光合作用实验探究说课

能量之源——光合作用（一） 教学内容分析本节是高中生物必修1分子与细胞（人教版）第五章第四节的内容。光合作用是生物界乃至整个自然界最基本的物质代谢和能量代谢，光合作用也真实地显示出生命系统的自主性和高度有序性。本节内容的学习始于绿叶中色素吸收和转化光能，做好探究性实验“绿叶中色素的提取和分离”，使学生体会生物体结构与功能的统一关系。课本中为学生提供的关于光合作用的研究史料，目的在于加深学生对光合作用概念的理解，并能受到科学家敢于探索创新的精神的熏陶，领悟科研方法。光合作用的光反应和暗反应是本节的重点和难点，让学生能从物质变化和能量变化以及发生场所和条件等方面加深对光合作用的了解。认识光合作用原理在农业生产上的应用，有利于学生学以致用。了解化能合成作用有助于学生加深对光合作用是能量之源的体会。本节课在整本书，乃至整个高中生物都占有一个相当重要的地位。本节课时安排为两课时。（二） 学情分析学生在初中生物课程中已经学习过光合作用的有关知识，对光合作用的概念有一个总体的了解。在高中生物必修1第3章又学习了叶绿体的显微结构，以及第4章的“细胞的能量‘通货'一一ATP”，已经知道光合作用是合成ATP的重要途径之一，学生已然具备进一步学习叶绿体的亚显微结构和光合作用的知识基础和兴趣。在实验操作方面，学生已经能进行研磨、过滤等操作，但纸层析法是首次进行。但由于学生缺乏对基粒微观结构的直观认识，另本节课涉及物理光学知识、化学知识，对于理解色素吸收色光，掌握有关化学试剂的使用方法与技巧，可能存在一定的难度。（三） 教学目标知识目标：说出绿叶中色素的种类和作用说出叶绿体的结构和功能说明光合作用以及对它的认识过程说出光合作用原理的应用描述化能合成作用能力目标：尝试探究影响光合作用强度的环境因素正确使用实验器材，完成“绿叶中色素的提取和分离”的实验操作情感态度与价值观目标：通过光合作用发现史的学习，养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度通过了解光合作用原理在农业生产上的应用，认同生物科学的价值，形成学习生物科学的兴趣。（四） 教学重、难点教学重点：绿叶中色素的种类和作用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影响光合作用的环境因素教学难点光反应和暗反应的过程探究影响光合作用强度得环境因素（五） 教学策略（以下均以第二课时光合作用的探究历程为例）

教师教法根据新课程标准，高中生物学教学注重培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物科学素养，故本节课以“小组合作探究科学发现的过程来学习咯血研究的方法”为设计理念，切实落实主体性教学理念。通过引导学生模拟科学发展过程，启发学生积极思考，最终达到提高学生探究能力，训练科学思维方法的目标。学生学法学生通过观察、阅读、讨论、比较归纳等方法进行分析光合作用的探究历程，合作探究学习的目的即培养学生学习生物学科的兴趣课前准备布置学生提前预习，把同学分成几个小组，每分析完一个实验，小组讨论，并派一个代表发教师制作多媒体课件；（六）教学流程图（七）教学过程设计教学环节教师活动学生活动教学意图I复习巩固初中时，我们就学过光合作用，当时老师给光合作用下了怎样的定义？回答“光合作用是绿色植物把CO2和H2O转化成有机物，并释放氧气的过程”除了巩固初中生物知识，还要让学生知道知识在增加积累，对光合作用的定义就需要进一步完善。II教学引入现在在初中的基础上对光合作用下一个定义就是“绿色植物通过叶绿体，利用光能，把C02和H20转化为储存这能量的有机物，并释放O2的过程”那么同学们对光合作用的探究历程了解吗？学生倾听激发学生的探究欲望III光合作用探究历程1.1648年海尔蒙特的实验柳树苗栽种到一个木桶中。每天只用纯净的雨水浇灌树苗，5年后取出柳树，并把柳树和土壤分别称重，结果发现柳树增重80多kg，而土壤却只减少了100g。提问：你可以得出什么结论？这个实验有没有什么缺陷？讨论结果：柳树增长的重量来自于水和土壤中的某些物质。但实验缺乏对照，实验设计不严谨。学会分析实验结果，评价实验方案，一个好的实验万案是实验成功关键。

