高中生物光合作用人教版必修一.docx

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高中生物光合作用人教版必修一

光合作用

一教材

〔一〕教材的地位和作用

这部分内容不仅是第三章的重点内容，也是整本书的重点内容之一，历年高考中都占有相当大的比重。

关于光合作用的知识，学生通过初中生物课的学习，已经有了相当的基础。

通过本节课的学习，使学生全面认识光合作用的过程，实质和意义，为以后学习呼吸作用和生态奠定基础。

〔二〕重点、难点分析

1．叶绿体的结构特点以及其中的光合色素的种类和作用，是本课题教学的重点之一。

因为：

〔1〕叶绿体是光合作用的结构基础，且这种结构和成分与其光合作用具有一定的适应关系。

学生清楚地知道这些结构和成分，才能顺利地理解光合作用的光反应和暗反应发生的场所。

〔2〕在第一章细胞部分，学生接触了叶绿体色素种类的知识，另外学生在生活中也经常看到或听到过有关叶绿素和胡萝卜素的知识，但没有提取和实际看到过各种叶绿体中的色素。

因此学生对亲自从叶片中提取和分离叶绿体色素具有浓厚的兴趣和渴望。

做好叶绿体中色素的提取和分离实验，不但可使学生学会有关方法，还可以激发学生学习生物学的兴趣，加深对有关知识的认识。

2．光合作用的过程是教学的又一重点。

因为：

〔1〕光合作用过程是本课题的核心内容。

学生只有认识了光合作用的光反应和暗反应的过程，才能理解从光能、ATP分子中活跃的化学能到糖类等有机物分子中的稳定的化学能这一能量转移过程，掌握光合作用的能量和物质变化的本质。

使学生对光合作用的认识水平，在初中的基础上前进一步。

〔2〕学生只有知道光合过程的各个环节，才能理解内外因素对光合作用的影响，才能进一步研究如何提高光合效率的途径，提高农业产量的技术。

因此，学习光合作用的过程，是深入联系生产实际的理论基础。

3．光合作用的发现是本节的难点之一。

因为考试大纲中一再强调实验与探究能力，教材列出的光合作用发现的四个经典实验，为实验探究能力的培养提供了很好的素材，与高考的要求相适应，但如何让学生从实验中体会前人的科学探究思想的确是个难点。

4．光合作用中的物质和能量变化，是教学中的另一难点。

因为，学生对有关的物理和化学知识不熟悉，特别是有机化学知识，高二第一学期多数学校没有学习到。

对光合作用中的光能到电能、电能到不稳定的化学能、从不稳定的化学能到稳定的化学能的转变的必要性的理解，对暗反应中的二氧化碳的固定、三碳化合物的还原等的必要性的理解都有一定的难度。

5．影响光合作用的因素是教学中的第三大难点。

因为学生对光合作用的基本过程缺乏足够的了解，对于深层次的影响因素更感困惑，而该部分又是历次考试的重点，学生普遍感觉难学难得分。

教学中可把此内容与光合作用的过程融合起来。

〔三〕教学目标

1．知识与技能目标

知识教学点

a．了解叶绿体的结构以及其中的光合色素

b．理解叶绿体色素与光合作用的关系

c．理解光合作用的光反应和暗反应的基本过程和相互关系

d.理解光合作用的意义

能力培养点

a．通过对光合作用发现的探究，了解科学家的思维方法以及在实验设计中的用

b．利用精心设计的光合作用过程图解，培养学生的比较、归纳、综合能力

c．利用巧妙设计的练习题，提高学生分析、解决问题的能力

2．过程与方法目标

a．通过对光反应和暗反应过程的比较，学习用对比分析方法去研究事物本质，不断提高综合分析能力。

b．通过提高光能利用率和光合作用意义的学习，培养学生理论联系实际的学习方法。

养成科学探究的习惯，提高学生的生物科学素养

c．通过课堂教学过程，培养学生的创新意识

3．情感态度价值观目标

a．通过光合作用发现史、实验等，培养实事求是、百折不挠的科学态度和认真严谨的科学精神

b．通过光合作用的过程及其相关的变量对光合作用的影响的学习，树立科学的价值观

c．通过光合作用的意义学习，树立物质是运动的、变化发展的、普遍联系的辩证唯物主义观点

〔四〕教材处理

根据教材的重难点、学生的实际情况以及多媒体课件传递信息量的特点，这部分内容我安排3个课时。

第一课时学习光合作用的发现和实验；第二课时学习光合作用的过程和意义；第三课时为习题讲评课。

二教法

利用多媒体课件，创设形象生动的教学氛围，同时应用讲述法、谈话法、比较法、探究法、指导读书法等，引导学生思考一系列问题，使他们积极主动参与到教学活动中，在获取知识的同时，培养学生观察、比较和实验探究的能力。

