2022年高中生物 第四節(jié)能量之源 綠色植物的光合作用教案2 新人教版必修1

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1、2022年高中生物 第四節(jié)能量之源 綠色植物的光合作用教案2 新人教版必修1 教學目標 1.使學生了解葉綠體的結構以及其中的光合色素,理解其中的色素與光合作用的關系;理解光合作用的光反應和暗反應的基本過程和相互關系;理解光合作用的生理意義以及在生物界中和對人類生產生活的意義。 2.讓學生初步學會提取、分離葉綠體中色素的方法和技能;通過引導學生分析光反應和暗反應的過程,概括物質和能量轉化的本質,培養(yǎng)學生分析概括的能力。 3.通過光合作用的意義的教學,使學生在理解綠色植物在維持環(huán)境穩(wěn)定中的作用,理解光合作用產物對人的生活和生產的意義。在此基礎上,增強學生關心愛護綠色植物,關心發(fā)展農業(yè)的意識

2、從而對學生進行生命科學價值觀的教育。 重點、難點分析 1.葉綠體的結構特點以及其中的光合色素的種類和作用,是本課題教學的重點之一。因為: (1)葉綠體是光合作用的結構基礎,且這種結構和成分與其光合作用具有一定的適應關系。如,葉綠體中色素的種類及其吸收光譜,色素在片層上的分布、基粒片層的垛疊形式、基粒和基質的關系等,都利于光合作用的進行。學生清楚地知道這些結構和成分,才能順利地理解光合作用的光反應和暗反應發(fā)生的場所。 (2)在第一章細胞部分,學生接觸了葉綠體色素種類的知識,另外學生在生活中也經??吹交蚵牭竭^有關葉綠素和胡蘿卜素的知識,但沒有提取和實際看到過各種葉綠體中的色素。因此學生對親

3、自從葉片中提取和分離葉綠體色素具有濃厚的興趣和渴望。做好葉綠體中色素的提取和分離實驗,不但可使學生學會有關方法,還可以激發(fā)學生學習生物學的興趣,加深對有關知識的認識。 2.光合作用的過程的內容,是教學的又一重點。因為: (1)光合作用過程是本課題的核心內容。學生只有認識了光合作用的光反應和暗反應的過程,才能理解從光能、ATP分子中活躍的化學能到糖類等有機物分子中的穩(wěn)定的化學能這一能量轉移過程,掌握光合作用的能量和物質變化的本質。使學生對光合作用的認識水平,在初中的基礎上前進一步。 (2)學生只有知道光合過程的各個環(huán)節(jié),才能理解內外因素對光合作用的影響,才能進一步研究如何提高光合效率的途徑

4、,提高農業(yè)產量的技術。因此,學習光合作用的過程,是深入聯(lián)系生產實際的理論基礎。 3.光合作用的意義,也是教學的重點。因為: (l)通過光合作用的意義的教學,可使學生理解,當今世界面臨的糧食、化石能源、環(huán)境污染等重大問題的解決與研究光合作用的關系。知道人類需要的農產品,歸根結底要靠光合作用去生產。農業(yè)生產和科學研究,應該把培育高光合效率的農作物品種,發(fā)明提高農作物充分利用光能的時間、空間的技術等途徑作為研究方向。知道增加植被面積和質量,是改善環(huán)境的有效途徑等。這些,是學生必備的科學素養(yǎng)。因此,光合作用的意義,是培養(yǎng)學生關心生物科學及其發(fā)展,關心社會問題的解決等意識的好材料,應充分重視。 (