2.1771年普利斯特里的实验实验过程：密闭的玻璃钟罩中，各放有点燃的蜡烛和活的小鼠，蜡烛熄灭，小鼠死亡，但是在钟罩内多放一盆绿色植物，蜡烛不灭，小鼠不死。提问：你能得到什么结论？这个实验有没有什么缺陷？讨论结果：植物可以更新空气联系光合作用可知，植物光合作用需要光，应根据有光和无光条件再设计一组实验对照。进一步培养学生分析实验结果的能力，并让学生试着对前人的实验方案进行优化与改进。3•其他人重复这个实验有时成功，有时失败因为得到相反的结果，故有人认为植物根动物一样能使空气变得污浊。提问：有时成功，有时失败的原因是什么？为什么有人认为植物会使空气变得污浊？讨论结果：①普利斯特里并没有发现光在植物更新空气中的作用，所以忽略了关于光这一变量设置实验组进行对照。让学生懂得从失败的实验中总结原因，改进实验方案。4.1779年英格豪斯的实验实验过程：密闭的玻璃钟罩内，冋时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在光照的条件下，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死；密闭的钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在黑暗条件下，一段时间，蜡烛熄灭，小鼠死亡；重复了500多次提问：你可以得到什么结论？英格豪斯的实验设计与前人相比，改进在什么地方？与你设想要改进的地方有没有可以借鉴之处？讨论结果：植物只有在阳光照射下才能更新空气设计了对照实验；控制单一变量；对实验过程进行重复对照实验和单一变量可以排除某些因素的干扰，，平行重复对照，使实验结果更有说服力体会实验设计的三个最重要的原则：对照、单一变量、平行重复5.过渡由于当时化学发展水平的限制，人们尚不学生倾听，看书思考体会到生物学科的发展离不开化学、物理

了解植物吸收和释放的究竟是什么气体。知道1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是O2,吸收的是CO2。简单介绍空气组成的的发现历程学科的进步，学科间相互渗透才能共发展6.1845年梅耶的实验根据能量转化与守恒定律，植物在进行光合作用是把光能转变成了化学能储存起来了。但是储存在什么物质中，这一问题尚未解决。学生倾听，看书思考激起学生学习下面知识的兴趣，这里再次体现学科间的交叉与渗透。7.1864年萨克斯的实验实验过程：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。提问：你能得出什么结论？这个实验用到了那个重要的化学知识？萨克斯的实验目的是什么？为什么要进行一昼夜的暗处理？为什么一半遮光，一半曝光？这个实验的巧妙之处在哪里？讨论结果：证明绿叶在光合作用中制造了淀粉淀粉遇碘回变蓝验证光合作用的产物是什么暗处理是为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽一半遮光，一半曝光是为了对照在同一片叶片上做自身对照，排除了不同叶片之间的生长状况不同的干扰因素评价一个成功实验的巧妙之处，体会生物实验设计原则无处不在，遵循原则也是实验成功的原因之一。体会生物与化学之间的学科交叉与渗透8•过渡光合作用的原料有H2O和CO2,那么光合作用释放的O2到底来自CO2还是H2O呢？学生倾听，看书思考激起学生学习下面知识的兴趣9.1939年鲁宾和卡门的实验实验过程：用同位素18O标记水，进行光讨论结果：①光合作用产生的再次强调实验设计原则的重要性

