高中生物-《光合作用的原理和应用》教学设计学情分析教材分析课后反思

《光合作用的原理和应用》教学设计一、教学目标的确定根据课程标准的内容要求，学生在学完本节课后，能“说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能”。让学生从物质和能量的视角分析光合作用的过程，既加深对叶绿体结构的理解，又对学生后续学习生态系统中能量流动与物质循环等知识具有启发作用。在初中阶段，学生对光合作用的反应物、生成物及意义等知识已经有了初步了解，但本节内容有一定抽象性且具体过程比较复杂，学生需要克服对微观结构认识的困难，需要结合化学和物理学相关知识加以理解。结合课标要求、教材内容和学生情况，确定如下教学目标。能以光合作用过程为例，解释细胞的功能基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域。能以科学家们一系列关于光合作用的实验为基础，明确光反应、暗反应过程的场所、反应物、产物、能量变化相关信息及两个过程之间的联系，基于证据和逻辑建立光合作用模型，促进结构与功能观形成。3.能利用光合作用模型，研究当外界条件变化后，短时间内模型内物质的含量变化，促进稳态与平衡观的形成。4.能将光合作用的原理联系实际，应用于生产实践，承担社会责任。二、教学设计思路对生物体的光合作用，学生并不陌生。通过初中阶段的学习，学生知道了光合作用的基本知识是将无机物制造生成有机物。但是，无机物是怎样合成有机物的？这一过程需要什么条件？这一过程的场所？这一过程进行的实质是怎样的？这些问题学生并不清楚，利用学生的已有的知识和经验，创设新的问题情境，激发学生的探究欲望。课堂上通过呈现光反应、暗反应相关的研究资料，让学生在分析实验现象的基础上自己总结出来光合作用的光反应和暗反应的实质、物质变化、能量变化，培养学生的归纳总结的能力，探究光合作用的过程及实质，并通过模型构建，观赏视频解说，将静态模型转化为动态模型，体会光合作用的动态变化。针对光合作用原理的应用，课前由兴趣小组探究环境因素，如光照强度、光质、二氧化碳浓度等对光合作用强度的影响，课上为同学们展示，提升我们学习光合作用的实际用途，解决实际问题，培养学生良好的生态观念。同时培养学生的合作能力和语言表达能力。三、教学实施的程序【新课导入】微视频导入新课：培养同学们热爱家乡的品质；利用大棚蔬菜的应用增加同学们的学习兴趣。【课堂探究】板块一：探究光反应过程资料1.1937年，将叶绿体破坏后离心，得到类囊体悬浮液，叶绿体基质，分别加入试管中(如图)。然后将①号和②号置于光下，③号和④号置于黑暗中。结果发现：四支试管中只有①号有气泡产生，收集的气体可使带火星的卫生香复燃。资料2.若向4支试管中都加人NADP+和氧化剂2，6-二氯酚靛酚(一种蓝色染料，会被NADPH—也叫还原型辅酶Ⅱ，还原成无色)，发现①号褪色。资料3.1954年，美国科学家阿农等在对叶绿体进行光照时发现：当供给Pi（磷酸）、ADP时，会有ATP产生。若用同样方法处理四支试管，只有①号有ATP产生。问题组：根据资料1中的信息分析：①号试管产生的是什么气体?①号和②号试管对照，能得出什么结论?①号和③号试管对照，说明什么?2.根据资料2中的信息分析：①号试管褪色说明(试管内)可能有什么物质产生？①号和②号试管对照，说明什么?①号和③号试管对照，说明什么?★合作探究：光合作用产生的氧气中的氧元素来自原料中的水还是二氧化碳？请以小球藻为实验材料，用同位素标记法设计实验，小组讨论设计实验方案并交流分享。3.根据资料3中的信息分析：①号和②号试管对照，说明ATP的产生场所在哪里?①号和③号试管对照说明ATP的产生需要什么条件?根据能量守恒定律分析资料中能量的转换形式是怎样的？【模型构建】请根据以上分析，小组合作在展板上粘贴出光反应过程并展示交流（3分钟）。板块二：探究暗反应过程资料4.分别给四支试管提供ATP、CO2、NADPH，只有②④两试管中有糖产生；②④两管不提供ATP、NADPH，两试管均无糖产生。资料5.1946年，卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，给予适当光照。①照光30秒，发现放射性14C出现在三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）等多种化合物上。②他向密闭容器中通入14CO2，将反应时间缩短到0.5s时，14C出现在一种三碳化合物（C3）中。③若给小球藻停止CO2供应，这时他发现C5的含量快速升高，而C3含量迅速降低。④当反应进行到5s时，14C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）中。