光與光合作用

1、5.4能量之源-一光與光合作用1教材結(jié)構(gòu)解讀在人教版高中生物學(xué)教材生物必修1分子與細(xì)胞的第5章，在“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利 用”的內(nèi)容中，安排了第4節(jié)“能量之源 光與光合作用” 1的教學(xué)內(nèi)容，本內(nèi)容包含 了兩個(gè)重要的知識(shí)塊，一是捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)，二是光合作用的原理和應(yīng)用，這節(jié)教學(xué) 內(nèi)容編著緊緊圍繞第五章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”為主題而設(shè)定，由于第4節(jié)在第5章的 地位重要，又在教學(xué)中存在與其它學(xué)科之間聯(lián)系多，高一又未開設(shè)有機(jī)化學(xué)，因而成為第5 章的教學(xué)難點(diǎn)，同時(shí)也是高考命題的重點(diǎn)，現(xiàn)將對(duì)本節(jié)內(nèi)容的教材結(jié)構(gòu)進(jìn)行解讀，提出教學(xué) 建議，呈給廣大讀者。1教材的基本情況統(tǒng)計(jì)根據(jù)“能量之源一-光與合作用”不

2、同欄目統(tǒng)計(jì)，為實(shí)施課堂教學(xué)提供參考（見表1）。表1能量之源光與合作用不同欄目的統(tǒng)計(jì)表教學(xué)內(nèi)容問題 探討本節(jié) 聚焦資料分析生物插圖 總數(shù)實(shí)驗(yàn)思考與 討論練習(xí)題拓展題生物插圖問題討論基礎(chǔ)題I捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1個(gè)3個(gè)2幅3個(gè)5幅1個(gè)2個(gè)3個(gè)2個(gè)II光合作用的原理和應(yīng)用04個(gè)006幅1個(gè)3個(gè)8個(gè)2個(gè)合計(jì)1個(gè)7個(gè)2幅3個(gè)11幅2個(gè)7個(gè)11個(gè)4個(gè)從表1中可觀察到，內(nèi)容II的中插圖總數(shù)、基礎(chǔ)題數(shù)、本節(jié)聚焦的指標(biāo)數(shù)均高于I,但從兩 節(jié)內(nèi)容的聯(lián)系來(lái)看，I是基礎(chǔ)知識(shí)，11是I的深化和提高，兩個(gè)內(nèi)容都加強(qiáng)了生物實(shí)驗(yàn)，不 同點(diǎn)為：1為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，11為探究性實(shí)驗(yàn)。2教學(xué)重難點(diǎn)分析 根據(jù)教材的編著特點(diǎn)，分析兩個(gè)教學(xué)

3、內(nèi)容中的重點(diǎn)、難點(diǎn)（見表2）。表2能量之源光與光合作用教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)分析教學(xué)內(nèi)容捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)光合作用的原理和應(yīng)用1.綠葉中色素的提取和種類（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)）1.光合作用的發(fā)現(xiàn)及研究歷史教學(xué)重點(diǎn)2.色素對(duì)光譜吸收存在的差異2.光合作用過程中光反應(yīng)、暗反應(yīng)的區(qū)別3.葉綠體的結(jié)構(gòu)和光能3.光反應(yīng)、暗反應(yīng)的聯(lián)系教學(xué)難點(diǎn)光反應(yīng)、暗反應(yīng)的過程及聯(lián)系探究影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素（探 究性實(shí)驗(yàn)）葉綠體色素的提取和分離（驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)）中，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的 分析能力，證明色素種類有4種，先引入物理學(xué)中的波峰、波谷的知識(shí)分析P99頁(yè)圖510葉 綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜，再通過4種色素溶液

