织小组讨论：

1、光反应阶段

（1）、光反应的部位在何处？

（2）、光反应的条件是什么？

（3）、色素吸收的光能有哪两个方面的用途？

（4）、光反应中物质变化和能量变化是怎样？

试用反应式写出物质变化。

（5）、光反应中产生的[H]和ATP到哪里去了？

【①发生部位:

叶绿体片层结构薄膜上

②反应条件:

光、水色素分子、酶

③水的光解和ATP的形成

④物质变化

a.水的光解:

b.ATP形成:

能量转变:

[H]和ATP用于暗反应】

2、暗反应阶段

（1）、暗反应的场所在何处？

（2）、暗反应的条件是什么？

是否一定不能有光?

（3）、CO2发生了哪些变化？

（4）、暗反应中物质变化和能量变化是怎样？

试用反应式写出物质变化。

【①发生部位:

叶绿体基质中

②反应条件:

，不需要光

③CO2被固定和还原

④物质变化

a.CO2固定:

；

b.C3化合物还原:

。

能量转变:

ATP中活跃化学能→有机物中稳定化学能。

】

反应与暗反应并非是两个完全独立的过程而它们之间有联系吗?

引导学生列表比较光反应和暗反应的区别和联系。

幻灯片展示光反应阶段和暗反应阶段比较表格

比较项目

光反应阶段

暗反应阶段

区别

场所

类囊体的薄膜上

叶绿体的基质中

条件

需光、色素和酶

有或无光均可、需多种酶

物质

变化

（略）

能量

转化

光能转变为ATP中活泼的化学能

ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能

 联系

1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供[H]和ATP

2、暗反应是光反应的继续，暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi

3、两者相互独立又同时进行，相互制约又密切联系

学生总结光合作用反应式并熟记。

学生观看光合作用过程的多媒体演示，自学课本，独立思考，强化记忆，并给与评价。

在已有的知识背景下让学生主动构建新的知识体系，然后回答老师提出的问题。

归纳整理出本课的重要知识点，在此过程中全面掌握光合作用的全过程，注重反应式。

对照板书适时巩固，对较难理解的寻求老师帮助。

以组为单位展示交流自学成果。

学生讨论后列出表格。

（见附表2）

对学生评价，通过回忆旧知识导入新课。

引导学生观察的方法。

通过观察图像增加学生的感性认识，有利于学生掌握光合作用的过程，培养学生的观察能力和将图像转化成文字语言的能力。

培养了学生归纳和类比的能力。

培养学生自主探究的生物学素养，培养学生动手操作的能力以及团结协作的精神。

光

合

作

用

原

理

应

用

掌握了光合作用的过程，在生产实践中有什么应用呢？

（三）光合作用原理的应用

请学生汇报上节课布置的“调查和收集提高农作物光合作用强度的具体措施”。

展示调查和收集的材料。

包括适当提高光照强度，适当提高CO2的浓度，适当提高温度等。

老师提出问题，联系光合作用强度的概念，启发学生思考：

为什么控制光照强弱、温度的高低和二氧化碳的浓度能影响光合作用的强度？

并组织学生一起将文字信息转化为数学曲线。

1、光照强度与光合作用的关系

2、CO2的浓度与光合作用的关系

3、温度对光合作用的影响

选择其中的一种因素，通过实验来探究它对光合作用的影响。

（1）分析教材上的实验原理。

（2）分析教材上的参考案例。

（3）分发给学生探究实验的记录表（见附表3）引导学生进行科学探究。

（4）探究过程中遇到问题时，给予必要的指导。

探究光照强弱对光合作用强度的影响。

展示调查和收集的材料

师生共同参与

学生分组进行探究实验，并填写探究实验记录表，最后进行表达交流。

以组为单位将探究的成果上交老师，适时评价并反馈。

并学生依据教材回答。

提出问题，激发学生的学习兴趣

培养学生收集资料和整理资料的能力。

学会解读数学曲线的方法理解其生物学含义。

培养学生理论联系实际的科学素养，更好的认识光合作用原理在农业生产中的应用。

使知识得到迁移和应用。

学会科学探究的方法，培养学生设计实验的能力、分析和解决问题的能力及表达交流的能力。

化

能

合

成

作

用

自然界中，除了植物能把无机物合成有机物外，还有其他生物也可以把无机物合成有机物吗？

（四）化能合成作用

组织学生阅读教材P105化能合成作用的知识，思考：

1．硝化细菌的化能合成作用是怎么样的？

2．硝化细菌为什么和植物一样，也属于自养生物？

3．化能合成作用和光合作用的主要区别在哪?

学生阅读教材并思考回答问题。

了解化能合成作用的过程。

引入化能合成作用。

培养学生的自学能力，开阔知识面,使学生对化能合成作用有较为清晰的认识

课堂小结

课堂小结（略）

布置作业

附表1

年代

科学家

实验过程

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

为什么普利斯

特利的实验有时成功有时失败？

1779年

荷兰的英格豪斯

将普利斯特利所做的实验装置分别放在光下和黑暗中做

英格豪斯当时是否清楚植物更新了空气中的那种成分？

1785年

发现空气的组成

1845年

[德]

R.Mayer

（略）

1864年

[德]

萨克斯

暗处理后的叶片一半遮光，一半曝光，后经碘蒸气处理，曝光一半叶变蓝，遮光一半不变

为什么实验前对叶片先进行饥饿处理？

为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光？

1939年

[美]鲁宾和卡门

用同位素18O标记水（即H218O），进行光合作用实验，发现生成的氧全部是18O2；如用18O标记二氧化碳（即C18O2），生成的氧全部是O2

鲁宾和卡门采用哪种方法来进行实验？

附表2

光反应

暗反应

区

别

反应场所

反应条件

物质变化

能量变化

联系

【板书设计】

5.4能量之源——光与光合作用

一、光合作用的探究历程

（一）光合作用探究的前期实验

1.海尔蒙特实验——植物生长的养料主要来自于水

2.普里斯特利实验——植物生长需要吸收CO2并释放O2

3.英格豪斯实验——光合作用需要阳光才能制造O2

（二）光合作用探究取得重大发现的相关实验

1．萨克斯实验──光合作用产生了淀粉

2．恩格尔曼实验──叶绿体是光合作用的场所

3．鲁宾和卡门的实验──光合作用释放的氧气全部来自水

4．卡尔文实验──CO2中的碳转变成有机物中的碳

二、光合作用过程的化学反应式

三、光合作用的过程

光反应

暗反应

物质变化

　　　光 

①2H2O→4[H]+O2

②ADP＋Pi+能量（光能）

ATP

①CO2＋C5

2C3

②CO2的还原：

能量变化

光能→ATP中储存的化学能→（CHO2）中化学能