光合作用的原理及应用第一课时教学设计.docx

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光合作用的原理及应用第一课时教学设计

《光合作用原理及应用》第1课时教学设计

一、设计思想

 生物学科是一门实验科学，为了突出学科特色，在这部分内容的教学中，我安排了大量的学生探究性实验。

让学生通过网络查阅资料，自己选择仪器，独立设计实验过程，重现或模拟科学家的实验。

在探究经典实验基础上，通过思考、讨论、交流、修正，体会科学探究的基本方法，从而总结归纳出光合作用的过程。

二、教材分析

本节内容是高中生物必修一第5章第4节能量之源-光和光合作用的第二部分内容。

继学习了捕获光能的色素和结构的基础上，学习光能的利用，即光合作用。

体现结构与功能相适应的生物学基本观点。

本节围绕着光合作用这一核心概念，设计了如下内容：

光合作用的发现历程，光合作用的过程。

教材从光合作用的科学史出发，用大量的事实引导学生概括出光合作用的反应式，引导学生从光合作用经典实验中学习到科学家设计实验的智慧，培养学生实验设计能力，同时感受到科学研究方法的重要。

为说明光合作用的复杂变化过程，教材又安排了光反应和暗反应这两个核心概念来加强对光合作用过程的理解。

这部分内容与前面所讲的呼吸作用及必修3要学习的生态系统的物质循环和能量流动有着密切联系，是必修一的重点内容之一，也是高考及各类考试的重要采分点。

三、学情分析

对于本节内容，学生在初中已有一定的知识基础，高中学生具备了一定的观察和认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步形成，但还很不完善，对新事物好奇，却又缺乏理性思考。

设计和分析实验的能力是高考理综考试目标，学生虽有一定认识，但还比较薄弱。

高一学生对有机化学等知识还没有学到，理解光合作用的实质即物质变化和能量变化有一定难度。

四、教学目标

知识目标：

（1）通过探究历程的再现知道光合作用的发现过程，掌握光合作用的原料、产物、场所、条件等基础知识并概括光合作用的总反应式

（2）理解说明光合作用的具体过程

（3）比较光反应与暗反应的区别和联系。

能力技能：

（1）通过对光合作用的探索历程的学习，使学生能学习科学家们研究问题的精神和方法。

（2）通过对光合作用光反应和暗反应阶段的学习

培养学生运用观察、对比法学习的方法。

情感态度:

（1）通过了解光合作用的探索过程，认同科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意见中的合理成分，还要具有质疑、创新和用于实践的科学精神与态度。

（2）通过学习光合作用的过程，渗透物质与能量，光反应与暗反应之间的辨证关系，使学生树立科学的辨证观点。

五、教学重点和难点

教学重点：

光合作用的发现及研究历史

光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系

教学难点：

光反应和暗反应的过程

六、教学方法和用具

教法分析：

引导探究法：

依据高中学生的认知规律、通过知识的发现过程，促成知识的

建构，能力的逐步形成。

互动讨论法：

通过创设民主、平等、融洽的教学氛围，充分发挥学生主体地位和

教师主导作用两方面的优势。

直观教学法：

利用语言、实物、多媒体等多种直观形式，激发学习兴趣，让兴趣

引领学生学习。

学法分析：

1、自学法：

通过自学，感知教材。

2、小组讨论法：

通过合作学习，加深理解，实现知识的完整性。

3、对比归纳法：

让学生有层次、有阶段的掌握所学知识。

4、理解识记法：

运用已知，探究新知，培养学生举一反三，独立获取知识的能力。

教学用具：

玻璃钟罩、酒精灯、烧杯、铁架台、石棉网、碘酒、酒精溶液、烧杯、天竺葵、绿色植物、蜡烛多媒体教学课件等

七、教学过程的设计

为很好地达到既定的教学目标，优化教学过程，我设置了“情景导入——课题展开——探究实验——归纳引申——巩固练习”五个紧密联系的环节。

创设情景

导入新课：

多媒体播放一组绿色植物的自然美景图片，配合古筝名曲《春江花月夜》，请同学们共同欣赏，感受绿色的美丽。

引发学生思考：

徜徉在这绿色的海洋里，此时此刻你有什么感受？

教师指出：

绿色植物不仅令人赏心悦目，它们通过光合作用制造的有机物，是地球上几乎所有生物的食物来源，当今人类社会面临的粮食、资源、环境等问题与光合作用有着密切联系，光合作用到底怎样进行的呢？