⑤停止光照，结果发现C3含量升高，C5和C6生成量下降。问题组：1.根据资料4的信息分析：①号和②号试管对照，说明什么?②号和④号试管对照，说明什么?2.根据资料5说明光反应和暗反应之间有联系吗？存在什么联系？【模型构建】小组合作请在展板上粘贴出暗反应过程并展示交流（3分钟）。板块三：光合作用原理的应用问题组：1.尝试利用展板，分析影响光合作用的因素有哪些？2.为什么邻居家要在大棚内挂不同颜色的灯？3.为什么要在中午向大棚内通风呢？通过这节课的学习你能够帮爷爷解决他的疑惑吗？藏粮于地、藏粮于技。习近平总书记指出，“为粮食生产插上科技翅膀”。目前，以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在生产中发挥着巨大作用。根据本节课所学知识，请讨论如何采取措施提高大棚栽培瓜果蔬菜的产量。这个环节让学生在学习光合作用本质的过程中了解光合作用的影响因素，解决生产生活问题的担当和能力，树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，形成生态意识，环保意识的社会责任。这一部分内容的学习既是知识的巩固和迁移的过程，又是体现科学技术和社会相互关系，体现生物学知识的价值的过程。【课堂小结】总结本节课的内容并完成表格中的内容过程光反应暗反应所需条件进行场所物质变化能量变化物质联系能量联系附：本节学案第5章第4节光合作用的原理和应用【学习目标】能以光合作用过程为例，解释细胞的功能基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域。能以科学家们一系列关于光合作用的实验为基础，明确光反应、暗反应过程的场所、反应物、产物、能量变化相关信息及两个过程之间的联系，基于证据和逻辑建立光合作用模型，促进结构与功能观形成。3.能利用光合作用模型，研究当外界条件变化后，短时间内模型中物质的含量变化，促进稳态与平衡观的形成。4.能将光合作用的原理联系实际，应用于生产实践，承担社会责任。【课堂探究】探究一：光反应过程1937年，科学家将叶绿体破坏后离心，得到类囊体悬浮液、叶绿体基质，分别加入试管中(如图)。资料1:将①号和②号置于光下，③号和④号置于黑暗中。结果发现:四支试管中只有①号有气泡产生，收集的气体可使带火星的卫生香复燃。根据资料1中的信息分析：①号试管产生的是什么气体?①号和②号试管对照，能得出什么结论?①号和③号试管对照，说明什么?资料2:若向4支试管中都加人NADP+和氧化剂2，6-二氯酚靛酚(一种蓝色染料，会被NADPH—也叫还原型辅酶Ⅱ,还原成无色)，发现①号褪色。根据资料2中的信息分析：①号试管褪色说明(试管内)可能有什么物质产生？①号和②号试管对照，说明什么?①号和③号试管对照，说明什么?合作探究：光合作用产生的氧气中的氧元素来自原料中的水还是二氧化碳？请以小球藻为实验材料，用同位素标记法设计实验，小组讨论设计实验方案并交流分享。资料3:1954年，美国科学家阿尔农等在对叶绿体进行光照时发现:当供给Pi（磷酸）、ADP时，会有ATP产生。若用同样方法处理四支试管，只有①号有ATP产生。根据资料3中的信息分析：①号和②号试管对照，说明ATP的产生场所在哪里?①号和③号试管对照说明ATP的产生需要什么条件?根据能量守恒定律分析资料中能量的转换形式是怎样的？【模型构建】请根据以上分析，小组合作在展板上粘贴出光反应过程并展示交流（3分钟）。探究二：暗反应过程资料4:分别给四支试管提供ATP、CO2、NADPH，只有②④两试管中有糖产生；②④两管不提供ATP、NADPH，两试管均无糖产生。根据资料4的信息分析：①号和②号试管对照，说明什么?②号和④号试管对照，说明什么?资料5：1946年，卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，用经过14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用，给予适当光照，追踪放射性14C的去向。①照光30秒，发现放射性14C出现在三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）等多种化合物上。②他向密闭容器中通入14CO2，将反应时间缩短到0.5s时，14C出现在一种三碳化合物（C3）中。③若给小球藻停止CO2供应，这时他发现C5的含量快速升高，而C3含量迅速降低。④当反应进行到5s时，14C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）中。⑤停止光照，结果发现C3含量升高，C5和C6生成量下降。此材料说明光反应和暗反应之间有联系吗？存在什么联系？【模型构建】小组合作请在展板上粘贴出暗反应过程并展示交流（3分钟）。