三学法

１．课堂是教学的主阵地，也是学生学习的主要场所，教师应由过去的知识灌输者变为教学活动的引导者、学生学习的促进者、学习能力的培养者。

通过师生互动、交往、对话、激趣设疑、探索疑难、讨论等培养学生的自学能力和创新能力。

2．构建发现式学习方法，使学习内容以问题形式间接呈现，把学习过程中的发现、探究、研究等认识活动突显出来，使学生的主体性、能动性、独立性不断得到生成、X扬、发展、提升，使学习过程更多地成为学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的过程。

3．对教材中的有些内容，鼓励学生阅读，让他们去发现和提炼要点，创新能力培养的第一点是创新意识的培养，对于学生一些新、异的想法，正确的要充分肯定，错误的要正确引导，不要轻易磨灭学生的创新意识。

4．精心设计的作业既可检验教学效果，又可让同学们找准自己的位置，好的尝试到成功者的喜悦，差的找出了不足，弥补缺陷，使他们在原有基础上都能得到充分的发展。

四教学过程

本课题的参考课时为三课时，本教学设计主要讨论第一二两课时。

1．第一课时：

关于教学过程的说明：

〔1〕本节教学课题的引入，可有多种不同的形式。

可以从荷兰科学家X海蒙“盆栽柳树称重的实验〞中，关于光合作用原料来源的探究引出本节课题。

接着用多媒体课件，逐一展示光合作用发现的四个经典实验，引导学生对每个实验进行探究，体会科学家是如何从实验中证明光合作用的条件、产物和场所的，引入对叶绿体的分析。

也可以从光合作用的意义引入本课题和光合作用的场所的研究。

提出：

为什么光合作用能在叶绿体中进行？

这与叶绿体内特有的成分和结构有关。

引入本节课的学习内容。

〔2〕通过提问，复习叶绿体的亚显微结构，用板图或挂图显示出叶绿体的外膜、内膜、基质和基粒等结构及成分。

附图不仅可以强化学生对叶绿体结构的认识，也可使学生直观地认识色素和酶的存在部位。

在此，教师应特别指出，光合作用所以能在叶绿体中进行，一是由于其中含有催化光合作用的酶系，这些酶分布在叶绿体的基质中和基粒片层的薄膜上；二是在基粒片层的薄膜上，有吸收转化光能的色素。

由此引出色素的提取和分离实验。

〔3〕关于叶绿体中色素的提取和分离的学生实验：

色素的提取

①本实验内容多时间紧，课前要做好实验准备。

a．把叶片称好后，分发给学生，免去学生称量的过程。

b．教师在实验前，选取新鲜绿色的叶片〔菠菜叶、菜豆叶等〕，烘干后磨成粉末状，分别装入小试管中〔约占试管的五分之一〕，然后分发给学生。

实验开始，学生直接量取丙酮，倒入小试管中〔约至试管的五分之三〕。

轻轻振荡后，过滤即得叶绿体色素滤液。

对研磨叶片的过程简单介绍即可。

c．把滤纸条制备好。

②在学生进行色素提取实验前，教师应对实验原理给予简要说明。

根据叶绿体中的色素在有机溶剂〔乙醇、丙酮等〕中溶解的特性，用丙酮可将色素从叶片中提取出来；叶绿素在酸性条件下，其中的镁可被氢离子取代，使叶绿素成为褐色的去镁叶绿素。

在研钵内加入少许的碳酸钙，可中和细胞液中的有机酸；二氧化硅可以使研磨更加充分。

③提醒学生，整个提取的操作过程，速度要快。

减少丙酮的挥发，减轻对教室环境的污染。

为减少层析液的挥发烧杯必须加盖。

④为增加实验的可行性，可找到几种试剂替代品。

如实验室缺少丙酮可用无水乙醇〔医用酒精里加无水碳酸钠或生石灰〕；如层析液成分不全可用四氯化碳代替。

色素的分离

对操作过程不必过多解释，先让学生按教材要求进行操作。

但要提醒学生在划滤液线时，多重复几次〔5～6次〕，所划的细线，应呈深绿色，线要尽可能细且直。

待学生按教材要求完成实验操作后，在等待层析结果的过程中，教师与学生讨论实验原理和操作要求。

关于层析原理，应使学生清楚：

不同的色素，在层析液中的溶解度以及在滤纸上的吸附力不同，故在滤纸上的运动快慢不同，使不同色素分离开。

层析法是分离混合物的常用方法之一。

〔展示课件，使学生能直观的观察色素的分离过程〕关于操作要求，可提出以下问题讨论：

滤液细线为什么细一些、齐一些好？

为什么不要让层析液没及滤纸上的滤液细线？

结果观察

在学生观察的基础上，总结并板书。

在此，教师应指出，在通常情况下，叶绿素的含量是类胡萝卜素的4倍，因此，在春夏季节我们所见到的叶子通常是绿色。

色素吸收光谱

教师可演示叶绿体的色素吸收光谱的现象。

方法是：

演示光的色散实验，可在光屏上看到红橙黄绿蓝靛紫七条光带，然后把盛有叶绿体色素提取液的试管放在三棱镜和光屏之间，让学生观察这些光透过色素提取液的情况，可明显地看到，光屏的红光和蓝紫光区成为暗带。