设计意图：

第5章主要任务是理解细胞的能量获取和利用，而能量的最终来源是光，借助导入让同学们对能量流动有清楚的认识。

同时自然过渡到光合作用的学习。

课题展开

一、光合作用的概念

学生活动：

让学生通过阅读教材，初步理解光合作用的概念

教师指出：

光合作用的场所是叶绿体，条件是利用光能，原料是二氧化碳和水，产物是有机物和氧气。

人类得出这些认识经历了漫长的探索过程。

引发学生对光合作用探究历程的学习。

设计意图：

让学生明确学习任务。

从整体上对光合作用有一个明确的认识。

探究实验

二、光合作用的探究历程

设计意图：

“光合作用的探究历程”部分以往被许多老师上课时一带而过，并未加以重视。

其实，光合作用的发现过程中的经典实验．从一定程度上反映了科学探索的一般方法，是培养学生科学素质的好素材。

从学习经典实验的思路方法到运用这些方法去设计实验，可以为学生搭建一个自主学习、发现探究的“平台”。

同时对学生进行科学态度价值观的教育。

因此对这部分内容的处理是：

利用科学探究的一般过程作为教学主线，光合作用反应式为辅线，将教材介绍的经典实验置于科学探究过程这个主线中，使学生通过对经典实验的学习和分析，初步建立科学探究的能力。

