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(xué)目標(biāo)1.知識目標(biāo)：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(rèn)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(qiáng)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(biāo)：正確使用實(shí)驗(yàn)器材，完成“綠葉中色素的提取和分離”的實(shí)驗(yàn)操作。3.情感目標(biāo)：體驗(yàn)前人探索光合作用的研究歷程，并作出相關(guān)的評價(jià)；關(guān)注農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問題，討論提高光合作用效率的意義。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析：1.教學(xué)重點(diǎn)：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(qiáng)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(gè)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(jià)他們的研究方法，得出對科學(xué)研究的一般規(guī)律性的認(rèn)識，結(jié)合當(dāng)代科學(xué)研究的成果，將所學(xué)的知識運(yùn)用于對實(shí)際問題的探索和討論，對于鞏固所學(xué)的知識，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力有重要的意義。2.教學(xué)難點(diǎn)：光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程。探究影響光合作用強(qiáng)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(qiáng)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(dǎo)學(xué)生理解這其中的知識，并進(jìn)行相關(guān)的討論，是教學(xué)中的一大難點(diǎn)。三、課時(shí)安排：4課時(shí)（其中1課時(shí)為本章練習(xí)、講評、復(fù)習(xí)）四、教學(xué)設(shè)計(jì)：（第1課時(shí)，實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離）學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)說明(課堂時(shí)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(dǎo)學(xué)生從光的波長（質(zhì)）和光的強(qiáng)度（量）兩個(gè)方面來認(rèn)識光對植物光合作用的影響。（3）提出思考的問題。學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)說

4、明(課堂時(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離遠(yuǎn)在1.5×1011m之遙的太陽發(fā)出的光到達(dá)地球表面時(shí)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(huì)分成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、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(shí)基本上被綠色玻璃吸收了。我們做的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)原理：用有機(jī)溶劑無水乙醇提取綠葉中的色素。（因?yàn)榫G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(jìn)行層析時(shí)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(yán)？2.制備濾紙條。3.畫濾液細(xì)線。問題：細(xì)線如果畫得過粗，對實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。（2）問題可由學(xué)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(jià)。（3）學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)說明(課堂時(shí)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(xì)線，對實(shí)驗(yàn)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(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行問題探討。（與教材P98的歸納的4種色素結(jié)合學(xué)習(xí)）接下來再加兩個(gè)演示操作。將各小組試管中剩余的濾液收集到一起，取一個(gè)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(dǎo)學(xué)生仔細(xì)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(dǎo)，參與某些小組的實(shí)驗(yàn)和問題探討。收集實(shí)驗(yàn)情況。引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。（12）增加兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，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(dǎo)學(xué)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(dǎo)學(xué)生對可見光譜中明顯的暗帶進(jìn)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(lán)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(xué)習(xí)）學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)說明(課堂時(shí)間安排)演示2：取出預(yù)先準(zhǔn)備好的兩個(gè)小紙盒及手電筒，如下圖進(jìn)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(dǎo)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(xué)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(xué)生產(chǎn)生一個(gè)求知的欲望。（3）讓學(xué)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(xué)生敢想、能想，總比一潭死水要好得多呀?。?）學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)說明(課堂時(shí)間安排)這就是我們看到暗紅色的“反射光”，但實(shí)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(qiáng)，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?yàn)闊晒廨^弱，如果有其它較強(qiáng)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(chǔ)存在有機(jī)產(chǎn)物中，因此，綠葉的熒光現(xiàn)象只有用很靈敏的科學(xué)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(jìn)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(qiáng)，用肉眼就能觀察到。）從上述討論中，我們認(rèn)識到，光合作用應(yīng)該在一定的結(jié)構(gòu)中進(jìn)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(jìn)行，才能合成最終的有機(jī)產(chǎn)物。結(jié)合學(xué)習(xí)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(xí)。 以表格的形式總結(jié)葉綠體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。了解了這些知識，學(xué)生有些什么新的想法呢？鼓勵(lì)他們提出來，并嘗試著進(jìn)行解釋，活躍思維。（5）口頭討論時(shí)，并不要求答案多么的嚴(yán)密，只要不悖離科學(xué)道理就行。總結(jié)，引申。（4）（第2課時(shí)）學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)說明復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容。引入本節(jié)課

12、學(xué)習(xí)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(xué)生閱讀教材P101P102的內(nèi)容，自己設(shè)計(jì)表格，總結(jié)比較前人探究光合作用實(shí)驗(yàn)。（下面給出樣例）1.英國科學(xué)家普利斯特利（J.Priestley）的實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間1771年實(shí)驗(yàn)方法把點(diǎn)燃的蠟燭與綠色植物一起放在一個(gè)密閉的玻璃罩內(nèi)將小鼠與綠色植物一起放在一個(gè)密閉的玻璃罩內(nèi)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象蠟燭不容易熄滅小鼠不容易因窒息而死亡實(shí)驗(yàn)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(gè)過程中所起的關(guān)鍵作用。你對該實(shí)驗(yàn)的看法2.荷蘭科學(xué)家英格豪斯（J.Ingen-housz）的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間1779年實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做了500

