光合作用與能量轉(zhuǎn)化

5.4.1光合作用與能量轉(zhuǎn)化前端分析教材分析細胞的生命活動是需要能量來驅(qū)動的。太陽能是幾乎所有生命系統(tǒng)中能量的最終源頭。外界能量進入細胞，并為細胞所利用，都要經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。細胞是如何通過化學(xué)反應(yīng)來獲取和利用能量的呢?通過本節(jié)教學(xué)，學(xué)生更深入地理解生命的本質(zhì)。本節(jié)教材分兩小節(jié)，按照先結(jié)構(gòu)后過程的思路展開。第一小節(jié)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)，主要是解決綠色植物利用什么物質(zhì)和結(jié)構(gòu)來吸收光能的問題。教材以問題串貫穿正文的方式來加以表述。第二小節(jié)再引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識光合作用的原理，詳細了解光合作用是如何進行的，并探討光合作用原理在實踐上的應(yīng)用。本節(jié)內(nèi)容需要3課時完成。第1課時完成“捕獲光能的色素”和“綠葉中色素提取和分離”實驗，第2課時完成“葉綠體適于進行光合作用的結(jié)構(gòu)”和“光合作用原理”，第3課時完成“光合作用原理的應(yīng)用”。光合作用是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)。光合作用的概念及其應(yīng)用一直是中學(xué)生物學(xué)課程中的重要內(nèi)容。本節(jié)是本模塊的重點內(nèi)容之一。通過本節(jié)教學(xué)有助于學(xué)生科學(xué)自然觀的形成;有助于從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任4個方面培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)1.嘗試提取和分離綠葉中的色素，簡述綠葉中色素的種類及其功能。（科學(xué)探究）2.運用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，解釋葉綠體適于進行光合作用的結(jié)構(gòu)特點。（科學(xué)思維）3.通過對光合作用光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段相關(guān)實驗研究的思考和討論，說明光合作用過程，并從物質(zhì)與能量觀視角，闡明光合作用原理，認(rèn)同人類對光合作用的認(rèn)識過程是逐步的、不斷發(fā)展的。（科學(xué)思維）4.設(shè)計并實施實驗，探究環(huán)境因索對光合作用強度的影響。（科學(xué)探究）5.關(guān)注光合作用原理的應(yīng)用。（社會責(zé)任）教學(xué)重、難點1.教學(xué)重點(1)葉綠體適于光合作用的結(jié)構(gòu)特點。(2)光合作用的原理。2.教學(xué)難點(1)光合作用過程中物質(zhì)和能量的變化及相互關(guān)系。(2)探究影響光合作用強度的環(huán)境因索。教材變點及變化意圖分析刪除知識點：（1）光反應(yīng)中的能量變化（2）C3植物和C4植物（3）生物固氮新增知識點：（1）光合作用的探究過程（2）研究環(huán)境因素對光合作用的影響變化意圖：1．人教版新教材的素材選取更加重視科學(xué)史，重視科學(xué)家的研究過程與研究方法，不會局限于羅列知識點，更加注重的是介紹知識的發(fā)生和發(fā)現(xiàn)過程，以及在該過程中所體現(xiàn)出來的科學(xué)家們的智慧思想與科學(xué)方法，包括研究問題的確立，實驗材料的選取，實驗方案的設(shè)計、實施，以及根據(jù)結(jié)果獲取結(jié)論等。2．教材內(nèi)容的組織更加突出科學(xué)發(fā)展的邏輯，淡化了知識的系統(tǒng)性，而對知識的來龍去脈及邏輯聯(lián)系明顯給予了強化，在很大程度上還原了科學(xué)知識發(fā)現(xiàn)和科學(xué)研究發(fā)展的真實歷程及邏輯順序；3．教材在知識引入上更加注重從現(xiàn)實生活發(fā)現(xiàn)并提出問題，從而引入新知識，通過分析及解決這些問題，進而獲取或掌握這些新知識。相當(dāng)重視問題情境的創(chuàng)設(shè)，重視學(xué)生的思考、想象、討論與嘗試解決，進而引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識，并且更加重視學(xué)生對已有知識經(jīng)驗在學(xué)習(xí)中的作用。教材的活動設(shè)計也更加突出探究及探究性學(xué)習(xí)。