5、2)從生物界看,光合作用是最基本的物質代謝和能量代謝。光合作用制造的有機物,不僅供綠色植物本身利用,也是地球上絕大多數生物體中有機物的來源,是生態(tài)系統(tǒng)中的生產者。這些,是學生學習呼吸作用、生態(tài)系統(tǒng)等內容的基礎。 4.光合作用中的物質和能量變化,是教學的難點。因為,學生對有關的物理和化學知識木熟悉,特別是有機化學知識,高二第一學期多數學校本學習到。對光合作用中的光能到電能、電能到不穩(wěn)定的化學能、從不穩(wěn)定的化學能到穩(wěn)定的化學能的轉變的必要性的理解,對暗反應中的二氧化碳的固定、三碳酸的還原等的必要性的理解都有一定的難度。 教學過程設計 一、本課題的參考課時為二課時。 二、第一課時: 教學過

6、程的設計思路: 介紹有關證明葉綠體是光合場所的實驗,引入對葉綠體的分析。 從綠色植物的水分、礦質代謝引入有機物和能量的代謝,然后提出光合作用。 通過學生做葉綠體色素的提取和分離的實驗,使學生理解掌握有關內容。 演示或介紹葉綠體色素吸收光譜的現象??偨Y葉綠體成分、結構與功能的適應性。 2.關于教學過程的說明: (1)本節(jié)教學課題的引入,可有多種不同的形式。一種是通過綠色植物的水分和礦質代謝引到有機物和能量代謝。如,綠色植物在生活中,除了要從環(huán)境中吸收水分和二氧化碳,以及礦質元素離子等無機營養(yǎng)外,還需要有機物,如糖類、脂類、蛋白質等。這些有機物是從哪

7、里得到的呢?怎樣制造的?由此引出課題。接著介紹能說明光合作用的場所是葉綠體的有關實驗,引入對葉綠體的分析,如德國科學家恩吉爾曼用水綿進行光合作用的實驗。也可以從光合作用的意義或光合作用的發(fā)現過程,引入本課題和光合作用的場所的研究。提出:為什么光合作用能在葉綠體中進行?這與葉綠體內特有的成分和結構有關。引入本節(jié)課的學習內容。 (2)通過提問,復習葉綠體的亞顯微結構,用板圖或掛圖顯示出葉綠體的外膜、內膜、基質、基質片層和基粒等結構及成分。附圖不僅可以強化學生對葉綠體結構的認識,也可使學生直觀地認識色素和酶的存在部位。在此,教師應特別指出,光合作用所以能在葉綠體中進行,一是由于其中含有催化光合作用

8、的酶系,這些酶分布在葉綠體的基質中和片層的薄膜上;二是在基料片層的薄膜上,有吸收轉化光能的色素。由此引出色素的提取和分離實驗。 (3)關于葉綠體中色素的提取和分離的學生實驗: ①本節(jié)課內容多時間緊,課前要做好實驗準備。可把葉片稱好后,分發(fā)給學生,免去學生稱量的過程。 ②在學生進行色素提取實驗前,教師應對實驗原理給予簡要說明。如,根據葉綠體中的色素,在有機溶劑(乙醇、丙酮等)中溶解的特性,用丙酮可將色素從葉片中提取出來;葉綠素在酸性條件下,其中的鎂可被氫離子取代,使葉綠素成為褐色的去鎂葉綠素。在研缽內加入少許的碳酸鈣,可中和細胞液中的有機酸。 ③提醒學生,整個提取的操作過程,速度要快。減

9、少丙酮的揮發(fā),減輕對教室環(huán)境的污染。為減少丙酮的污染和節(jié)省時間,可簡化該實驗。如,教師在實驗前,選取新鮮綠色的葉片(菠菜葉、菜豆葉等),烘干后磨成粉末狀,分別裝入小試管中(約占試管的五分之一),然后分發(fā)給學生。實驗開始,學生直接量取丙酮,倒入小試管中(約至試管的五分之三)。輕輕振蕩后,過濾即得葉綠體色素濾液。對研磨葉片的過程簡單介紹即可。 關于色素的分離。為節(jié)省時間,教師在實驗前,把濾紙條制備好。 對操作過程不必過多解釋,先讓學生按教材要求進行操作。但要提醒學生在劃濾液線時,多重復幾次(5~6次),所劃的細線,應呈深綠色。待學生按教材要求完成實驗操作后,在等待層析結果的過程中,教師與學

