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

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)?？吹交蚵牭竭^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，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。（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?？偨Y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：本節(jié)課內(nèi)容多時間緊，課前要做好實驗準備。可把葉片稱好后，分發(fā)給學生，免去學生稱量的過程。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。提醒學生，整個提取的操作過程，速度要快。減少丙酮的揮發(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（56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？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。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?？擅黠@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29）。（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10100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210）。說清以下幾點：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。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210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。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）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?；钴S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：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。CO2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。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。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物，一部分最終形成葡萄糖等有機物。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：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，綠色植物是生態(tài)系統(tǒng)中的產(chǎn)生者。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。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?？膳e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212）、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，這時的光照強度稱為光補償點（圖213），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?？諝庵卸趸己空伎諝怏w積的0033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0064的空氣中與0033的自然條件下進行比較，結果棉花的光合速率提高了15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。