引导学生分析这些现象，得出叶绿体中的色素，主要吸收红光和蓝紫光。

在此基础上，教师再介绍，人们用更加精密的仪器测定得知，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。

并板书

〔4〕在分析叶绿体中色素的种类和吸收光谱的特性后，回过头再进一步分析叶绿体的成分和结构特点与光合作用的关系。

如，叶绿体内的片层薄膜，垛叠成基粒，每个基粒由10～100个片层结构组成，可增大叶绿体内的膜表面，扩大色素的附着面，有利于提高光能的利用效率；又如，与光合作用有关的各种酶集中分布于叶绿体中，有利于光合反应高效地进行等。

使学生理解生物的结构与功能相统一的特点。

2．第二课时：

关于教学过程的说明：

〔1〕开始可以复习提问上节课的内容。

如，为什么在叶绿体中能发生光合作用？

〔引导学生回答出：

叶绿体中分布有光合作用有关的酶、色素〕这些酶和色素分布在叶绿体的什么部位？

〔使学生回答出：

酶分布在基粒片层薄膜上和基质中、色素分布在基粒片层薄膜上。

〕

〔2〕在复习的基础上，提问学生光合作用的反应式〔如果学生不能完整答出，教师要给予提示〕，并板书。

接着指出，该反应式概括了光合作用的条件、原料和产物。

在叶绿体中，是怎样利用二氧化碳和水合成有机物的？

引出光合作用的过程。

〔3〕关于光反应的过程，可以结合多媒体课件以教师讲解为主。

边讲解边板图。

说清以下几点：

①物质变化——水的光解

光合作用是从叶绿体色素吸收光能启动的。

色素吸收光能传递给部分叶绿素a，叶绿素a接受一定量的光能后，迅速射出一个高能电子〔光能转变为电能〕，此时该叶绿素分子被激发，出现电子亏缺，并形成强烈的夺得电子的能力，导致水分子分解成O2和H+。

②能量变化——光能转变为活跃的化学能

电能转变为射出的高能电子，经过一系列的传递，最终与H+一起被某种受体接受形成[H]；电子在传递过程中，释放能量并把ADP和Pi转变成ATP。

这样就把电能转变成化学能储存在[H]和ATP中。

从叶绿体的色素吸收光能开始到此，依赖于光能的推动，因此，把上述反应称为光反应。

③概括光反应。

把水分解为O2、［H］；把光能转变成活跃的化学能贮存在ATP和［H］中。

光反应在叶绿体内基粒片层的薄膜上进行。

〔板书〕

④展示课件结合本部分内容重新介绍美国科学家鲁宾和卡门的实验：

用氧的同位素18O，标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2，然后向一组植物提供H218O和CO2；向另一组植物提供H2O对和C18O2。

在相同的条件下，植物进行光合作用，并对其产生的氧气进行分析。

发现前者释放的氧气中的氧全是18O2，后者释放的氧气中的氧都是O2。

证明，光合作用释放的氧全是来自水。

并可引导学生进一步探究CO2中氧的去向：

a从反应式上分析b如何证明？

接着教师指出，光反应产生的［H］和ATP是非常活跃的，在叶绿体中不能大量积累，它们具有很强的还原能力，推动光合作用的下一步的进行。

由此，引出暗反应。

〔4〕关于暗反应的过程，可以从CO2来源入手，逐步分析讨论其固定、还原、五碳化合物的再生以及光合产物形成的过程。

在分析讨论中注意以下几点：

①结合课件边讲边板图，使学生手脑并用，和光反应过程的图解联系成整体图，帮助学生直观地理解这一过程。

②物质变化——CO2的固定和还原

CO2的固定是在酶的作用下，将叶片吸收的或自身呼吸释放的一分子CO2，首先和五碳化合物〔二磷酸核酮糖〕结合，再分解为两分子的三碳化物〔磷酸甘油酸〕，这样CO2被固定。

