5.4.2光合作用原理和應用+教學設計++2022-2023學年高一上學期生物人教版必修1

第五章光合作用與能量轉化第4節(jié)光合作用的原理和應用（第一課時）一、教材分析：《光合作用的原理和應用》是人教版高中生物【生物】新人教版一《分子與細胞》第5章第4節(jié)的第二課時的內容?！肮夂献饔谩币还?jié)在綠色植物的新陳代謝以及整個生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動中，具有十分重要的意義。主要學習光合作用的概念和過程原理。教材結合魯賓、卡爾文等科學家的實驗，介紹了同位素標記法等生物學經(jīng)常使用的研究方法。二、學情分析：學生對光合作用的過程和機理只是在初中進行了淺淺的學習認知，尤其是其中很多的化學變化，高一新生在“有機化學知識”方面是近乎空白的，同時在物理的“能量轉換和守衡”知識方面也沒學過，要求我們授課時能夠盡量運用淺顯的語言、直觀的圖解、恰當?shù)膯栴}引導學生分析和解決問題，降低理解這部分知識的難度。通過學習不僅要讓學生掌握光合作用的光反應和暗反應的機理，更重要的是培養(yǎng)學生善于思考的學習習慣，在比較兩個過程的學習中認識到光合作用是光反應和暗反應的綜合過程。教學目標和核心素養(yǎng)：生命觀念：1、通過色素和類囊體對光反應的作用分析，形成結構和功能觀。2、通過對光合作用原理的學習，形成物質與能量的生命觀念?？茖W思維：通過對光反應與暗反應的學習，培養(yǎng)學生模型構建、歸納和比較的科學思維方式。教學重難點：1、教學重點：（1）闡明光合作用的原理。（2）說出光合作用原理中的物質和能量變化。2、教學難點：闡明光合作用的原理。五、教學設計思路和環(huán)節(jié)本節(jié)課整體貫穿物質和能量觀，從已有光合作用知識入手，設疑葉綠體如何將光能轉化為化學能，如何將二氧化碳和水轉變?yōu)樘穷惖扔袡C物和氧氣？通過光合作用發(fā)現(xiàn)的資料舉證，讓學生推論出光反應和暗反應的物質和能量變化，從中自主構建光反應和暗反應的模型圖，歸納總結出光反應和暗反應的場所條件、物質變化和能量變化。引入課題1、葉子概念車，引入光合作用原理回顧光合作用概念和反應式證據(jù)分析，建1、舉證光合作用原理的發(fā)現(xiàn)史資料1-4立光反應模型2、推論出光反應的化學反應、交流證據(jù)分析，建1、舉證光合作用原理的發(fā)現(xiàn)史資料5-6立暗反應模型2、推論出暗反應的化學反應、交流思維訓練1、光反應和暗反應的場所、條件、物質、能量變化（歸納、比較）2、光反應和暗反應的聯(lián)系學業(yè)水平評價隨堂訓練檢測六、教學過程：課堂引入：上海世博會上的一款葉子概念車圖片，設問：這款葉子概念車的動力原理是什么？用你學過的知識解釋一下它為什么不需要使用汽油呢？（一）、光合作用的概念和總反應式引導學生回憶并說出光合作用的概念和總反應式。設問：那么光合作用是如何實現(xiàn)利用二氧化碳和水來合成有機物和氧氣的呢？今天我們就來學習光合作用的原理。（二）、光合作用的原理關于光合作用的原理，很多的科學家都經(jīng)過很長時間的研究，本節(jié)課讓我們利用眾多的科學家的研究事實共同推理驗證光合作用的發(fā)生原理。（提供事實1給學生，并閱讀）事實1：1937年，英國植物學家希爾發(fā)現(xiàn)在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣，該化學反應稱為希爾反應。問題1：根據(jù)事實1可以推論出光合作用產(chǎn)物有什么？（氧氣）問題2：事實1可以看出氧氣的產(chǎn)生和糖的合成是不是同一個化學反應？（不是）講述：實際光合作用的過程十分復雜，他包括一系列化學反應。我們根據(jù)是否需要光能，把這些反應分為光反應和暗反應兩個階段。氧氣是光反應的產(chǎn)物之一。任務一：依據(jù)事實2-4，推論光反應產(chǎn)物和過程。事實2：1941年，美國科學家魯賓和卡門利用同位素示蹤的方法研究氧氣的來源。他們用18O分別標記H2O和CO2，進行兩組實驗：一組給植物提供H20和C18O2，另一組給植物提供H2180和CO2，結果第一組釋放的氧氣是O2，第二組釋放的是18O2。事實3：1954年，美國科學家阿爾農發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。事實4：1960年希爾等人提出光合電子傳遞鏈。所謂光合電子傳遞鏈是指定位在光合膜（類囊體）上的，由多個電子傳遞體（PSⅡ、Cytb6/f、PSⅠ）組成的電子傳遞路徑。