高一生物必修1第五章第4節(jié)能量之源——光與光合作用

1、高一生物必修1 第五章第4節(jié) 能量之源光與光合作用一、教學目標1.知識目標：簡述葉綠體中色素的種類和作用，描述葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能。（）說明光合作用以及對它的認識過程。（）比較光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系。（）嘗試探究影響光合作用強度的環(huán)境因素。（）說出光合作用原理的應(yīng)用。（）簡述化能合成作用。（）2.技能目標：正確使用實驗器材，完成“綠葉中色素的提取和分離”的實驗操作。3.情感目標：體驗前人探索光合作用的研究歷程，并作出相關(guān)的評價；關(guān)注農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實際問題，討論提高光合作用效率的意義。二、教學重點、難點分析：1.教學重點：葉綠體中色素的種類及其作用。光合作用的發(fā)現(xiàn)及研究歷史。光合作用的光反應(yīng)、暗

2、反應(yīng)過程及相互關(guān)系。影響光合作用強度的環(huán)境因素。 了解葉綠體中色素的種類和作用，有助于理解光合作用過程中能量的捕獲和轉(zhuǎn)化。光反應(yīng)和暗反應(yīng)是光合作用相互聯(lián)系、相互影響的兩個過程，弄清其中物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化，才能算是真正理解了光合作用的原理，才能分析和討論哪些環(huán)境因素將對光合作用產(chǎn)生什么樣的影響。分析前人的研究歷程，評價他們的研究方法，得出對科學研究的一般規(guī)律性的認識，結(jié)合當代科學研究的成果，將所學的知識運用于對實際問題的探索和討論，對于鞏固所學的知識，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能力有重要的意義。2.教學難點：光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程。探究影響光合作用強度的環(huán)境因素。 光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程中物質(zhì)和能量的變化，以及

3、光照強度、溫度、大氣中CO2含量、植物體內(nèi)H2O的含量、葉齡、礦質(zhì)元素、呼吸作用、蒸騰作用等等因素綜合在一起，都將對光合作用產(chǎn)生影響，要引導學生理解這其中的知識，并進行相關(guān)的討論，是教學中的一大難點。三、課時安排：4課時（其中1課時為本章練習、講評、復(fù)習）四、教學設(shè)計：（第1課時，實驗：綠葉中色素的提取和分離）學習活動教學說明(課堂時間安排)“問題探討”教材P97。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)太陽的光線中有能量，我們制造出太陽能電池板可以捕獲其中的能量并轉(zhuǎn)化為電能。綠色植物也思維熱身，引導學生從光的波長（質(zhì)）和光的強度（量）兩個方面來認識光對植物光合作用的影響。（3）提出思考的問題。學習活動教學說

4、明(課堂時間安排)要捕獲并轉(zhuǎn)化太陽光中的能量，那么，綠葉中通過什么物質(zhì)或結(jié)構(gòu)捕獲并轉(zhuǎn)化光能呢？下面，我們來做一個實驗。實驗：綠葉中色素的提取和分離遠在1.5×1011m之遙的太陽發(fā)出的光到達地球表面時是混合光，其中的可見光束看起來是白色的，但它通過三棱鏡就會分成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7色連續(xù)光譜，其波長在380760nm之間。我們看到的紅旗呈現(xiàn)紅色，桑葉呈現(xiàn)綠色，是由于光線照射到物體表面后，該物體又將這種顏色的光波反射出來（稱為反射光）而造成的，綠葉反射了絕大部分的綠色光，所以綠葉呈現(xiàn)出綠色。如果，你透過一片綠色的玻璃看天空，你看到的是透過綠色玻璃的綠色光（透射光），而其它波長的

5、光或者被玻璃反射，或者在透過綠色玻璃時基本上被綠色玻璃吸收了。我們做的這個實驗，主要目的是提取葉綠體中的色素，并設(shè)法將這些色素分離開。實驗原理：用有機溶劑無水乙醇提取綠葉中的色素。（因為綠葉中的色素能夠溶解在其中）利用層析液將提取的色素在濾紙上進行層析時把原本混雜在一起的色素分開。（不同的色素在層析液中的溶解度不同）方法步驟：1.提取綠葉中的色素。問題：加入SiO2和CaCO3的目的分別是什么？為什么要用棉塞將試管口塞嚴？2.制備濾紙條。3.畫濾液細線。問題：細線如果畫得過粗，對實驗結(jié)果有何影響？4.分離綠葉中的色素。講解相關(guān)的物理基礎(chǔ)知識，為后面做好輔墊。（3）弄懂方法和原理，不能為完成操作

