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2019-2020年高一生物光合作用教學設(shè)計二 新課標 蘇教版必修 教學目標： 1、使學生了解光合作用的發(fā)現(xiàn)過程。 2、使學生了解葉綠體中色素的種類、顏色及其吸收的光譜；初步學習光合色素的提取方法及其在濾紙上的分布。 3、掌握光合作用的概念、實質(zhì)、總反應式、光反應、暗反應的具體過程、光反應與暗反應的區(qū)別與聯(lián)系及光合作用的意義。 4、應用所學的光合作用的知識，了解植物栽培與合理利用光能的關(guān)系。 教學重點：1、說出光合作用的發(fā)現(xiàn)過程 2、解釋發(fā)現(xiàn)光合作用實驗的原理 3、說明光合作用發(fā)現(xiàn)的意義 4、光合作用的過程 教學難點：闡明發(fā)現(xiàn)光合作用實驗的原理 光合作用的過程 教學過程： 引言：通過初中生物課的學習，我們已經(jīng)知道，光合作用與我們的日常生活聯(lián)系非常密切。請同學們觀察以下圖片，說說看光合作用與我們的哪些生活有密切聯(lián)系？ 　　提問：那么，什么是光合作用呢？ 　　（答：光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧的過程。） 　　提問：那么，如果我們將綠葉比喻為綠色工廠，其中的廠房、動力、原料和產(chǎn)物各是什么？ 　　（答：廠房是葉綠體，動力是光能，原料是二氧化碳和水，產(chǎn)物是有機物和氧。） 　　講述：我們可以將光合作用的生理過程總結(jié)成這樣一個化學反應式（板書化學式）。同學們是否想過，這個生理過程到底是怎樣進行的呢？這就是我們今天要學習的內(nèi)容。 　　在自然界中綠色植物隨處可見，但是哪位同學曾觀察到光合作用是怎樣進行的呢？沒有。那么，科學家們到底是怎樣發(fā)現(xiàn)光合作用這一生理過程的呢？ 這要追溯到很久很久以前。過去，人們一直以為，小小的種子之所以能夠長成參天大樹，完全依靠于土壤。事情果真是這樣？1648年，一位比利時的科學家海爾蒙特對此產(chǎn)生了懷疑，于是他設(shè)計了這樣一個實驗：他把一棵重2．5kg的柳樹苗栽種到一個木桶里，木桶里盛有事先稱過重量的土壤。以后，他每天只用純凈的雨水澆灌樹苗。為防止灰塵落入，他還專門制作了桶蓋。五年以后，柳樹增重80多千克，而土壤卻只減少了100g，你認為植物增重的主要原因是什么？海爾蒙特的觀點正確嗎？為什么？（海爾蒙特為此提出了建造植物體的原料是水分這一觀點，但是當時他卻沒有考慮到空氣的作用。） 是誰首先想到植物的生長與空氣的作用有關(guān)的呢？是一位英國科學家普利斯特利。介紹普利斯特利小白鼠實驗過程。 　　提問：很好，請同學們思考一下，蠟燭燃燒和小白鼠呼吸需要的是什么氣體呢？（答：氧氣。）僅用一組實驗能說明問題嗎？一定要用玻璃罩嗎？那么，這個實驗說明了什么問題呢？ 　?。ù穑壕G色植物在光照下吸收了二氧化碳，產(chǎn)生了氧氣。） 講述：很好，但是當時由于科學發(fā)展水平的限制，普利斯特利僅僅聯(lián)想到植物可以更新空氣，但不知道是空氣中的哪種成分在起作用，也沒有認識到光在其中的關(guān)鍵作用。 1779年，荷蘭的英格豪斯把帶葉的枝條放到水里。這些葉在陽光下產(chǎn)生氧氣，在暗處并不產(chǎn)生氧氣。請同學們思考：將帶葉枝條放到水里的目的是什么？該實驗能說明什么？ 1884年，薩克斯實驗：將盆栽天竺葵放到黑暗處一晝夜，然后讓一個葉片一半暴光，另一半遮光。過一段時間后，把這個葉片放入盛有酒精的小燒杯里，隔水加熱，除去葉片含有的葉綠素，再滴加碘酒，發(fā)現(xiàn)遮光部分無顏色變化，暴光一半則呈深藍色。 　　提問：很好，同學們思考三個問題：1．為什么對天竺葵先進行暗處理？ 