4、，放在陽(yáng)光與三棱鏡之間的實(shí)驗(yàn)介紹， 由于色素吸收不同光譜而變暗，證明不同色素對(duì)光譜的吸收存在差異，進(jìn)一步了解色素位于 葉綠體的類囊體結(jié)構(gòu)薄膜上，由于葉綠體基質(zhì)和基粒中都含有酶，從而得出結(jié)論，葉綠體是 進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，這是構(gòu)建學(xué)習(xí)“光合作用原理和應(yīng)用”的基礎(chǔ)，沒有特別使學(xué)生難掌 握的內(nèi)容，故沒有教學(xué)難點(diǎn)；本節(jié)內(nèi)容教學(xué)難點(diǎn)集中分布在“光合作用的原理和應(yīng)用”中, 根據(jù)對(duì)教材的重點(diǎn)和難點(diǎn)分析，來(lái)確定教學(xué)中的三維目標(biāo)。2確定三維目標(biāo)由于本節(jié)內(nèi)容為4課時(shí)，根據(jù)教材的具體內(nèi)容，結(jié)合重點(diǎn)和難點(diǎn)，確定教學(xué)中的三維目 標(biāo)如下。1知識(shí)目標(biāo) 通過“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能說出色素種類和作用; 通過識(shí)圖

5、，并能簡(jiǎn)述葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能；通過多位科學(xué)家對(duì)光合作用探究的歷程加深對(duì) 光合作用原理的認(rèn)識(shí)過程及其原理的應(yīng)用;通過實(shí)驗(yàn)探究，認(rèn)識(shí)環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響; 通過人工控制環(huán)境因素中光照強(qiáng)度、溫度、C0?農(nóng)度介紹，認(rèn)識(shí)增加農(nóng)作物產(chǎn)量應(yīng)采取的措 施；通過化能合成作用的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物的本質(zhì)區(qū)別。2. 2情感態(tài)度和價(jià)值觀的目標(biāo) 通過以科學(xué)家對(duì)光合作用先后研究的時(shí)間為序，認(rèn)同 科學(xué)與技術(shù)的相互支持；認(rèn)同科學(xué)是在不斷觀察，多次實(shí)驗(yàn)探索中前進(jìn)，是科學(xué)家在繼承前 人的科研成果上，開拓創(chuàng)新,踐行科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度的結(jié)果；認(rèn)同科學(xué)家是平凡而偉大的 人；認(rèn)同自己將來(lái)通過努力，也可以成為一名科學(xué)家。3能力

6、目標(biāo)以恩格爾曼實(shí)驗(yàn)和科學(xué)家對(duì)光合作用過程的探究實(shí)驗(yàn)，厘清對(duì)比實(shí)驗(yàn)和 對(duì)照實(shí)驗(yàn)的區(qū)別；學(xué)會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，自變量的控制來(lái)觀察因變量的變化；學(xué)會(huì)提取和分離色 素的方法，在本節(jié)內(nèi)容的資料分析、思考與討論、實(shí)驗(yàn)探究等問題討論中，注重語(yǔ)言表達(dá)能 力和分享信息能力的培養(yǎng)。為了達(dá)到以上的目標(biāo)，建議采取以下的教學(xué)策略。3課堂教學(xué)策略內(nèi)容“捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)”的教學(xué)策略定位：用生物學(xué)中“物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決 定功能”和“結(jié)構(gòu)與功能和諧統(tǒng)一的學(xué)科思想”引領(lǐng)該內(nèi)容教學(xué)。內(nèi)容“光合作用的原理和應(yīng)用”的教學(xué)策略定位:以科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想引領(lǐng)“光合 作用的探究歷程”的教學(xué)，通過加強(qiáng)圖文轉(zhuǎn)換能力的培養(yǎng)，來(lái)實(shí)施“光合作用過程

7、”的教 學(xué)，使難點(diǎn)得到突破。3. 1捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)在本節(jié)內(nèi)容教學(xué)中,要引入物理學(xué)、化學(xué)、哲學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，使本內(nèi)容的重點(diǎn)內(nèi)容得到有效突破。1. 1課時(shí)安排第一課時(shí)（學(xué)生實(shí)驗(yàn)）：綠葉中色素的提取和分離，要求學(xué)生將實(shí) 驗(yàn)成果（具有色素帶的濾液紙條）夾在書中避光下保存，備用；第二課時(shí)，除實(shí)驗(yàn)以外的內(nèi) 容，全部在一節(jié)課內(nèi)完成。1. 2設(shè)置導(dǎo)言以種在山坡陽(yáng)面的小麥地比陰面的小麥長(zhǎng)得好，和課本中大棚蔬菜 用紅色的日光燈照時(shí)來(lái)引入課題，并進(jìn)行光與植物生長(zhǎng)關(guān)系的簡(jiǎn)單介紹，說明光的重要性， 是植物生長(zhǎng)不可缺少的外因，并處理好“問題探討”欄目中的內(nèi)容。（我是通過教室的日光 燈來(lái)引入的）3. 1. 3全程教學(xué)中