6、而做實驗。（2）問題可由學生發(fā)現(xiàn)并提出，其他小組回答或修正，老師給予修改、評價。（3）學習活動教學說明(課堂時間安排)問題：如果層析液加入過多，淹沒了濾紙條上的濾液細線，對實驗結(jié)果有何影響？5.觀察與記錄。注意色素帶的顏色、寬窄、間距。分別能說明什么問題。 學生進行實驗操作。學生展示實驗結(jié)果，并進行問題探討。（與教材P98的歸納的4種色素結(jié)合學習）接下來再加兩個演示操作。將各小組試管中剩余的濾液收集到一起，取一個50ml的小燒杯，量取10ml濾液，加入5ml無水乙醇稀釋，混均后，量取10ml加入一支大試管中，試管口加棉塞，備用。演示1：調(diào)整好分光三棱鏡，在投射屏上出現(xiàn)七色光譜，如下圖：在入射光

7、路上置入綠葉色素提取液試管，再引導學生仔細觀察投射屏上的光譜。如圖：這一現(xiàn)象說明了什么？提醒觀察的內(nèi)容和注意的對象。教師巡視、指導，參與某些小組的實驗和問題探討。收集實驗情況。引導學生分析實驗結(jié)果和現(xiàn)象，總結(jié)經(jīng)驗。（12）增加兩個演示實驗，能夠更好地說明綠葉中的色素具有捕獲光能的作用。（5）引導學生觀察，解釋現(xiàn)象。（說明白光是混合光，通過三棱鏡分光后可以分為七色可見光的連續(xù)光譜。）這是要觀察的重要現(xiàn)象，結(jié)束教材P99圖510，引導學生對可見光譜中明顯的暗帶進行分析說明。說明了：綠葉中的色素能夠捕獲光能。不同波長的光被吸收的情況有所不同：紅光和藍紫光被吸收得多，而綠光被吸收得最少。（與教材P99

8、第一、二行黑體字結(jié)合學習）學習活動教學說明(課堂時間安排)演示2：取出預(yù)先準備好的兩個小紙盒及手電筒，如下圖進行演示：（紙盒開孔處可透光，其余部分均不透光）現(xiàn)象1：入射光：白色 透射光：綠色（紙盒開孔處可透光，其余部分均不透光）現(xiàn)象2：入射光：白色 “反射光”：暗紅色引導分析：如果綠葉中色素的提取液的“反射光”看起來和綠色玻璃的反射光看起來是一樣的綠色，那么綠葉中的色素也就沒有什么特殊之處了。暗紅色的“反射光”究竟說明了什么？根據(jù)科學研究，綠葉中的色素分子吸收光線中的能量，某些色素分子從基態(tài)上升到激發(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)由于含有較高的能量，不穩(wěn)定，又要以光的形式輻射出能量返回到基態(tài)，輻射出的能量由于有

9、所損耗，因此輻射的光波變長，成為暗紅色的光線， 看到的透射光是綠色，這就好比前面說到的透過一片綠色的玻璃看天空，看到的是透過綠色玻璃的綠色光（透射光）。（2）看到的“反射光”是暗紅色的。綠色的玻璃反射的是綠色光，但是綠色的提取液的“反射光”看起來卻不是綠色的？這是為什么呢？這里激發(fā)學生產(chǎn)生一個求知的欲望。（3）讓學生展開想象的翅膀，大膽設(shè)想，哪怕是聽起來毫無根據(jù)的“亂想”，只要學生敢想、能想，總比一潭死水要好得多呀！（2）學習活動教學說明(課堂時間安排)這就是我們看到暗紅色的“反射光”，但實際上不能算是純粹的反射光，人們稱之為熒光現(xiàn)象。熒光現(xiàn)象的存在，證明了綠葉中的色素能夠捕獲光能。衍生出的問

10、題：現(xiàn)象1中不存在熒光現(xiàn)象？（現(xiàn)象1中也存在熒光現(xiàn)象，只是由于入射光線較強，掩蓋了熒光現(xiàn)象，憑肉眼無法觀察到）為什么要在“暗盒”中才能看到熒光現(xiàn)象？（因為熒光較弱，如果有其它較強光線的干擾，用肉眼就觀察不到熒光現(xiàn)象，所以要用在如圖的“暗盒”中才能看到熒光現(xiàn)象）如果將一片綠葉置于同樣的“暗盒”中，代替裝有色素提取液的試管，能否看到熒光現(xiàn)象？（結(jié)構(gòu)完好的綠葉中，色素捕獲光能后，輻射出的能量，大部分用于后續(xù)的反應(yīng)，最終將能量儲存在有機產(chǎn)物中，因此，綠葉的熒光現(xiàn)象只有用很靈敏的科學儀器才能檢測出來，用肉眼無法觀察到。而試管中提取液里的色素捕獲光能后，由于進行光合作用的結(jié)構(gòu)已被破壞，輻射出的能量無法被吸