2．為什么讓葉片的一半曝光，另一半遮光呢？ 3．這個實驗的說明什么問題？ 　?。ù稹?．暗處理是為了將葉片內(nèi)原有的淀粉運走耗盡。2．部分遮光部分曝光，是為了進行對照。3．碘遇淀粉變藍，結(jié)果證明綠葉在光下制造了淀粉。） 講述：這一實驗成功地證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。 　光合作用釋放的氧氣究竟來自水，還是二氧化碳,還是兩者兼而有之？ 　　20世紀30年代，美國科學家魯賓和卡門，利用同位素標記去成功地進行了另一個光合作用的實驗。介紹同位素標記法。這個實險的目的是為了弄清楚在光合作用中產(chǎn)生的氧到底是來自水還是二氧化碳？同學們考慮一下，應標記哪一種元素？如何設(shè)計這個實驗呢？ 　?。ㄒ龑W生討論，與學生共同完成實驗設(shè)計，同時演示幻燈片?；脽羝@示：用氧的同位素18O分別標記 H2O和CO2，使它分別成為H218O和C18O2，然后進行兩組光合作用的實驗：第一組向綠色植物提供H218O和CO2；第二組向同種綠色植物提供H2O和 C18O2。在相同的條件下，對兩組光合作用實驗釋放出的氧進行分析，結(jié)果表明，第一組釋放的氧全部是18O2，第二組釋效的氧全部是O2。） 這個實驗證明了光合作用中釋放的氧全部來自水。 1948年，卡爾文實驗。 學生活動：1、把幾位科學家的實驗按時間先后順序排列。2、講一講每個實驗各自得出的結(jié)論。3、綜合各結(jié)論，想一想你知道了關(guān)于光合作用的哪些知識。4、由光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程，你還想到了什么？ 由此可以看到。幾代科學家歷經(jīng)二百多年，才對光合作用的生理過程有了比較清楚的認識?？梢?，科學的發(fā)展道路是很艱難，這里不僅包含著科學家們的艱辛勞動與智慧，還與社會科學技術(shù)的進步與發(fā)展密切相關(guān)。 　　過渡：前面我們已經(jīng)了解了光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，那么，在綠葉這個“綠色工廠”中，光合作用這一生理過程，到底是怎樣進廳的呢？ 　　在學習這個問題以前，我們還是先來認識一下它的“廠房”——葉綠體。 　　提問：我們在前面已經(jīng)學習過葉綠體的有關(guān)知識，同學們回憶一下，葉綠體存在于植物的哪一個部位？它有什么功能？ 　?。ù穑褐饕嬖谟诰G色植物的葉肉細胞中，是進行光合作用的細胞器。）” 　　我們曾經(jīng)學習過葉綠體的結(jié)構(gòu)，哪位同學能說一下葉綠體的結(jié)構(gòu)是怎樣的？教師出示葉綠體結(jié)構(gòu)投影片，引導同學復習。 　　（答：光鏡下，葉綠體呈扁平的棉球形或球形。電鏡下觀察有雙層膜，使葉綠體與細胞基質(zhì)隔開，葉綠體的膜還可以控制物質(zhì)的進出。葉綠體內(nèi)部充滿了基質(zhì)和綠色的基粒。） 　　我們在電子顯微鏡下觀察葉綠體的超薄切片，看到的葉綠體的基粒，是不是一個單純的圓柱體呢？（答：不是，是由一層一層的結(jié)構(gòu)重疊而成的。） 　　講述：很好，這個圓柱體是由一個個囊狀的結(jié)構(gòu)垛疊而成的。（取出一硬幣。）假如這就是一個由膜圍成的囊狀結(jié)構(gòu)；將其一個個垛疊起來，就形成了一個圓柱體，也就是一個基粒。葉綠體內(nèi)含有的幾個到幾十個基粒擴大了葉綠體內(nèi)的膜面積，同學試想一想，這有什么作用呢？（答：有利于光合作用的一系列化學反應的進行。） 出示葉綠體色素提取濾紙帶，思考： 1、四種色素中含量最多和最少的分別是哪種？在濾紙條上擴散最快的是哪種？ 2、如果植物在缺鎂的土壤中生長，葉片顏色會有何變化？為什么？ 