教师准备：

课前老师把学生分成几个学习兴趣小组并布置研究性课题，并给予指导和帮助。

探究性课题如下：

1光合作用的原料2光合作用的条件

3光合作用的场所4光合作用的产物

教师课前把搜集到的图片资料整理到课件中。

教师主持，引导各个小组来汇报研究成果。

由学生自己上台讲述探究过程，全体学生共同参与讨论、质疑、得出结论，教师给予必要的点拨。

【探究活动一】海尔蒙特实验（1648）

探究过程：

第一小组中一名同学上台讲述：

公元前3世纪，古希腊学者亚里士多德提出，土壤是构成植物体生长的原材料。

因此，在很长一段时间里，人们一直认为，小小的种子之所以能够长成参天大树完全依赖于土壤。

然而，事情果真如此吗？

另外一名同学上台利用多媒体演示海尔蒙特实验的过程和现象并给同学们讲解。

讨论分析：

其他小组同学可以提出疑问，同学们讨论，这与水有关。

结论：

说明了光合作用的原料有水。

构建模型：

H2O————绿色植物

思考：

教师引导大家体会实验的巧妙之处，提出问题，海尔蒙特实验忽略了什么因素的影响？

（同学们会考虑到与气体有关，自然过渡到下一个实验。

设计意图：

培养学生搜集整理资料的能力和语言表达能力。

彩色的图片展示能激发学生学习热情。

【探究活动二】普利斯特利实验（1771年）

探究过程：

学生上台，利用多媒体讲述1771年普利斯特利的实验过程。

为了更直观的说明问题，该小组同学做了模拟实验。

把2支完全相同且燃着的蜡烛放入2个相同的密闭玻璃钟罩内，同时把一绿色植物放入其中一个钟罩内，用手电筒照射，比较蜡烛熄灭的时间。

在此过程中，该小组同学介绍实验器材和注意事项，结果有绿色植物的蜡烛最后熄灭。

讨论分析：

大家提出疑问1、实验中的自变量是？

（植物的有无。

）

 2“蜡烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体？

”（氧气）“这个实验说明了什么问题？

”（绿色植物在光照下吸收了二氧化碳，产生了氧气）

结论：

（学生讨论交流）植物具有更新空气的能力。

构建模型：

污浊空气→绿色植物→新鲜空气

思考：

教师引导大家思考普利斯特利实验存在哪些问题？

实验一定成功吗？

 该小组的同学也表示，课下进行实验时，有时是失败的。

（没有发现光照在实验中的作用等）。

教师点拨：

设置对照实验是实验设计中一个重要的原则，该实验中未放置植物的即为对照组。

因为两组实验中只存在植物有无这一变量，所以两组实验结果的差异便与这唯一的变量之间建立了因果关系，这在实验设计中叫单一变量原则。

由实验者控制的变量也就称为实验变量。

设计意图：

学生自己设计实验，在课堂上演示，抓住了所有学生的眼球，调动了学习的积极性，活跃课堂气氛。

设计实验的时候，学生会想很多方法保证实验现象明显，例如：

怎样才能使钟罩的气密性更好？

【探究活动三】英格豪斯实验（1779年）和梅耶实验

探究过程：

学生上台，通过多媒体展示示意图并介绍，1779年荷兰的简·英格豪斯进行一系列实验，他的实验证实了普利斯特利的实验结果。

同时指出绿色植物只有在光下，才能把空气变好。

同时他发现植物有很强的释放气体的能力，英格豪斯重复进行普利斯特利实验500多次。

有的成功，有的没有成功。

这是为什么呢？

引发学生思考并培养学生学习英格豪斯坚忍不拔的科研精神！

结论：

（学生讨论交流）证明普利斯特利实验只有在光照条件下才能成立。

材料补充：

1785年科学家证实植物体更新空气是因为吸收CO2，放出O2。

构建模型：

（学生对所得模型进行具体化修正）

 光照 

↓ 

CO2→绿色植物→O2＋淀粉

 【探究活动四】萨克斯实验（1864年）

探究过程：

结合初中所学知识，由第四小组学生重现萨克斯实验。

由于该实验要对天竺葵叶片进行24小时的饥饿处理，然后再光照一段时间，学生必须课前准备，可以用多媒体展示准备过程的录象资料。

实验步骤：

学生讲述，他们先将绿色植物（天竺葵）在黑暗中放置24小时。

选择几片叶，用遮光板从两面夹住部分叶片，用别针固定。

将植物在光照条件下放置一段时间。

课堂上，学生将事先制备好的叶片拿出来，向大家展示，然后继续实验。

把叶片放在酒精中通过沸水浴处理一段时间。

直到绿色退去，取出叶片，用清水漂洗后，用碘蒸气熏蒸或滴加碘液。

请其他同学观看实验现象。

同时讲述他们设计该实验的过程：

植物光合作用的产物除氧之外还有什么？

设计实验

作出假设

植物光合作用的产物还有淀粉。

碘液处理

酒精脱色

曝光一侧的叶片经过碘液处理后变成蓝色,而遮光一侧的叶片经过碘液处理后不变蓝。

结果分析

植物在光合作用中产生了淀粉。

得出结论

【思考1】实验中的自变量是什么？

如何控制的？

 自变量是有无光照。

用遮光板遮光，达到控制无光。

【思考2】为什么将绿色植物在黑暗中放置24小时？

 放在黑暗中的目的是通过叶片的呼吸作用把原来的淀粉消耗掉

【思考3】叶片放到酒精中沸水浴的目的是什么？

 溶解光合作用色素，使叶片脱色，有利于碘液染色后观察叶片颜色变化。

结论：

光合作用的产物是淀粉。

构建模型：

（学生对所得模型作进一步具体化修正）

       光照 

        ↓ 

CO2→绿色植物→O2＋淀粉

教师点拨：

揭示科学探究的一般过程是提出问题—做出假设—设计实验—结果分析—得出结论。

设计意图：

根据学生初中已有的知识，参考资料，学生体会实验设计的一般思路，要比教师直接给出要好。

把课堂气氛推向高潮。

【探究活动五】恩格尔曼实验（1880年）

探究过程：

该小组同学上台，利用多媒体动画讲述恩格尔曼实验的过程。

同时向其他同学提出问题，引发学生思考，课堂气氛更加热烈。

实验分析：

（学生讨论交流）恩格尔曼实验的设计有哪些巧妙之处？

 ①水绵的叶绿体大型带状，便于操作和观察。

②利用好氧菌检测氧气释放分布部位。

 ③没有空气和光的环境，排除空气中氧气和光干扰。

④用极细光束照射，以形成对照。

 实验结论：

叶绿体是植物进行光合作用的场所。

 构建模型：

（学生对所得模型作进一步具体化修正）

       光照 

       ↓ 

CO2→叶绿体→O2＋淀粉

设计意图：

由学生设计问题，各小组交流讨论，培养学生交流合作的能力。

【探究活动六】鲁宾－卡门实验（1939年）

探究过程：

学生查找相关资料讲述鲁宾－卡门实验的过程和结果。

并且介绍

同位素示踪法。

实验现象：

甲组释放出16O2，乙组释放出18O2。

实验结论：

光合作用释放出的O2来自水。

教师引导学生分析：

鲁宾－卡门实验中是否利用了对照实验方法？

若是，则自变量是什么？

若不是，那为什么？

（是，自变量是CO2和H2O中的O是否为18O。

）

构建模型：

（学生对所得模型作进一步具体化修正）

   光照 

  ↓ 

H2O＋CO2→叶绿体→O2＋淀粉

小结：

教师点评学生的研究成果，总结光合作用的反应式：

光能

CO2+H2O（CH2O）+O2

叶绿体

设计意图：

通过前面学生的探究活动，顺理成章的归纳出光合作用的反应式

归纳引申

三、光合作用的过程：

教师活动：

教师通过多媒体课件演示叶绿体的结构，复习旧知识。

然后演示动画过程，引导学生学习。

光合作用的过程是十分复杂的，包括一系列的化学反应，

光反应阶段：

场所：

类囊体的薄膜上

条件：

光、色素、酶

物质变化：

水的光解H2OO2+[H]