具體描述如下：（1）課題下設(shè)置問題探討：一問題探討的方式引入，注重從現(xiàn)實生活中發(fā)現(xiàn)并提出問題，從而引出新知識（2）核心問題以“本節(jié)聚焦”的形式呈現(xiàn)（3）教材的活動突出探究及探究性活動（4）在“思考討論”欄目中通過兩個小資料，利用“問題串”引導(dǎo)學(xué)生分析討論葉綠體的功能，重視學(xué)生思考、分析、解決問題的能力的培養(yǎng)（5）課后習(xí)題設(shè)置為“概念檢測”，以檢測與評價學(xué)生對基本概念及概念之間的聯(lián)系的理解程度（6）課后設(shè)置“拓展應(yīng)用”，以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，對已學(xué)知識進行拓展，并能進行深入的思考與研究，突出探究性學(xué)習(xí)（7）設(shè)置“思考討論欄目”，重視“科學(xué)史”，重視科學(xué)家的研究過程和研究方法，，種種介紹知識的發(fā)生和發(fā)展過程學(xué)情分析本單元的內(nèi)容較之前更加抽象和深刻，但是過程生動有趣，與初中知識聯(lián)系緊密，高一學(xué)生對光合作用有一定認(rèn)知，但不了解光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，無法體會植物精巧結(jié)構(gòu)與復(fù)雜生理功能間的協(xié)調(diào)，因此無法深刻體會光合作用在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用。但高中生具備一定的觀察、認(rèn)知能力，并具有強烈的探索欲，因此，能理性對探究實驗進行分析，進而獲得真知。這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(dāng)?shù)膯栴}引導(dǎo)學(xué)生分析和解決問題，降低理解這部分知識的難度，同時要設(shè)計邏輯嚴(yán)密的課程過程，增強學(xué)生對這部分內(nèi)容的整體和眾多細節(jié)的認(rèn)知。教學(xué)策略科學(xué)史教學(xué)，情境教學(xué)，誘導(dǎo)式教學(xué)教具準(zhǔn)備PPT輔助教學(xué)軟件、葉綠體模型、光合作用動畫教學(xué)過程教學(xué)過程第1課時教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動引入新課【創(chuàng)設(shè)情境】展示詩歌及圖片，提出問題導(dǎo)入光合作用有關(guān)色素的學(xué)習(xí)?！短K幕遮·懷舊》宋代范仲淹碧云天,黃葉地，秋色連波,波上寒煙翠。山映斜陽天接水，芳草無情,更在斜陽外。綠葉中的色素有哪些?這些色素有什么作用呢?欣賞詩歌與圖片，思考綠葉中有哪些色素。一、捕獲光能的色素展示正常苗與白化苗，引出色素的重要性。正常幼苗進行光合作用，制造有機養(yǎng)料。白化苗無法進行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。推論:光能的捕獲與葉片顏色有關(guān)。分析,提出假設(shè):光能的捕獲需要綠葉所含的色素?！咎骄繉嵺`】進行綠葉中色素的提取與分離▲提取綠葉中的色素提取原理：綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，連線實驗用品及作用：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，分析實驗步驟，注意重點：播放《綠葉中色素的提取》視頻,并指導(dǎo)學(xué)生進行色素的提取?！静贾萌蝿?wù)】任務(wù)一：引導(dǎo)學(xué)生分析實驗過程及結(jié)果。(一)色素的提取指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P98的“探究·實踐”，回答相關(guān)問題：1.已知色素存在于葉片的葉綠體中，提取色素時要破碎細胞及葉綠體，使色素充分釋放。在酸性條件下，葉綠素分子卟啉環(huán)中的鎂離子可以被氫離子取代，導(dǎo)致葉綠素被破壞，試分析色素提取時加入碳酸鈣的作用是什么？色素提取時，研磨葉片會導(dǎo)致液泡中的有機酸釋放，破壞葉綠素，碳酸鈣可以中和酸性物質(zhì)，保護葉綠素。2.研磨時應(yīng)注意什么?原因是什么?研磨時要迅速、充分。這樣可以保證色素釋放得更加充分且揮發(fā)量少。3.過濾時漏斗基部的尼龍布能否用濾紙?zhí)娲?原因是什么?不能用濾紙?zhí)娲?。因為濾紙的吸附性強，會導(dǎo)致濾液中色素的濃度過低。4.某實驗小組得到的色素提取液顏色過淺，請結(jié)合實驗步驟分析可能的原因有哪些?