小結(jié)：葉綠體中的色素分為兩大類：葉綠素和類胡蘿卜素。葉綠素又分為兩類：葉綠素a，呈藍綠色；葉綠素b，呈黃綠色。類胡蘿卜素也分為兩類：胡蘿卜素，呈橙黃色；葉黃素，呈黃色。 　　由于葉綠素含量約占總量的四分之三，而類胡蘿卜素僅占四分之一，所以通常植物的葉子總是翠綠醉人的。這是由于葉綠素掩蓋了類胡蘿卜素顏色的緣故。 　　但是，葉綠素很容易被破壞。秋天葉綠素會因為“忍受”不了氣溫下降等因素的影響而分解消失；胡蘿卜素和葉黃素則比較穩(wěn)定，終于在沒有葉綠素干擾時“重見天日”。（教師在這里可簡要介紹黃櫨、楓樹“霜葉紅于二月花”的原因，指出是由于葉綠素分解時，葉中的糖分大量轉(zhuǎn)變成紅色的花青素造成的。） 囊狀結(jié)構(gòu)上存在的這些色素有什么作用呢？可以吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能。 你知道光是什么嗎？光是一種電磁波?？梢姽獾牟ㄩL范圍，大約是390－760ｎｍ。不同波長的光，顏色不同。波長小于390nm的光是紫外光；波長大于760nm的光是紅外光。一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。 葉綠體中色素接受何種波長的光?介紹恩吉爾曼的實驗。 　　葉綠體中4種色素的顏色是與它們吸收光的情況相關(guān)的，這可以通過下面的實驗來說明。我們可將提取出的葉綠體中的4種色素溶液分別放在可見光與三棱鏡之間，可以看到連續(xù)光譜中有些波長的光被吸收了。（演示色素吸收光譜幻燈片。） 　　提問：同學們觀察哪些波長的光吸收量大，哪些波長的光吸收量最少？ 　?。ù穑褐饕占t橙光和藍紫光，而對綠光吸收量最少。） 　　講述：色素吸收的光，都能用于光合作用。由于色素對綠光的吸收量最少，綠光會被反射出來，所以葉綠體才呈現(xiàn)出綠色。 　　很好，通過以上學習我們可以看到，葉綠體這個廠房，不僅為光合作用的進行在結(jié)構(gòu)方面做好了準備，同時也為光合作用的進行做好了物質(zhì)上的準備。當我們了解這一切時，不得不贊嘆大自然的神奇！ 　　今天這節(jié)課里，我們首先介紹了光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程。對于這部分內(nèi)容，同學們不要只記住結(jié)論，更重要的是理解科學家們的設(shè)計思想。同時，同學們應該從結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點出發(fā)，掌握第二個大問題——葉綠體和其中的色素。 第二、三課時教學過程： 引入新課：前面的學習，我們已經(jīng)知道：綠色植物可以利用光，通過光合作用將二氧化碳和水合成糖類等有機物，同時釋放出氧氣。 設(shè)疑：糖類是能源物質(zhì)，而二氧化碳幾乎不含能量，這能量從何而來？水又為何能分解形成氧氣呢？ 帶著這些疑問，我們來學習光合作用的過程。 新課教學： 自主構(gòu)建：學生自學課本63到64頁，帶著以下問題（10分鐘） 光合作用分為哪兩個階段？ 水為什么會裂解放出氧？氧和[H]的去向如何？ ATP被比為生物體細胞中的能量“通貨”，形成ATP的能量從哪兒來？這步反應需要酶嗎？如果需要，你認為有關(guān)酶存在于什么部位？ 三碳化合物是怎么形成的？這個過程需要酶嗎？如果需要，你認為有關(guān)酶存在于什么部位？ 三碳化合物的去向如何？在形成糖類的過程中除酶外還需要什么條件？這些條件由誰提供？ 光合作用形成的有機物僅為糖類嗎?這些物質(zhì)內(nèi)的能量究竟從哪兒來? 光合作用的兩個階段具體如何劃分? 共同探究：出示光合作用的過程動畫，一起對光合作用的過程進行探究。（針對以上問題） 體驗成功：出示光合作用的過程箭頭圖，填出其中的方框。 積極思維：光反應與暗反應是否一個在光下進行,一個在暗處進行? 