10、生討論實驗原理和操作要求。關于層析原理,應使學生清楚:不同的色素,在層析液中的溶解度不同以及在濾紙上的吸附力木同,故在濾紙上的運動快慢不同,使不同色素分離開。層析法是分離混合物的常用方法之一。關于操作要求,可提出以下問題討論:濾液細線為什么細一些、齊一些好?為什么不要讓層析液設及濾紙上的濾液細線? ⑤結果觀察。在學生觀察的基礎上,總結共板書(如圖)。在此,教師應指出,在通常情況下,葉綠素的含量是類胡蘿卜素的4倍,因此,在春夏季節(jié)我們所見到的葉子通常是綠色。 ③關于色素吸收光譜特點。教師可演示葉綠體的色素吸收光譜的現象。方法是:用紅、橙黃、綠、藍紫色的薄膜,分別遮住同一光源。把盛有葉綠體的色

11、素提取液的試管,分別放在紅、橙黃、綠、藍紫色光前,讓學生觀察這些光透過色素提取液的情況。可明顯地看到,紅和藍紫色光透過的較少(暗),橙黃和綠色光透過的較多(亮)。引導學生分析這些現象,得出葉綠體中的色素,主要吸收紅光和藍紫光。在此基礎上,教師再介紹,人們用更加精密的儀器測定得知,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,葉綠素主要吸收紅光和藍紫光。并板書(如圖2-9)。 (4)在分析葉綠體中色素的種類和吸收光譜的特性后,回過頭再進一步分析,葉綠體的成分和結構特點與光合作用的關系。如,葉綠體內的片層薄膜,垛疊成基粒,每個基粒由10~100個片層結構組成,可增大葉綠體內的膜表面,擴大色素的附著面,有利于提高光能

12、的利用效率;又如,與光合作用有關的各種酶集中分布于葉綠體中,有利于光合反應高效地進行等。使學生理解生物的結構與功能相統(tǒng)一的特點。 三、第二課時: 1.教學過程的設計思路: 復習光合作用場所。提出光合作用的總反應式,引出對光合作用過程的研究。 分析光反應和暗反應的關系,概括光合作用的實質。討論光合意義。 通過介紹卡爾文實驗及結果討論暗反應的過程,分析其物質和能量變化的實質。 講述光合作用的光反應,分析其能量和物質變化。介紹有關實驗證據。 2.關于教學過程的說明: (1)開始可以提問復習上節(jié)課的內容。如,為什么在葉綠體中能發(fā)生光合作用?(引導學生回答

13、出:葉綠體中分布有光合作用有關的酶、色素種類)這些酶和色素分布在葉綠體的什么部位?(使學生回答出:酶分布在片層薄膜上和基質中、色素分布在基粒片層薄膜上。) (2)在復習的基礎上,提問學生光合作用的反應式(如果學生不能完整答出,教師要給予提示),并板書。接著指出,該反應式概括了光合作用的條件、原料和產物。在葉綠體中,是怎樣利用二氧化碳和水合成有機物的?引出光合作用的過程。 (3)關于光反應的過程,可以教師講解為主。邊講解邊板圖(如圖2-10)。說清以下幾點: ①光合作用是從葉綠體色素吸收光能啟動的。色素吸收光能傳遞給部分葉綠素a,葉綠素a接受一定量的光能后,迅速射出一個高能電子(光能轉