(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出來;(2)稱取綠葉過少或加入的無憶醇過多，色素溶液濃度小;(3)未加入碳酸鈣或加入過少，部分色素分子被破壞。▲分離綠葉中的色素分離色素的方法:“紙層析法”，利用待分離物質(zhì)中不同組分的某些理化性質(zhì)的差異而建立起來的一種分離技術(shù)。分離色素的原理：不同色素在層析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度快；溶解度低的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度慢。展示實驗步驟關(guān)鍵點及注意事項：播放《綠葉中色素的分離》視頻并進行實驗。學(xué)生思考討論以下問題：1.制備濾紙條時為什么要減去兩角?減少邊緣效應(yīng)，使濾液同時到達濾液細線，防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快。2.濾液細線的劃線原則是什么?待濾液干后,再重畫一到兩次的目的是什么?畫濾液細線的原則是細、直、齊。待濾液干后，再重畫一到兩次可以增加濾液細線中色素的含量。3.為何濾液細線不能觸及層析液?防止色素溶解在層析液中。展示部分學(xué)生實驗結(jié)果并進行分析。濾紙條上色素的分布情況說明了什么？濾紙條上的色素帶分布說明了綠葉中的色素有4種，它們在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散的快慢也不同。同時由于4種色素的顏色不同，也說明不同色素吸收了不同波長的光。請學(xué)生根據(jù)實驗結(jié)果寫出各種光合色素的含量排序。色素含量:葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。【學(xué)科交叉】光是一種電磁波，分為可見光和不可見光?？梢姽獾牟ㄩL是400-760nm。不同波長的光，顏色不同。光合色素的吸收光譜：葉綠體中的色素只吸收可見光，而對紅外光和紫外光等不吸收。通過對光線經(jīng)過色素及三棱鏡后出現(xiàn)的暗帶分析得出兩大類色素吸收的光譜。葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。分析葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜得出4種色素吸收的光譜。葉綠素a和葉綠素b:主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素:主要吸收藍紫光。(三)結(jié)合色素的吸收光譜指導(dǎo)學(xué)生一起分析實際問題1.冬季時,為了增加蔬菜的產(chǎn)量,應(yīng)該選紅色、藍色還是無色的大棚塑料薄膜?為什么?應(yīng)選無色的大棚塑料薄膜。因為太陽光由七色光組成,所以用無色的大棚塑料薄膜,植物可以獲得更多的光能。2.陰天時,為了增加蔬菜的產(chǎn)量,在功率相同的情況下,應(yīng)選擇什么顏色(“藍紫光和紅光”或“白光”)的照明燈為蔬菜補充光源?為什么?應(yīng)選擇藍紫光和紅光。因為在照明燈功率相同的情況下,選用藍紫光和紅光的照明燈補充光源,植物利用光能的效率更高。通過對正常苗與白化苗的對比分析，推出光能的捕獲與葉片顏色有關(guān)。進行綠葉中色素的提取與分離的實驗探究。閱讀教材，搞清實驗用品及對應(yīng)的作用。捋清實驗步驟，并進行實驗。閱讀教材“探究·實踐”，思考并回答相關(guān)問題。注意分離色素的細節(jié)。觀看視頻并進行實驗。分析實驗結(jié)果得出結(jié)論。結(jié)合色素的吸收光譜的特點，分析解決實際問題。習(xí)題鞏固1.(2023·福建福州高一期末)關(guān)于“綠葉中色素的提取和分離”實驗，下列敘述錯誤的是A.研磨時加入適量二氧化硅，有助于提高過濾液的色素濃度B.可用干燥定性濾紙置于玻璃漏斗基部進行過濾，收集濾液C.可用蓋玻片蘸取濾液，沿鉛筆細線按壓出均勻的色素細線D.層析后出現(xiàn)的色素帶，其位置、顏色和寬窄蘊含不同信息【答案】B【解析】漏斗基部應(yīng)該放一塊單層尼龍布進行過濾，收集濾液，濾紙對色素有吸附作用，不能用濾紙過濾，B錯誤。2.(2023·遼寧沈陽高一期中)為研究光照強度對幼苗光合色素的影響，用紙層析法對正常光照和強光照條件下生長的植物葉片中的光合色素進行分離，結(jié)果如圖所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述正確的是A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可見光中的藍紫光和紅光C.強光照可提高類胡蘿卜素含量，降低葉綠素含量D.