8、注重構(gòu)建一個(gè)完整的，符合生物學(xué)科的邏輯體系即第二課時(shí)通過 “綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)，證明綠葉含有4種色素，展示自己的實(shí)驗(yàn)成果，但 綠葉中色素隨時(shí)間、隨葉齡不同，4種色素的含量是不同的。邏輯體系為：綠葉中4種色素一 對(duì)光譜吸收存在的差異（葉綠素吸收主要吸收紅光和藍(lán)紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光）一 色素存在部位（葉綠體）上一葉綠體結(jié)構(gòu)一葉綠體的功能（光合作用的場(chǎng)所），這是“結(jié)構(gòu) 與功能和諧統(tǒng)一”體現(xiàn)之一。3. 1. 4幻燈片制作教材中除練習(xí)題中的插圖外，利用全部插圖制作幻燈片，解決因圖 片小，多數(shù)學(xué)生無(wú)法觀察的難題，有利于學(xué)生識(shí)圖，培養(yǎng)學(xué)生的圖文轉(zhuǎn)換能力，還增加一幅 葉綠體圖，該幅圖片

9、還重點(diǎn)用于“光合作用過程”的教學(xué)（見圖1）。3. 1. 5色素對(duì)光譜吸收差異的教學(xué)流程展示P99頁(yè)圖510葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜的幻燈片一學(xué)生認(rèn)識(shí)5種不同波長(zhǎng) 的光譜一通過不同色素吸收光譜的波峰、波谷一得到結(jié)論：葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光, 類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。3. 1. 6指導(dǎo)學(xué)生觀察圖1學(xué)生識(shí)圖歸納葉綠體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:圖1葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的和諧統(tǒng)類囊體薄膜面積大；色素多；酶分布在基質(zhì)、基粒上；這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就決定了光合作用的場(chǎng)所是葉綠體。3. 1. 7資料分析在思格爾曼實(shí)驗(yàn)中示意圖，要注意實(shí)驗(yàn)的順序，介紹該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)最 巧妙的地方，同樣體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能和諧統(tǒng)一思想，色素的存在，是

10、光合作用進(jìn)行的內(nèi)因之 一，光則是外因，內(nèi)因通過外因而起作用，有光照無(wú)色素或者有色素?zé)o光照，光合作用都是 不能進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)中既有對(duì)比實(shí)驗(yàn)，又有對(duì)照實(shí)驗(yàn)，要注意分析自變量與因變量的關(guān)系。3. 2光合作用的原理和運(yùn)用在本內(nèi)容中，由于有二個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，一課一難點(diǎn)，共安排二課 時(shí)完成，第一課時(shí)：光合作用的探究歷程（重點(diǎn)）一光合作用的過程（難點(diǎn)）；第二課時(shí)： 光合作用原理的應(yīng)用（環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響，難點(diǎn)）一化能合成作用。3. 2. 1光合作用的探究歷程在介紹該內(nèi)容之前，先處理好光合作用的概念，教學(xué)流程為： 提問初中的光合作用相關(guān)知識(shí)f再現(xiàn)初中文字描述的反應(yīng)式f教師板書（或?qū)W生板書）f引 導(dǎo)學(xué)生用反應(yīng)式