11、收和傳遞，只能以熒光的形式散發(fā)出去，所以熒光現(xiàn)象相對較強，用肉眼就能觀察到。）從上述討論中，我們認識到，光合作用應(yīng)該在一定的結(jié)構(gòu)中進行，這一結(jié)構(gòu)必須保持完好，色素按一定的方式存在，能量按一定的途徑傳遞，反應(yīng)按一定的順序進行，才能合成最終的有機產(chǎn)物。結(jié)合學習教材P99“葉綠體的結(jié)構(gòu)”作業(yè)：完成“資料分析葉綠體的功能”完成教材P100課后練習。 以表格的形式總結(jié)葉綠體的結(jié)構(gòu)特點。了解了這些知識，學生有些什么新的想法呢？鼓勵他們提出來，并嘗試著進行解釋，活躍思維。（5）口頭討論時，并不要求答案多么的嚴密，只要不悖離科學道理就行?？偨Y(jié)，引申。（4）（第2課時）學習活動教學說明復(fù)習上節(jié)課內(nèi)容。引入本節(jié)課

12、學習的主題。二、光合作用的原理和應(yīng)用（一）光合作用的探究歷程讓學生閱讀教材P101P102的內(nèi)容，自己設(shè)計表格，總結(jié)比較前人探究光合作用實驗。（下面給出樣例）1.英國科學家普利斯特利（J.Priestley）的實驗：實驗時間1771年實驗方法把點燃的蠟燭與綠色植物一起放在一個密閉的玻璃罩內(nèi)將小鼠與綠色植物一起放在一個密閉的玻璃罩內(nèi)實驗現(xiàn)象蠟燭不容易熄滅小鼠不容易因窒息而死亡實驗說明的問題植物可以更新空氣未解決的問題不知道植物更新了空氣中的哪種成分。沒有發(fā)現(xiàn)光在這個過程中所起的關(guān)鍵作用。你對該實驗的看法2.荷蘭科學家英格豪斯（J.Ingen-housz）的實驗實驗時間1779年實驗內(nèi)容做了500

13、多次植物更新空氣的實驗。新發(fā)現(xiàn)普利斯特利的實驗只有在陽光照射下才能成功。植物體只有綠葉才能更新污濁的空氣。未解決的問題依然沒弄清植物吸收和釋放的究竟是什么氣體。光能哪里去了？起什么作用？后續(xù)補充直到1785年，由于發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳你對該實驗的看法按小組進行閱讀，設(shè)計表格（全部內(nèi)容）。教師巡視，參與某些小組的活動。每個實驗的總結(jié)選某個小組匯報，別的小組進行補充、修正。自己設(shè)計表格，自己總結(jié)比較，讓學生體驗前人的探索歷程和方法，感悟科學探索的一般方法。最初的探究在現(xiàn)在看起來是低層次的，但是人類對科學的探索正是從看似簡單的問題入手。提出問題：你

14、認為應(yīng)該如何設(shè)計實驗，才能有這兩個發(fā)現(xiàn)？學習活動教學說明3. 德國科學家梅耶（R.Mayer）的推論時間1845年內(nèi)容植物在進行光合作用時，把光能轉(zhuǎn)換成化學能儲存起來科學依據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律存在的問題光能轉(zhuǎn)換成化學能儲存于什么物質(zhì)中？你對這一推論的看法4.德國植物學家薩克斯（J.von Sachs）的實驗實驗時間1864年實驗方法將綠色植株放在暗處幾個小時，目的是消耗掉葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)。選定葉片，對葉片的一半進行遮光處理，另一半曝光。光照一段時間。用碘蒸氣處理該葉片實驗現(xiàn)象曝光的一半呈深藍色，遮光的一半沒有顏色變化實驗結(jié)論證明光合作用的產(chǎn)物除氧氣外還有淀粉你對該實驗的看法5.美國科學家魯賓（