合作用实验，发现生成的全部是1802；用180标记CO2，H2O不做标记，生成的氧全部是02提问：你可以得到什么结论？鲁宾和卡门采用了什么先进的方法来进行实验？氧全部来自于水②采用的是“同位素标记法”来进行实验同位素标记法的发明对光合作用过程探索具有非常重要的意义10•过渡美国科学家卡尔文用放射性同位素14C标记CO2,研究小球藻的光合作用，最终探明了CO2中碳在光合作用中转化成有机物的途径，即卡尔文循环。学生倾听11•归纳总结提问：从人类对光合作用的探究历程看，生物学的发展与物理学和化学有什么联系？与技术手段进步有什么关系？试着举例说明。分析人类对光合作用的探究历程，你还有哪些感悟？各抒己见：反观人类对光合作用的探究历程，生物学的发展与物理学和化学的研究进展关系很密切，在科学发展的进程中，相关学科的互相促进，以及技术手段的几部对科学发展有巨大的推动作用。科学豕的科学献身精神值得我们学习；体验了科学探究的一般过程；实验设计所要遵循的原则；科学家设计实验所用的方法有些很巧妙，值得借鉴与学习。总结所学，达到对学生正确情感态度价值观的教育八）教学评价设计（略）九）教学反思（略）十）板书设计捕获光能的色素二叶绿体的结构三光合作用的探究历程1海尔蒙特的盆栽柳条实验2普利斯特里的实验英格豪斯的实验萨克斯的实验鲁宾和卡门的实验课题】能量之源—光与光合作用（一）考纲要求及解读】考纲及要求考纲解读光合作用的基本过程（II）掌握光合作用过程中物质、能量的转换过程；理解ATP在光合作用中的作用实验：叶绿体色素的提取和分离能进行叶绿体中色素的提取和分离；明确叶绿体中色素的种类基础梳理】一．捕获光能的色素和叶绿体的结构叶绿体（1）结构：外表有 层膜；内部分为液态的 和由 叠加而成的 ，此结构的出现的意义是 。与光合作用有关的色素分布在 ，与光合作用有关的酶分布在 。另外在基质中还含有少量的与生物的遗传有关。（2） 功能： 。2•色素的种类和功能色素吸收光谱功能叶绿素叶绿素a：（）色主要吸收：叶绿素b：（）色类胡萝卜素(）橙黄色主要吸收：(）黄色光合作用的探索历程1771年，普利斯特利发现绿色植物具有 的能力。1779年，英格豪斯证实普利斯特利实验只在 条件下成立，只有 能更新空气。TOC\o"1-5"\h\z1864年，萨克斯实验发现植物在 条件下合成了 。1880年，恩格尔曼发现 是光合作用的场所，光合作用主要吸收 光。1939年，鲁宾、卡门利用 法发现光合作用释放出的O2都来自 。@20世纪40年代，卡尔文利用 法发现了 在光合作用中的转化过程。光合作用的过程反应式： ；过程：（1）光反应：条件： 场所： 物质变化： 能量变化： （2）暗反应：条件： 场所： 物质变化： 能量变化： TOC\o"1-5"\h\z联系：光反应为暗反应提供了 。暗反应为光反应提供 。化能合成作用化能合成作用是指某些微生物利用 的能量，将 合成有机物的过程。如硝化细菌等，这类生物在生态系统中属于 者。硝化细菌利用氧化 形成 释放出来的 能，将无机物合成有机物。硝化细菌的新陈代谢类型是 。【问题探究一】 光合作用发现史中的经典实验分析1864年萨克斯实验：提前暗处理的目的： 实验组： 。对照组： 。1880年恩格尔曼实验水绵-（ /”极细光束照射叶绿体 > 好氧细菌卜 ■:完全曝光——实验组：" 〜 对照组： 20世纪30年代鲁宾、卡门实验实验方法： 提供H218O、CO2植物释放的氧气全部为 。提供H2O、C18O2植物释放的氧气全部为 广此种对照为 例1.示德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时"饥饿"处理（消耗掉叶片中的淀粉）后，再把叶片的一部分遮光，其它部分曝光。一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗再用碘液处理，结果发现遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是 （ ）①本实验未设对照组②有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因③实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态④实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉A.只有②③B.只有①②③C.只有②③④D.①-④全部【问题探究二】叶绿体中色素的提取和分离分离色素的方法？本实验用到的提取剂和分离试剂分别是什么？色素能够相互分离的原因是什么？（色素提取和分离的原理）