ADP+PiATP

能量变化：

光能转变成活跃的化学能

暗反应阶段：

场所：

叶绿体基质

条件；多种酶[H]

物质变化：

CO2+C52C3（CH2O）

ATPADP+Pi

能量变化：

活跃的化学能转变成稳定的化学能

列表比较光反应和暗反应的区别和联系

光反应阶段

暗反应阶段

场所

条件

物质变化

能量变化

联系

设计意图：

光合作用的过程是本节的重点，抽象难理解，所以由教师带领学习效果会更好。

通过列表比较两个阶段的区别和联系，有助于学生的理解。

巩固练习：

根据循序渐进、由浅入深的教学原则，我设计了两个层次的习题。

第一层次：

初步应用,突出重点

设计意图：

通过一个基础题目检验学生对光合作用过程的掌握情况。

同时指导学生答题规范。

第二层次：

拓展引申,提升能力

设计意图：

为加强对光合作用这一核心概念的理解，特设计以下两种题型：

⑴分析条件改变时，C3和C5含量的变化。

拓展演练１：

一株盆栽植物放在特定装置内，保持适宜温度，当持续光照，提供一定浓度CO2一段时间后，突然停止光照，立即测定，叶绿素内C3和C5的含量，预测在停止光照前后，两种化合物的变化？

C3化合物增多、C5化合物减少

如果停止CO2的供应呢？

C3和C5如何变化？

C3化合物减少、C5化合物减增多。

拓展演练2光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的部位在叶绿体中依次为（B）

①外膜②内膜

③基质④类囊体膜

A．③②B．③④

C．①②D．④③

3、与光合作用光反应有关的是（A）

①H2O②ATP③ADP④CO2

A.①②③B.②③④

C.①②④D.①③④

作业：

A层：

必做题：

完成学案上的自我诊断题目

B层：

选做题：

学案上的实验．探究．创新题目。

设计意图：

在有必做题的基础上，再让学生自由选择作业，这样可让“差生吃得饱，优生吃得好”，以突出我校的分层次教学。

同时B层又为实际应用，通过让学生探究，可让其感受生物来源于生活，又服务于生活。

八、教学反思

本部分内容主要分为两课时完成，其中探究活动1-2作为第一节课，在本部分内容教学中，希望把科学知识作为培养学生科学精神和创新思维能力的载体，注意从光合作用发现历程到运用光合作用的相关知识解决当前世界所面临的重大问题，进而设想光合作用研究的前景；从重复古代科学家的经典实验到课堂上的交流讨论、发现探索，再到实验设计，为学生搭设一个自主学习、发现探究的“平台”。

在实际教学活动的实施过程中，学生表现出浓厚的学习兴趣，积极参与讨论和探究；但课堂教学时间不容易控制，完成教学计划所需要的时间比预计时间长了许多，有关知识探究很全面，但重点不够突出，总结提升部分也做得不是很系统，毕竟学生对知识理解高度有限，另外实验设计的思想体现得还远不够充分。

九、教学资源开发

在本部分内容教学中有几个地方是常规教学无法实现的:

1、根据需要，学生自主设计实验。

在课堂上演示普利斯特利实验和萨克斯实验，现象非常明显，这是其他教学手段所无法比拟的，直观性强，更具有说服力。

2、恩格尔曼的实验，常规教学手段很难再现该实验过程及结果，通过flash视频把恩格尔曼的实验形象生动的再现在屏幕上可以帮助学生很好的理解。

3、普利斯特利、萨克斯实验、鲁宾、卡门实验都对理解光合作用过程有极大的帮助作用，常规教学手段很难再现该实验过程及结果，通过flash视频把这些实验形象生动的再现在屏幕上可以帮助学生很好的理解。

资料补充

1、卡尔文实验（40年代）

 实验方法：

同位素示踪法。

 实验过程：

（多媒体展示，学生了解实验的过程和结果）利用14C标记CO2，供小球藻进行光合作用，每隔一定时间，检测小球藻内的含14C的化合物，从而探清了CO2在光合作用中的转化过程。

2、公元前3世纪，古希腊学者亚里士多德提出，土壤是构成植物体生长的原材料。

因此，在很长一段时间里，人们一直认为，小小的种子之所以能够长成参天大树完全依赖于土壤。

然而，事情果真如此吗？