15、S.Ruben）和卡門（M.Kamen）的實驗實驗時間1939年實驗方法利用同位素標記法進行探究。用18O分別標記H2O和CO2，使它們分別成為H218O和C18O2，分兩組進行實驗：第一組實驗的原料第二組實驗的原料H2O和C18O2H218O和CO2其他實驗條件都相同。實驗結(jié)果光合作用釋放的氧氣全部是O2。光合作用釋放的氧氣全部是18O2。實驗結(jié)論光合作用釋放的氧氣來自水你對該實驗的看法體會科學家的思維。學習實驗設(shè)計的方法簡要介紹同位素標記法。學習活動教學說明至此，人們對光合作用的研究似乎已經(jīng)很深入了，但是仍然有懸而未決的問題，是什么呢？那就是光合作用的具體過程是如何進行的？有機物是如何合成

16、的。我們將在下一節(jié)課來學習這一內(nèi)容。通過以上的總結(jié)比較，我們不難得出這樣一個認識，技術(shù)手段的進步能夠促進科學的發(fā)展，而發(fā)展了的科學理論又能進一步指導技術(shù)手段的更新，兩者相互促進。同樣，科學的各門學科之間也是相輔相成的，互相促進，共同發(fā)展。作業(yè)：完成教材P103思考與討論的內(nèi)容。 用本節(jié)課的方法，自己設(shè)計表格，總結(jié)卡爾文的實驗?？偨Y(jié)引申提高認識（第3課時） 學習活動教學說明(課堂時間安排)二、光合作用的原理和應(yīng)用展示部分學生總結(jié)的卡爾文實驗。6.美國科學家卡爾文（M.Calvin）的實驗實驗時間20世紀40年代，卡爾文用了十年時間研究發(fā)現(xiàn)的實驗方法利用同位素標記法進行探究。用14C標記的14CO

17、2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤檢測其放射性出現(xiàn)在哪些部分、哪種物質(zhì)中實驗結(jié)果最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)。（1961年12月10日獲第61屆諾貝爾化學獎）你對該實驗的看法（二）光合作用的過程光合作用的過程是十分復(fù)雜的，根據(jù)是否需要光能，將這些化學反應(yīng)概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段。小組研討學習教材P103P104光合作用過程的知識，并總結(jié)歸納出知識結(jié)構(gòu)表。A.請某些小組派代表展示學習所得，介紹光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程。B.請某些小組派代表闡述光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系。并分別分析下列情況：如果光照強度減弱，如果CO2的攝入量減少，如果光照過強、溫

18、度過高導致植物氣孔關(guān)閉，如果植物體內(nèi)H2O的供應(yīng)量減少，（其他條件不變的情況下），短時間內(nèi)下表中各物質(zhì)的量將如何變化？ 條件HATPADPC5C3光強CO2氣孔關(guān)閉H2O（表示增加，表示減少）學生參與點評、補充。（5）開動腦筋進行學習，還要動手進行歸納總結(jié)，寫出知識結(jié)構(gòu)表，加深理解和記憶。（15）學會的知識，要能講得出來，講得正確，那么掌握的情況一定不差。將學會的知識用于分解問題、解決問題，能進一步加深對知識內(nèi)在聯(lián)系的理解，也能培養(yǎng)知識的運用能力。（表中各項答案紅色箭頭空缺，待學生討論回答后，教師對學生回答點撥、指正，再分步顯示答案）學習活動教學說明(課堂時間安排)結(jié)合教材P103圖515分析

19、解決上述問題，學會分析的方法。引導學生總結(jié)：1光反應(yīng)（1）部位：葉綠體片層結(jié)構(gòu)薄膜上。（2）條件：需要光、H2O、色素分子和酶。（3）物質(zhì)變化：水的光解：2H2O4H+O2（4）能量轉(zhuǎn)換：光能ATP和NADPH中的活潑的化學能2暗反應(yīng)：（1）部位：葉綠體基質(zhì)中。（2）條件：需要光反應(yīng)的產(chǎn)物ATP、NADPH、多種酶和CO2（3）物質(zhì)變化：（4）能量轉(zhuǎn)換：ATP、NADPH中的活潑的化學能有機物中的穩(wěn)定的化學能。光合作用的反應(yīng)式：葉綠體光能好好地運用這張圖，充分地挖掘這張圖所蘊含的知識，可以解決光合作用的許多難題。（5）歸納、總結(jié)（5）將上述內(nèi)容總結(jié)在一個表格中，便于比較、分析和記憶。內(nèi)容光反應(yīng)暗反應(yīng)部位葉綠體片層結(jié)構(gòu)薄膜上葉綠體基質(zhì)中條件光、H2O、色素分子和酶需要光反應(yīng)的產(chǎn)物ATP、NADPH、多種酶和CO2物質(zhì)變化水的光解：2H2O4H+O2能量轉(zhuǎn)換光能ATP和NADPH中的活潑的化學能有機物中的穩(wěn)定的化學能聯(lián)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)準備了還原