在光照條件下，水光解產(chǎn)生的電子經(jīng)PSⅡ、Cytb6/f與PSⅠ最終傳遞到NADP+生成NADPH的電子傳遞途徑。推論2：事實1：希爾反應推論3：推論1：推論2：事實1：希爾反應推論3：推論1：事實2：魯賓和卡門利用同位素示蹤研究氧氣來源事實2：魯賓和卡門利用同位素示蹤研究氧氣來源事實3：1954年，美國科學家阿爾農事實3：1954年，美國科學家阿爾農事實4：1960年希爾等人提出光合電子傳遞鏈事實4：1960年希爾等人提出光合電子傳遞鏈講述：通過上述的事實可以推論出光反應的最終產(chǎn)物有O2、ATP、NADPH，該反應是需要在光照條件下才能發(fā)生。問題1：光反應的場所是葉綠體的哪里？為什么？（光反應是發(fā)生在類囊體膜上，因為類囊體上分布有眾多色素和酶。）問題2：該過程中光能的作用是什么？能量變化是怎樣的？（光能的作用有兩個方面，一方面使水分解，儲存部分能量到NADPH;另一方面是在酶的催化下提供能量促使ADP與Pi形成ATP。）設問：光反應我們了解了，那么光合作用是如何將CO2合成糖類的呢？（依據(jù)事實5-6，師生共同思考討論以下問題，推論暗反應的物質變化過程。）事實5：1946年，美國的馬爾文·卡爾文等科學家將小球藻放置在含有14C標記的CO2密封容器，培養(yǎng)相當短的時間之后，將小球藻浸入熱的乙醇中殺死細胞，然后將提取分離各種化合物，追蹤放射性14C的去路。馬爾文·卡爾文利用小球藻實驗時，發(fā)現(xiàn)縮短光照時間依次測定出的14C標記的化合物種類（ABCDABCAB），推測化合物產(chǎn)生的順序。把光照時間縮短為幾分之一秒時，三磷酸甘油酸(C3)占全部放射性的90％。5秒鐘光照后卡爾文等同時檢測到了含有放射性的C5（核酮糖二磷酸，RuBP）和葡萄糖。事實6：馬爾文·卡爾文利用小球藻實驗時，發(fā)現(xiàn)在光照下C3

(三磷酸甘油酸)和C5（核酮糖二磷酸，RuBP）很快達到飽和并保持穩(wěn)定。如果在光照下突然中斷二氧化碳的供應，則C5就積累升高，C3濃度就急速降低。而如果突然停止光照，C3的濃度急速升高，同時C5的急速降低。思考討論：問題1：依據(jù)事實5，推測二氧化碳進入葉綠體后產(chǎn)生物質的順序是怎樣的？問題2：依據(jù)事實6，推測二氧化碳進入葉綠體后的第一個受體是什么物質？光反應的ATP和NADPH可能作用于糖的合成哪一步反應？（與學生一起推論暗反應過程，完后讓學生閱讀教材P104第三段文字，修正暗反應過程）【任務二：】結合以上的6個事實推論，嘗試用文字、符號和箭頭構建模型。(投影5個推論）光（學生展示成果，師生共同修正）設問：光合作用過程中物質變化和能量變化是怎樣聯(lián)系的呢？任務三：下面我們通過列表歸納和比較光反應和暗反應，找找兩者的區(qū)別和聯(lián)系：光反應暗反應條件光、色素、酶酶場所葉綠體類囊體膜上葉綠體基質物質變化2H2O4H++O2+4e-ADP+Pi+能量ATPH++2e-+NADP+NADPHATP、NADPHCO2+C52C3ATP、NADPH2C3C5+（CH2O)ATPADP+Pi+能量NADPHH++2e-+NADP+能量變化光能→ATP和NADPH活躍的化學能ATP和NADPH活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能聯(lián)系光反應為暗反應提供ATP和NADPH；暗反應為光反應提供ADP和NADP+實質兩者實質相同：都是合成物質，儲存能量。設問：光合作用對于生物來說有什么意義呢？（三）、光合作用的意義講述：光合作用產(chǎn)生的有機物不僅供植物自身利用，還養(yǎng)活了你我在內的所有異養(yǎng)生物。光能通過驅動光合作用而驅動著生命世界的運轉。三、隨堂練習：1．在實驗室中，如果要測定藻類植物是否完成光反應，最好是檢驗其()A．氧氣的釋放量 B．ATP的生成量C．二氧化碳的消耗量 D．葡萄糖的合成量2．用同位素分別標記二氧化碳和水，做了如下實驗，就實驗結果、結論的敘述不正確的是()A．結果：物質A和物質B都是氧氣B．結果：物質A和物質B均無放射性C．結論：物質A和物質B的相對分子質量之比為9∶8D．結論：光合作用釋放的氧氣中氧元素來源于水3．某科學家用含14C的二氧化碳來追蹤光合作用中碳原子轉移途徑，能正確表示碳原子轉移途徑的是()A．CO2→葉綠素→ADPB．CO2→C3→葡萄糖C．CO2→酒精→葡萄糖D．CO2→葉綠素→ATP4．光合作用是生物界最基本的物質代謝和能量代謝。如圖為綠色植物光合作用圖解，下列敘述正確的是()A．①是光合色素