14、變?yōu)殡娔埽?,此時該葉綠素分子被激發(fā),出現電子虧缺,并形成強烈的奪得電子的能力,導致水分子分解成O2和H+,使該色素分子得到電子。 ②射出的高能電子,經過一系列的傳遞,最終與H+一起被某種受體接受(可如圖2-10表示人在傳遞過程中,釋放能量并把ADP和Pi轉變成ATP。這樣就把電能轉變成化學能儲存在ATP中。從葉綠體的色素吸收光能開始到此,依賴于光能的推動,因此,把上述反應稱為光反應。 ③概括光反應。把水分解為O2、[H];把光能轉變成活躍的化學能貯存在ATP中。光反應在葉綠體內基粒片層的薄膜上進行。(板書) ④如果有時間,教師可介紹有關證明光合作用釋放的氧來自水的實驗。如,美國科學家魯賓

15、和卡門用氧的同位素18O,標記H2O和CO2,使它們分別成為H。18O和C18O 2,然后向一組植物提供H218O和C O2;向另一組植物提供H對和C18O 2。在相同的條件下,植物進行光合作用,并對其產生的氧氣進行分析。發(fā)現前者釋放的氧氣中的氧全是“O2,后者釋放的氧氣中的氧都是O2。證明,光合作用釋放的氧全是來自水。 接著教師指出,光反應產生的[H]和ATP是非?;钴S的,在葉綠體中不能大量積累,它們具有很強的還原能力,推動光合作用的下一步的進行。由此,引出暗反應。 (4)關于暗反應的過程,可以從CO2的利用入手,逐步分析其固定、還原、五碳化合物的再生以及光合產物形成過程。如果學生條件較

16、好,可以通過介紹卡爾文的實驗,討論暗反應的過程。在討論中注意講解以下幾點: ①邊講邊板圖(如圖),和光反應過程的圖解聯(lián)系成整體圖,幫助學生直觀地理解這一過程。 ②CO2的固定是在酶的作用下,將葉片吸收的或自身呼吸釋放的一分子CO2,首先和五碳化合物(二磷酸核酮糖)結合,再分解為兩分子的三碳化物(磷酸甘油酸),這樣氣體CO2被固定。 ③還原過程,是三碳化合物在ATP供能和加氫的情況下,變成三碳糖的過程。在此過程中,原屬CO2中的C進入糖的分子中,并把活躍的、不穩(wěn)定的化學能轉變?yōu)榉€(wěn)定的化學能貯存在糖分子中。 ④兩個三碳糖經過一系列的復雜的變化,一部分再形成五碳化合物補充原消耗的五碳化合

17、物,一部分最終形成葡萄糖等有機物。 ⑤概括暗反應。在此反應指出:暗反應是在葉綠體的基質中,需要多種酶催化進行的;在光反應產生的[H]和ATP的推動下,把CO2原成有機物并把活躍的化學能轉變?yōu)榉€(wěn)定的化學能貯存在有機物中。把概括的內容,簡捷地板書出來。 (5)在暗反應過程學習后,以討論的形式,分析光合作用過程中的光反應和暗反應的關系。在此,教師可利用已有的板圖,討論出:沒有二氧化碳的固定形成的三碳酸,光反應的產物[H]和ATP就會積累,使光反應很快停止;沒有光反應提供[H]和ATP,三碳酸就不能還原成三碳糖,就木會有五碳化合物的木斷再生以及最終有機物的合成。五碳化合物迅速減少和三碳酸的積累,必

18、然導致二氧化碳固定的停止。即沒有光反應,暗反應無法持續(xù)地進行。所以,光反應和暗反應是光合作用全過程的兩個階段,它們是相互依存的。 (6)對比完兩個反應后,要引導學生概括光合作用的全過程的物質和能量變化,對照反應式,指出原料和產物之間的來龍去脈,由學生配平光合作用的總反應式。指出光合作用的物質和能量變化的本質,也由此引出光合作用的意義。 (7)關于光合作用的意義的教學,可以討論的形式,概括出以下幾點: ①光合作用是生物界最基本的物質代謝和能量代謝。通過討論植物、動物等其它生物體中的有機物及其中的化學能,歸根結底是光合作用制造的。在生態(tài)系統(tǒng)中,通過食物鏈和食物網,逐級進入各種生物體中。因此,