3．滤纸条上色素带是如何排序的？滤纸条上色素带的宽度和色素带的位置分别说明了什么？过程注意事项操作目的提取色素过程注意事项操作目的提取色素选新鲜绿色的叶片研磨时加无水乙醇加少量SiO2和CaCO3迅速、充分研磨过滤时用尼龙布，不用滤纸分离色素滤纸条的下端要剪去两角滤液细线要细、直、齐滤液细线要重复划2—3次滤液细线不能触及层析液总结：实验中的操作目的及注意事项例2.某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射、光吸收测定和色素光吸收差异显著，色素带缺第2条 B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条C.光吸收差异显著，色素带缺第3条 D.光吸收差异不显著，色素带缺第3条【问题探究三】光合作用的过程分析请画出光合作用过程的示意图，并用语言描述。参照此图解，思考回答以下问题。写出反应过程中不需要酶参与的过禾 此过程中产生的ATP和［H］与呼吸作用过程产生的ATP和［H］的作用分别有什么不同?写出光合作用的反应方程式，标注氧原子及碳原子的转移途径光合作用的产物只有葡萄糖吗?如果不是还有那些?6.如何正确理解光反应与暗反应的关系?例3、在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO26.如何正确理解光反应与暗反应的关系?0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。据此判断下列说法不正确的是（）图中物质A可表示C3化合物图中物质A可表示C5化合物若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，一段时间后，物质A的浓度将比物质B高CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的低问题探究四】影响光合作用的因素及应用影响因素：1.光照强度1.光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响（1） 阅读P104实验“探究环境因素对光合作用强度的影响”，实验中如何控制光照强度的大小？（2） 光照强度与光合作用强度关系图：①分析A、B、C三点时植物进行呼吸或光合作用的情况；并思考AB段、BC段光合和呼吸作用大小关系。条件光照由强到弱，co2供应不变光照由弱到强，co2供应不变co2供应由

充足到不足,

光照不变co2供应由

不足到充足,

光照不变c3含量c5含量［H］ATP含量（CH2O）的合成量②原图中A、B、C三点与下图中哪个相对应（补充O2的走向）3.温度：画出光合作用强度随温度的变化曲线图II3.温度：画出光合作用强度随温度的变化曲线图IIin兌浓gC0.03%)20,C已知光合作用的最适温度是25°C，呼吸作用的最适温度是30°C。原图是在25°C下绘制的曲线,现在温度升高到30C，A、B、C三点的移动方向。若植物缺镁，各点移动。若原图表示的是阳生植物曲线图，在原图画出阴生植物曲线图。呼吸作用速率：通常用单位体重在单位时间内 释放量或 消耗量来表示（mg/kg・h）。真正（总）光合作用速率：通常用单位叶面积在单位时间内 固定量或 产生量来表示（mg/cm2・h）。净光合作用速率= — 。生活中应用： CO2浓度：画出光合作用强度随CO2浓度的变化曲线图，并加以解释。4．必需矿质元素：N是构成叶绿素、酶以及ATP的重要成分。P是ATP的重要组成成分，在维持叶绿体膜结构和功能上起重要作用。Mg是叶绿素的重要组成成分5•水：间接影响光合作用，缺水，气孔关闭，CO2减少。光合作用在生产实践中的应用：解释以下措施的原理（1） 大田种植作物要“正其行，通其风”多施有机肥。（2） 温室栽培，冬季可适当提高温度，增加光照，晚上可适当降低温度。（3） 农业生产中可进行间作套种和合理密植【跟踪练习3】科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合作用强度的影响，得到实验结果如右图。请据图判断下列叙述不正确的是（）光照强度为a时，造成曲线II和III光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同光照强度为b时，造成曲线I和II光合作用强度差异 鬥riaUb光蜒强匿的原因是温度不同光照强度为a〜b,曲线I、II光合作用强度随光照强度升高而升高光照强度为a〜c,曲线I、III光合作用强度随光照强度升高而升高【当堂检测】将单细胞绿藻置于25°C、适宜光照和充足的CO2条件下培养，经过一段时间后，突然停止光照，发现绿藻体内三碳化合物的含量突然上升，这是由于（ ）光反应仍在进行，形成［H］和ATP光反应停止，不能形成［H］和ATP暗反应仍在进行，CO2和C5结合，继续形成c3光反应停止，由于没有［H］和ATP供应，C3不能形成葡萄糖而积累增加A.①②③ B.②③④C.①④ D.②③下图曲线表示农田中I昼夜温度变化；II光照强度；III植物吸收CO2的变化，请判断下列说法中不正确的是（ ）在III曲线与时间轴交点c和e时，光合作用吸收的CO2和呼吸作用释放的CO2量相等。a点的形成是由夜间的低温造成的在从时间轴上的c点开始合成有机物，到e点有机物的合成终止。增大曲线III与时间轴所围成的正面积措施包括提高光照强度，CO2浓度和充足的水分供应对某植株作如下处理：①持续光照10min；②光照5s后再黑暗处理5s，如此连续交替进行20min。若其他条件不变，则在两种情况下，植株所能制造的有机物总量及积累的有机物总量（）A.均①多于②B.①少于②；①多于② C.①和②均相等 D.无法确定下图表示夏季