色素Ⅰ的顏色為橙黃色、色素Ⅳ的顏色為藍綠色【答案】C【解析】A、色素在層析液中溶解度越低，則在濾紙條上擴散速度越小，位于濾紙條下端，由此可推知色素IV在層析液中的溶解度最低，A錯誤;B、濾紙條上的色素帶從上到下依次是:I為胡蘿卜素、II為葉黃素、II為葉綠素a、IV為葉綠素b，色素I、II屬于類胡蘿卜素。類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，B錯誤;C、與正常光照比，強光照下，I胡蘿卜素、II葉黃素含量增加，II為葉綠素a含量降低，因此可推知強光照可提高類胡蘿卜素含量，降低葉綠素含量，C正確;D、I胡蘿卜素顏色為橙黃色，IV葉綠素b的顏色為黃綠色，D錯誤。故選C。二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用【合作探究】活動1：認(rèn)識葉綠體的結(jié)構(gòu)

指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P100中間三段內(nèi)容,完成以下問題:1.寫出圖中的①②③所代表的結(jié)構(gòu)：①________________________②________________________③________________________①葉綠體內(nèi)膜、外膜②葉綠體基質(zhì)③葉綠體基粒葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用，引導(dǎo)學(xué)生分析葉綠體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點。2.葉綠體是如何增大生物膜面積的,優(yōu)點?葉綠體含有眾多的基粒和類囊體,極大地擴展了生物膜面積。3.聯(lián)想：線粒體？體現(xiàn)了什么樣的生物學(xué)觀點？結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)。4.進行光合作用所必需的酶分布在葉綠體的哪些結(jié)構(gòu)中?進行光合作用所必需的酶分布在葉綠體的基粒的類囊體薄膜上或者葉綠體基質(zhì)中?；顒?：分析葉綠體的功能結(jié)合教材P100“思考·討論”的內(nèi)容請學(xué)生討論下列問題:資料11881年德國科學(xué)家恩格爾曼的實驗對恩格爾曼的實驗進行分析，體會恩格爾曼實驗設(shè)計的巧妙之處。指導(dǎo)學(xué)生分析討論得出：氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。（即：葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧）任務(wù)二:分析葉綠體的功能1.實驗選擇水綿和需氧細菌作為實驗材料的優(yōu)點:水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察;用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位。2.為何要除去小室中原有的空氣?選用沒有空氣的環(huán)境，可排除空氣中氧氣的干擾。3.在黑暗中用極細的光束照射水綿有何巧妙之處?用極細的光束照射，使葉綠體形成有光和無光部位，相當(dāng)于一組對比實驗。4.為何把載有水綿的臨時裝片又暴露于光下?和黑暗條件下用極細的光束照射進行對照，進一步明確實驗結(jié)果完全是由光照射到葉綠體引起的。恩格爾曼的實驗二6.綜合上述分析，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能？葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。5.為什么大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域呢？這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于需氧細菌在此區(qū)域分布。閱讀教材,掌握葉綠體的結(jié)構(gòu)與其對應(yīng)的功能。對恩格爾曼的實驗進行思考分析，歸納概括出葉綠體的功能。習(xí)題鞏固3.(2023·河北邯鄲高一期末)下列有關(guān)葉綠體的敘述，正確的是A.葉綠體具有雙層膜結(jié)構(gòu)，光合色素分布在內(nèi)膜上B.葉綠體中只有葉綠素可吸收光能用于光合作用C.葉綠體內(nèi)眾多的基粒，極大地擴展了受光面積D.植物葉片多呈現(xiàn)綠色是由于葉片中的葉綠體吸收了較多綠光【答案】C【解析】A、葉綠體具有雙層膜結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有許多由類囊體堆疊而成的基粒,光合色素分布在類囊體的薄膜.上，A錯誤;B、葉綠體中的葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