19、綠色植物是生態(tài)系統(tǒng)中的產生者。 ②光合作用制造的有機物,是人類食品、醫(yī)藥以及需要農產品為原料的工業(yè)品中的有機物和能量來源。人類普遍使用的化石燃料,也來自光合作用的產物。 ③地球上各種生物和人的呼吸要消耗氧氣,呼出二氧化碳。各種燃燒要消耗大量的氧氣,排出二氧化碳。維持大氣中的氧氣和二氧化碳的平衡,依賴于光合作用。綠色植物是“自動的空氣凈化器”。 在討論意義時,要多聯(lián)系人類生產、生活以及人類生存發(fā)展所面臨的問題??膳e例說明。 四、本課題教學中應注意的問題: 1.在教學中,盡可能地聯(lián)系學生已有的知識,聯(lián)系學生生活和生產、環(huán)境,激發(fā)學生學習的興趣。 2.在分析光合作用的過程中,根據學生的可

20、接受程度,決定深入的程度。 3.由于本課題難點較多,可留些課外作業(yè),鞏固學習內容,如列表對比光反應和暗反應的區(qū)別與聯(lián)系等。 小資料 一、植物的光合作用速率: 光合作用速率是光合作用強度的指標,通常以每小時每平方分米葉面積吸收二氧化碳毫克數表示。由于植物進行光合作用吸收二氧化碳的同時,還進行呼吸作用,釋放二氧化碳,這些二氧化碳未出植物體又被光合利用,所以,在光照下測定的二氧化碳的吸收量只是光合作用從外界吸收的量,稱為表觀光合速率。真正光合速率是指植物在光下實際把二氧化碳轉化成有機物的量,即在單位時間內、葉面積從外界吸收和自身呼吸釋放二氧化碳的量。 二、影響光合速率的因素: 1.影響光

21、合速率的內部因素。據研究,植物的種類不同,光合速率不同;同一植物在不同的生長發(fā)育階段、同一植株不同部位的葉片(圖2-12)、同一葉片的不同生長發(fā)育時期,光合速率都有明顯差異。 2.影響光合的環(huán)境因素。 (l)光照強度。光是光合作用的能量來源,光照強度直接影響光合速率。在其它條件都適宜的情況下,在一定范圍內,光合速率隨光照強度提高而加快。當光照強度高到一定數值后,光照強度再提高而光合速率不再加快,這種現象叫光飽和現象。開始達到光飽和現象的光照強度稱為光飽和點。在光飽和點以下,隨著光照強度減弱,光合速率減慢,當減弱到一定光照強度時,光會吸收二氧化碳量與呼吸釋放二氧化碳的量處于動態(tài)平衡,這時

22、的光照強度稱為光補償點(圖2-13),此時植物制造有機物量和消耗有機物量相等。據研究,不同類型植物的光飽和點和補償點是不同的。陽性植物的光飽和點和補償點一般都高于陰性植物。 (2)二氧化碳濃度。二氧化碳是光合作用的兩種原料之一,因此,環(huán)境中二氧化碳的濃度與光合速率有密切關系。在自然條件下,陸生植物主要從空氣中吸收二氧化碳,水生植物或暫時浸泡在水中的植物體,吸收溶于水中的二氧化碳。 空氣中二氧化碳含量占空氣體積的0.033%左右,據研究,這一含量對植物光合作用來說是比較低的,在較強的光照下,它限制了光合速率。例如,將棉花、玉米放在二氧化碳為0.064%的空氣中與0.033%的自然條件下進行比較,結果棉花的光合速率提高了1.5倍,玉米的光合速率提高了15%。 (3)溫度的高低。溫度對光合作用的影響比較復雜,它一方面可以直接影響光合作用中各種酶的活動、光合結構,還通過影響其它相關的代謝活動而影響光合作用。不同植物對溫度反應不同,一般最適溫度在25℃。

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