13、多次植物更新空氣的實(shí)驗(yàn)。新發(fā)現(xiàn)普利斯特利的實(shí)驗(yàn)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(bǔ)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(shí)驗(yàn)的看法按小組進(jìn)行閱讀，設(shè)計(jì)表格（全部內(nèi)容）。教師巡視，參與某些小組的活動(dòng)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)選某個(gè)小組匯報(bào)，別的小組進(jìn)行補(bǔ)充、修正。自己設(shè)計(jì)表格，自己總結(jié)比較，讓學(xué)生體驗(yàn)前人的探索歷程和方法，感悟科學(xué)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(xué)的探索正是從看似簡單的問題入手。提出問題：你

14、認(rèn)為應(yīng)該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，才能有這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)？學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)說明3. 德國科學(xué)家梅耶（R.Mayer）的推論時(shí)間1845年內(nèi)容植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存起來科學(xué)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(xué)能儲(chǔ)存于什么物質(zhì)中？你對這一推論的看法4.德國植物學(xué)家薩克斯（J.von Sachs）的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間1864年實(shí)驗(yàn)方法將綠色植株放在暗處幾個(gè)小時(shí)，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(jìn)行遮光處理，另一半曝光。光照一段時(shí)間。用碘蒸氣處理該葉片實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光的一半沒有顏色變化實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的看法5.美國科學(xué)家魯賓（

15、S.Ruben）和卡門（M.Kamen）的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間1939年實(shí)驗(yàn)方法利用同位素標(biāo)記法進(jìn)行探究。用18O分別標(biāo)記H2O和CO2，使它們分別成為H218O和C18O2，分兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：第一組實(shí)驗(yàn)的原料第二組實(shí)驗(yàn)的原料H2O和C18O2H218O和CO2其他實(shí)驗(yàn)條件都相同。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論光合作用釋放的氧氣來自水你對該實(shí)驗(yàn)的看法體會(huì)科學(xué)家的思維。學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法簡要介紹同位素標(biāo)記法。學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)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(jìn)行的？有機(jī)物是如何合成

16、的。我們將在下一節(jié)課來學(xué)習(xí)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(gè)認(rèn)識，技術(shù)手段的進(jìn)步能夠促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展，而發(fā)展了的科學(xué)理論又能進(jìn)一步指導(dǎo)技術(shù)手段的更新，兩者相互促進(jìn)。同樣，科學(xué)的各門學(xué)科之間也是相輔相成的，互相促進(jìn)，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(jì)表格，總結(jié)卡爾文的實(shí)驗(yàn)?？偨Y(jié)引申提高認(rèn)識（第3課時(shí)） 學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)說明(課堂時(shí)間安排)二、光合作用的原理和應(yīng)用展示部分學(xué)生總結(jié)的卡爾文實(shí)驗(yàn)。6.美國科學(xué)家卡爾文（M.Calvin）的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間20世紀(jì)40年代，卡爾文用了十年時(shí)間研究發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)方法利用同位素標(biāo)記法進(jìn)行探究。用14C標(biāo)記的14CO

17、2，供小球藻進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)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(xué)獎(jiǎng)）你對該實(shí)驗(yàn)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(xué)反應(yīng)概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段。小組研討學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(qiáng)度減弱，如果CO2的攝入量減少，如果光照過強(qiáng)、溫

18、度過高導(dǎo)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(shí)間內(nèi)下表中各物質(zhì)的量將如何變化？ 條件HATPADPC5C3光強(qiáng)CO2氣孔關(guān)閉H2O（表示增加，表示減少）學(xué)生參與點(diǎn)評、補(bǔ)充。（5）開動(dòng)腦筋進(jìn)行學(xué)習(xí)，還要?jiǎng)邮诌M(jìn)行歸納總結(jié)，寫出知識結(jié)構(gòu)表，加深理解和記憶。（15）學(xué)會(huì)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(xué)會(huì)的知識用于分解問題、解決問題，能進(jìn)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(yùn)用能力。（表中各項(xiàng)答案紅色箭頭空缺，待學(xué)生討論回答后，教師對學(xué)生回答點(diǎn)撥、指正，再分步顯示答案）學(xué)習(xí)活動(dòng)教學(xué)說明(課堂時(shí)間安排)結(jié)合教材P103圖515分析

19、解決上述問題，學(xué)會(huì)分析的方法。引導(dǎo)學(xué)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(xué)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(xué)能有機(jī)物中的穩(wěn)定的化學(xué)能。光合作用的反應(yīng)式：葉綠體光能好好地運(yùn)用這張圖，充分地挖掘這張圖所蘊(yùn)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(gè)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(xué)能有機(jī)物中的穩(wěn)定的化學(xué)能聯(lián)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)準(zhǔn)備了還原