还原过程，是三碳化合物在ATP供能和加氢的情况下，变成三碳糖的过程。

在此过程中，原属CO2中的C进入糖的分子中，并把活跃的、不稳定的化学能转变为稳定的化学能贮存在糖分子中

两个三碳糖经过一系列的复杂的变化，一部分再形成五碳化合物补充原消耗的五碳化合物，一部分最终形成葡萄糖等有机物。

③能量变化——活跃的化学能转变为稳定的化学能

暗反应是在叶绿体的基质中，需要多种酶催化进行的；在光反应产生的[H]和ATP的推动下，把CO2还原成有机物并把活跃的化学能转变为稳定的化学能贮存在有机物中。

〔5〕在暗反应过程学习后，以讨论的形式，分析光合作用过程中的光反应和暗反应的关系。

在此，教师可利用已有的板图，讨论出：

没有二氧化碳的固定形成的三碳化合物，光反应的产物[H]和ATP就会积累，使光反应很快停止；没有光反应提供[H]和ATP，三碳化合物就不能还原成糖，就不会有五碳化合物的不断再生以及最终有机物的合成。

五碳化合物迅速减少和三碳化合物的积累，必然导致二氧化碳固定的停止。

即没有光反应，暗反应无法持续地进行。

所以，光反应和暗反应是光合作用全过程的两个阶段，它们是相互依存的。

〔6〕对比完两个反应后，要引导学生概括光合作用的全过程的物质和能量变化，对照反应式，指出原料和产物之间的来龙去脉，由学生配平光合作用的总反应式。

再结合农业生产实际和一些典型例题按单一变量的原那么引导学生探究影响光合作用的因素有哪些？

如何影响？

指出光合作用的物质和能量变化的本质，由此引出光合作用的意义。

〔7〕关于光合作用的意义的教学，可以讨论的形式，概括出以下几点：

①光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。

通过讨论植物、动物等其它生物体中的有机物及其中的化学能，归根结底是光合作用制造的。

在生态系统中，通过食物链和食物网，逐级进入各种生物体中。

因此，绿色植物是生态系统中的生产者。

②光合作用制造的有机物，是人类食品、医药以及需要农产品为原料的工业品中的有机物和能量来源。

人类普遍使用的化石燃料，也来自光合作用的产物。

③地球上各种生物和人的呼吸要消耗氧气，呼出二氧化碳。

各种燃烧要消耗大量的氧气，排出二氧化碳。

维持大气中的氧气和二氧化碳的平衡，依赖于光合作用。

绿色植物是“自动的空气净化器〞。

④光合作用产生了氧气，在大气层中形成了臭氧层，为好氧和陆生生物的出现提供了必要的保证。

在讨论意义时，要多联系人类生产、生活以及人类生存发展所面临的问题。

可举例说明。

3．本课题教学中应注意的问题：

a．在教学中，尽可能地联系学生已有的知识，联系学生生活环境和生产实际，激发学生学习的兴趣。

b．在分析光合作用的过程中，注重对光合作用影响因素的探究，根据学生的可接受程度，决定深入的程度。

c．由于本课题难点较多，可留些课外作业，巩固学习内容。

d．考虑到高考考纲的要求，应注重新教材知识的渗透，2006年全国高考理综Ⅰ第30题就与新教材的一个探究实验有很大关联。

五．板书设计

1．光合作用的发现

a．植物可以更新空气　　普利斯特里

b．绿叶在光合作用中产生淀粉　　　萨克斯实验

c．绿叶必须有CO2存在时才能产生淀粉〔补充实验〕

d．氧是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物光合作用的场所恩格尔曼

e．光合作用释放的氧全部来自水　　　鲁宾和卡门实验

2．叶绿体色素

3．光合作用的过程

4．光反应与暗反应比较

项目

光反应

暗反应

实质

光能转化为活跃化学能〔ATP、[H]〕,放出氧气

活跃化学能转变成稳定化学能储存起来〔CH2O〕

条件

需叶绿素、光、酶

不需要叶绿素和光、需要酶

场所

在叶绿体的类囊体膜上

在叶绿体的基质中

物质变化

2H2O光4[H]+O2

ADP+Pi酶ATP

CO2的固定

CO2+C5C3

CO2的还原

C3酶[H]ATP〔CH2O〕

能量变化

叶绿素将光能转化成活跃的化学能储存在ATP中

ATP中的活跃化学能转化为糖等有机物中稳定的化学能

5．光合作用概念

概念：

绿色植物的叶绿体在光能作用下，利用二氧化碳和水合成有机物储存能量并且释放氧气的过程。

X围：

绿色植物〔叶绿体〕，具有光合色素的生物〔蓝藻，褐藻等〕

场所：

叶绿体内

反应物：

二氧化碳、水

产物：

有机物〔糖类、脂类、某些氨基酸〕、氧气

能量转换：

光能转化换为有机物中的化学能

酶：

多种酶的参与〔类囊体上光反应有关的酶叶绿体基质暗反应有关的酶

6．光合作用的意义

光合作用是生物界最基础的，最重要的新陈代谢，是所有生物生存的基石。

〔1〕自然界的物质、能量来源

〔2〕调节大气中的二氧化碳、氧气的量，

〔3〕对生物的生存进化有重要意义