光反應進行的場所是哪里?需要哪些條件?主要發(fā)生了哪些變化? 暗反應進行的場所是哪里?需要哪些條件?主要發(fā)生了哪些變化? （列表比較） 夜晚植物能進行光反應、暗反應嗎？為什么? 白天放在無CO2的密閉玻璃罩內(nèi)的植物能長期進行光反應、暗反應嗎？為什么？ 由此你可以看出光反應和暗反應之間有何關(guān)系？ 總結(jié)歸納：光合作用總反應式。 ?水是在 階段中裂解的。 ?氧氣是在 階段中形成的；氧氣中的O來自 。 ?二氧化碳和氧氣是通過葉片上的 結(jié)構(gòu)進出植物體的。 ?葡萄糖是在 階段中形成的；糖類中的C來自 ，其轉(zhuǎn)移途徑為 。 光合作用的實質(zhì)： ?將無機物合成為有機物并釋放O2 ?將太陽能轉(zhuǎn)化為有機物中的化學能 能力提升：將植物栽培在適宜的光照、溫度和充足CO2條件下： Ⅰ當CO2濃度突然降至極低水平時，植物葉片中的C5化合物含量會突然上升，這是為什么？ Ⅱ如果其它條件不變，突然停止光照，則植物葉片中的C5化合物含量會有什么變化？ 目標鞏固：1、動動筆，寫出光合作用的總反應式。 2、同座之間互相說一說光合作用的完整過程，注意盡量準確地使用生物學詞匯。 3、光合作用的暗反應階段被氫直接還原的是 （ ） A. CO2 B. C3 化合物 C. C5 化合物 D. C6 化合物 4、給一株正在進行光合作用的大豆供給 14 CO2 ，則一段時間后14 C存在于 （ ） A. 淀粉 B. 脂肪 C. 蛋白質(zhì) D. 以上三項都有 5、光合作用過程中，能量流動的大致途徑是 （ ） A.光 色素 （CH2O） B.光 色素 ADP (CH2O) C.光 ATP (CH2O) D.光 ADP ATP (CH2O) 出示小資料：進入21世紀，人類正面臨著糧食、資源、和環(huán)境等迫切問題。我國農(nóng)業(yè)也面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。到2030年，我國的糧食總產(chǎn)量必須達到6.4億噸，才能滿足16億人口的需求。為了實現(xiàn)這一糧食總產(chǎn)量目標，單產(chǎn)必須比現(xiàn)在增加30%-40%。如果再考慮到耕地面積將進一步減少的不利因素，可能要求單產(chǎn)必須比現(xiàn)在增加50%左右。要實現(xiàn)糧食單產(chǎn)這樣大幅度的提高，必須充分挖掘農(nóng)作物的生產(chǎn)潛力，不斷選育產(chǎn)量更高、光合作用效率更高的農(nóng)作物新品種。這有賴于農(nóng)作物高產(chǎn)高效，特別是光合作用效率調(diào)節(jié)控制理論研究上的重大突破。這無疑是一個復雜而艱苦的任務(wù)。 請學生談看完資料的感想。 歸納：光合作用的意義。 完成了自然界巨大規(guī)模的物質(zhì)轉(zhuǎn)變：無機物有機物 完成了自然界巨大規(guī)模的能量轉(zhuǎn)變：光能化學能 維持大氣中二氧化碳含量的相對穩(wěn)定 對生物的進化具有重要作用 過渡：光合作用如此重要，研究自然條件下影響光合作用效率的一些主要因素，有助于更好地考慮如何改善植物進行光合作用的條件，增加農(nóng)作物產(chǎn)量。哪些環(huán)境因素影響光合作用呢？ 引導分析：課本p64的積極思維。 歸納小結(jié)：光照強度：光照弱時光合作用減慢，光照逐步增強時光合作用隨之加快，但光照增加到一定程度，光合作用速率不再增加。溫度：直接影響酶的活性，溫度過高，影響植物葉片氣孔開度，影響CO2供應。 CO2濃度：在一定范圍內(nèi)，植物的光合速率是隨CO2濃度增加而增加，但達到一定程度時，再增加CO2濃度，光合速率不再增加。 小結(jié)：光合作用的過程、意義、影響因素。 習題鞏固。（p65）