探究三：光合作用原理的应用尝试利用展板，分析影响光合作用的因素有哪些？为什么邻居家要在大棚内挂不同颜色的灯？为什么要在中午向大棚内通风呢？藏粮于地、藏粮于技。习近平总书记指出，“为粮食生产插上科技翅膀”。目前，以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在生产中发挥着巨大作用。根据本节课所学知识，请讨论如何采取措施提高大棚栽培瓜果蔬菜的产量。【课堂小结】总结本节课的内容并完成表格中的内容过程光反应暗反应所需条件进行场所物质变化能量变化物质联系能量联系《光合作用的原理和应用》学情分析对生物体的光合作用，学生并不陌生。通过初中阶段的学习，学生知道了光合作用的基本知识是将无机物制造生成有机物。但是，无机物是怎样合成有机物的？这一过程需要什么条件？这一过程的场所？这一过程进行的实质是怎样的？这些问题学生并不清楚，利用学生的已有的知识和经验，创设新的问题情境，激发学生的探究欲望。高中学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性。因此，在课堂上通过呈现光反应、暗反应相关的研究资料，让学生在分析实验现象的基础上自己总结出光合作用中光反应和暗反应的实质、物质变化、能量变化，培养学生的归纳总结的能力，探究光合作用的过程及实质，并通过模型构建，观赏视频解说，将静态模型转化为动态模型，体会光合作用的动态变化。针对光合作用原理的应用，课前进行实验探究环境因素，如光质、二氧化碳浓度等对光合作用强度的影响，课上为同学们展示，让学生分析实验结果与结论，培养学生良好的生态观念，同时培养学生的分析能力和语言表达能力。《光合作用的原理和应用》效果分析《光合作用的原理和应用》是《光合作用与能量转化》第二小节的内容。在义务教育阶段学生已经学习了光合作用的研究历史和基本过程。通过本节课的学习，学生对初中时已经接触过的光合作用有了进一步的认识和理解，了解了人们对于光合作用的探究历程，从中体验了科学的实验设计思路和面临不同的科学难题时科学家的思考方式和解决办法，体验到了高中的实验设计原则，并且从这一探究历程中学会了小组合作、交流沟通。通过小组交流以及合作，共同构建模型。通过对光合作用原理的认识，尝试应用到实际生活中去，有利于加强知识与生活的联系。学生通过模型构建，合作交流讨论等方式，有效地突破了本节课重点和难点问题，能够从光合作用的两个反应阶段的场所、条件、物质转化、能量转化等方面落实光合作用的原理，并能为实际应用提供办法，实现了本节课的教学目标。《光合作用的原理和应用》教材分析《光合作用的原理和应用》是普通高中课程标准实验教科书·生物（必修1）（人民教育出版社）第5章第4节《光合作用与能量转化》的内容。光合作用在整个第五章乃至整个必修一教材中处于重要地位，主要介绍了叶绿体内光合色素的种类、分布和作用，叶绿体的结构和功能，光合作用的探究历程，光合作用的过程和应用以及化能合成作用等知识。关于光合作用的探究历程，本节课在义务教育课程标准初中生物教学的基础上，简单介绍了希尔、鲁宾和卡门等人探索光合作用原理的部分实验。有利于培养学生的科学精神和科学态度，进一步为讲述光合作用原理做好知识铺垫。继分泌蛋白合成与分泌之后，课文又一次结合鲁宾、卡尔文的实验再次介绍了同位素标记法在生物科学领域的应用。关于光合作用的过程维持了原来教材的难度，介绍了光合作用的光反应阶段和暗反应阶段。对于光反应阶段生成的还原性辅酶Ⅱ，在具有还原性的基础上进一步补充其可以储存部分能量供应暗反应利用，力求把有关问题叙述的更加清楚。关于光合作用原理的应用方面，教材讲述了光合作用强度后，通过引导学生进行“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验来认识这一问题，使知识得到迁移和应用。《光合作用的原理和应用》评测练习基础巩固1.光反应是暗反应的基础，因为光反应为暗反应提供了()A．光、NADPH B．ATP、NADPHC．ATP、O2 D．ATP、H2答案B2.如图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是()A.Y2的质量大于Y3的质量B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量C.②中水的质量大于④中水的质量D.试管①的质量大于试管②的质量答案C3.下图表示光照强度和CO2浓度对某植物光合作用强度的影响。下列有关叙述错误的是()A.曲线中a点转向b点时，叶绿体中C3浓度降低B.曲线中d点转向b点时，叶绿体中C5浓度升高C.ab段影响光合速率的主要因素是光照强度D.bc段影响光合速率的限制性因素可能是温度等其他条件答案B4.