11、說出光合作用概念的不同描述一與教材中光合作用的概念形成對(duì)比一學(xué)生 朗讀教材中光合作用的概念（黑體字）f教師要求記住反應(yīng)式。在“光合作用的探究歷程”中,主要向?qū)W生介紹每位科學(xué)家對(duì)光合作用研究方法及其成 果，尤其是每位科學(xué)家科學(xué)實(shí)驗(yàn)思想的介紹，用理性思維正確看待和分析不同時(shí)代背景（技 術(shù)手段的應(yīng)用）下取得的成果，同樣是一個(gè)偉大的成果，從而推動(dòng)了光合作用研究的歷史進(jìn) 程，研究方法呈現(xiàn)出簡(jiǎn)單到復(fù)雜的趨勢(shì)，體現(xiàn)了技術(shù)手段的進(jìn)步對(duì)生命科學(xué)研究的支持，以 時(shí)間為順序，總結(jié)科學(xué)家的研究成果（見表3）。表3不同年代科學(xué)家對(duì)光合作用的研究方法及其成果表年代科學(xué)家（發(fā)現(xiàn)者）研究方法研究成果（結(jié)論）1771 年普利斯

12、特利直接實(shí)驗(yàn)法植物能更新空氣1779年英格豪斯直接實(shí)驗(yàn)法植物只有在光下，才能更新空氣1845年梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)換與守恒植物將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能1864年薩克斯化學(xué)檢測(cè)法植物葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉1941 年魯賓和卡門同位素標(biāo)記法植物進(jìn)行光合作用釋放氧氣來(lái)自于水20世紀(jì)40年代卡爾文同位素標(biāo)記法co中的C在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中C在表3中同位素標(biāo)記法的二個(gè)實(shí)驗(yàn)，都是經(jīng)典的，先進(jìn)的技術(shù)手段的應(yīng)用，標(biāo)志著能提升科 學(xué)研究的能力，魯賓和卡門在科學(xué)研究中，在研究方法上，得到了先進(jìn)的技術(shù)手段的支持。3. 2. 2光合作用的過程由于高一未開設(shè)有機(jī)化學(xué)課，學(xué)生無(wú)法知道什么是C、C化合物，3教師只能簡(jiǎn)要說明，

13、分別是含有5個(gè)、3個(gè)碳原子的有機(jī)物，如熟悉CH O，為六碳化合物，12 6因?yàn)樘际怯袡C(jī)化合物的骨架，其他原子未標(biāo)出，這樣的介紹，使該內(nèi)容的教學(xué)難度降低了。教學(xué)思路：展示本文中圖1所制作的幻燈片（該圖對(duì)教學(xué)難點(diǎn)知識(shí)的呈現(xiàn)一目了然，光 反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的發(fā)生部位、條件定性更準(zhǔn)確，更有利于難點(diǎn)的突破）f引導(dǎo)學(xué)生發(fā) 現(xiàn)，在葉綠體中，光反應(yīng)階段的發(fā)生部位、條件、物質(zhì)和能量的變化f引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，在葉 綠體中，暗反應(yīng)階段的發(fā)生部位、條件、物質(zhì)和能量的變化f展示教材中P103頁(yè)圖515所 制作的幻燈片（強(qiáng)化對(duì)光合作用的過程的理解，進(jìn)一步加強(qiáng)圖文轉(zhuǎn)換的教學(xué)，突破教學(xué)難點(diǎn)， 也有利于光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的對(duì)

14、比）f學(xué)生找出光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的區(qū)別和聯(lián) 系f教師引導(dǎo)下，進(jìn)一步形成表格，使知識(shí)更加具有系統(tǒng)性。3. 2. 3光合作用原理的應(yīng)用環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響，是第二課時(shí)教學(xué)中的 一個(gè)難點(diǎn),教學(xué)策略為：展示本文中圖1所制作的幻燈片，引導(dǎo)學(xué)生思考，特別要注意邏輯推 理，其一，如果光反應(yīng)階段沒有光，將會(huì)帶來(lái)什么樣的后果（水不能光解fH不能產(chǎn)生、 ATP不能形成f暗反應(yīng)階段C3不能還原f（CH2O）不能生成f光合作用停止）？其二，在圖 中，如果暗反應(yīng)階段停止C02供應(yīng)，又會(huì)帶來(lái)什么樣的后果（C3不能形成f（CH2O）同樣不能 生成f光合作用也會(huì)停止）？其三，光合作用整個(gè)過程中的化學(xué)反應(yīng)，始終都有酶的催化， 溫度高低同樣影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，同樣導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度下降，甚至停止。從而認(rèn)識(shí)環(huán)境 因素對(duì)光合作用的影響，通過人