在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（）A.红光，ATP下降B.红光，未被还原的C3上升C.绿光，NADPH下降D.绿光，C5上升答案C5.正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是()A.O2的产生停止B.CO2的固定加快C.ATP/ADP比值下降D.NADPH/NADP＋比值下降答案B6.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是()A.光反应强度升高，暗反应强度降低B.光反应强度降低，暗反应强度降低C.光反应强度不变，暗反应强度降低D.光反应强度降低，暗反应强度不变答案B能力提升1.用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，将叶肉细胞置于黑暗环境中，含放射性的三碳化合物浓度的变化情况如图所示，下列相关叙述正确的是()A．Oa段叶肉细胞中五碳化合物浓度有所下降B．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质，暗反应全过程都消耗ATP和NADPHC．ab段三碳化合物浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽D．b点后叶肉细胞内没有有机物的合成答案A2.某植物细胞质的核糖体合成LHCP蛋白能转运到叶绿体基粒上发挥作用，叶绿体基质中存在一种催化光合作用某一反应的Rubisco酶。由上述信息推断不正确的是()A．LHCP蛋白参与光合作用的光反应B．LHCP蛋白通过胞吞方式进入叶绿体C．Rubisco酶可能催化的是[H]的形成D．Rubisco酶可能催化的是CO2的固定答案C3.如图为叶绿体结构与功能示意图，下列说法错误的是()A．结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能B．供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲C．结构A释放的O2可进入线粒体中D．如果突然停止CO2的供应，短时间内C3的含量将会增加答案D4.下列分别是叶绿体模型图和绿色植物光合作用过程图解，请根据图回答下列问题：(1)吸收光能的色素分布在叶绿体的[②]________________________上。(2)暗反应中需要光反应提供的物质是[④]________和[⑤]________。(3)过程Ⅳ称为________________，其代谢产物为________。(4)Ⅱ表示的阶段化学反应在__________________中进行。夏日的午后，如果气温过高，叶片的气孔关闭，导致[⑥]________供应大大减少，C3的产量随之________(填“增加”或“减少”)。(5)科学家利用同位素标记法，证明了光合作用产生的O2来自________。(6)Ⅰ、Ⅱ过程的总方程式为______________________________。答案：(1)类囊体薄膜(2)NADPHATP(3)C3的还原(CH2O)和C5(4)叶绿体基质CO2减少(5)水(6)CO2＋H2Oeq\o(――→,\s\up7(光能),\s\do5(叶绿体))(CH2O)＋O2《光合作用的原理和应用》课后反思本节课是在学习了光合作用的色素的提取及分离、光合作用的场所后的进一步深入。在义务教育阶段，学生对光合作用的基本过程已经有了初步了解，但是对于具体的物质变化和能量变化并不清楚，对于如何将光合作用应用于生产实践的思考也较少。所以本节课一开始，通过创设真实情境，利用大棚蔬菜的增产问题激发同学们解决生活难题的探究欲和求知欲。然后引导学生说出光合作用的概念和总反应式，提出问题激发学生对光合作用的原理的探索欲。就课堂效果来看，这些环节极大调动起学生的探究热情。光合作用的原理这一过程，比较难以理解。我以科学实验为主线，通过组织学生对实验进行分析，问题组激发学生思考的形式引导学生进行探究。基于证据和逻辑的基础上，学生们认真分析，积极回答并互相补充，完善实验结论。在此基础上，我引导学生利用探究结果构建光合作用过程模型，通过小组代表展示与组间互评，完善了实验模型，也让学生体会到亲自动手，探索新知的乐趣。通过这种方式，学生感到原本晦涩难懂的知识变得形象化。在此基础上，我又通过配音视频帮助学生把静态模型转化为动态模型，让微观知识直观化。整个过程学生积极主动参与，充分体现了“以学生为主体”，对于学生生物学核心素养的培养大有脾益。针对光合作用原理的应用，课前由兴趣小组探究环境因素，如光质、二氧化碳浓度等对光合作用强度的影响，课上为同学们展示，其他同学认真倾