5.4光合作用与能量转化（3个课时）教学设计-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

课题 第5章 第4节 光合作用与能量转化（3个课时） 时间 2024.11.27 教材分析 第1课时：《捕获光能的色素和结构》是人教版高中生物【生物】新人教版一《分子与细胞》第5章第4节《光合作用与能量转换》的教学内容，主要学习绿叶中色素的种类和作用,并提取和分离绿叶中的色素。叶绿体的结构和功能，本节内容是对第5章细胞结构知识的提升,又是后面学习光合作用原理和应用的基础。 第2课时：《光合作用的原理和应用》是人教版高中生物【生物】新人教版一《分子与细胞》第5章第5节的第二课时的内容。“光合作用”一节在绿色植物的新陈代谢以及整个生态系统的物质循环和能量流动中，具有十分重要的意义。主要学习说出光合作用的概念和反应式。教材结合鲁宾、卡尔文等科学家的实验，介绍了同位素标记法这一生物学经常使用的研究方法。 教学目标 1.尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及其功能。（科学探究、生命观念、科学思维） 2.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。（生命观念、科学思维） 3.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。（生命观念、科学思维、科学探究） 4.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。（科学思维、科学探究） 5.关注光合作用原理的应用。（科学思维、社会责任） 教学重难点 1.教学重点 (1)叶绿体适于光合作用的结构特点。 (2)光合作用的原理。 2.教学难点 (1)光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系。 (2)探究影响光合作用强度的环境因素。 教学方法 教学内容及流程 学习任务 教学过程（第1课时 捕获光能的色素和结构） 备注 创设情境 【问题探讨】植物工厂 ：1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？2.为什么要控制二氧化碳浓度，营养液成分和温度等条件？ 【思考讨论】你知道韭菜和韭黄是什么关系吗？韭黄又是怎么种出来的呢？ 捕获光能的色素 【实验探究】1.绿叶中色素的提取与分离 【教师讲述】玉米白化苗的叶片不含绿色色素，不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死去。叶片中的色素可能与光能的捕获有关！ 【实验原理】 【实验步骤】（1）提取绿叶中的色素：称（5g，防止24-36小时，防止水分过多影响提取效果）—剪—加（二氧化硅—研磨充分、碳酸钙—保护色素、无水乙醇—溶解色素）—磨（迅速充分，防止乙醇挥发）—滤（将研磨液迅速倒入玻璃漏斗、漏斗基部放一块单层尼龙布、不能用纱布或滤纸，因为它们易吸附色素!）—集（滤液收集到试管，棉塞将试管口塞严、防止乙醇挥发和色素被氧化破坏）（2）制备滤纸条（一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线）（3）画滤液细线（用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线：防止色素带重叠而影响分离效果 （也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，再重画一到两次：增加色素量，使分离出的色素带清晰）（4）分离绿叶中的色素（滤液细线不触及层析液：防止色素溶解在层析液中；防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）（5）实验现象的观察与记录（补充色素分离的其他方法）[同时观看两个视频进行学习] 【思考讨论】1.得到的色素提取液颜色呈淡绿色的原因有哪些?2.若某结果中，滤纸上色素带颜色很浅，你认为原因有哪些？3.滤纸条看不到色素带的原因？4.滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带的原因？ 【表格归纳】对实验操作中的材料与步骤进行目的分析，使用表格进行总结。 【教师讲述】2.色素的吸收光谱及作用：光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。 对照组:用光透过三棱镜，实验组：用光透过绿叶中提取的色素，再透过三棱镜。实验加过表明：叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。一般情况下，光合作用吸收的光是可见光。 【联系生活】1.有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的温室内悬挂发红色或蓝色的灯管。为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？2.叶片为什么是绿色的呢？3.为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？4.不同植物的叶片为何会呈现不同的颜色 叶绿体的结构适于进行光合作用 【教师讲述】每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为类囊体；吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上；每个基粒都含有两个以上的类囊体，多者可达100个以上！叶绿体内有如此多基粒和类囊体，极大地扩大了受光面积。 【教师讲述】恩戈尔曼实验1：实验材料：水面的叶绿体呈螺旋带状分布；实验操作：第1组没有空气 | 黑暗 | 极细光束；第2组没有空气 | 光亮 | 完全光照；实验现象：装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围；实验结论：叶绿体被光束照射到的部位是光合作用的场所，氧气是由叶绿体释放出来的。 【思考讨论】恩戈尔曼在选材、实验设计上的巧妙之处：1.为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？2.为什么选用黑暗并且没有空气的环境？3.为什么先用极细光束照射水绵，后又让水绵完全暴露在光下？4.由实验能得出什么结论？ 【教师讲述】恩戈尔曼实验2：恩格尔曼在证明了光合作用的放氧部位是叶绿体后，紧接着又做了一个实验：他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片：如何解释好氧细菌主要聚集在红光和蓝紫光照射的水绵细胞附近？结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气。 【拓展应用】海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光。光的波长越长，所含能量越少，穿透能力越弱 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 5.4.1捕获光能的色素和结构 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节课的问题式预习部分 教学反思 学习任务 教学过程（第2课时 光合作用） 备注 温故知新 【温故知新】叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器。 为学习光合作用的原理和过程做好铺垫。 光合作用的原理 【教师讲述】光合作用的概念和反应式： 【史料回顾】探究光合作用原理的部分实验，观看视频。 通过希尔反应引导学生深人思考问题，从整体认识光合作用，明确光合作用分阶段进行及氧的来源与去路。培养学生推理分析的科学思维习惯。 通过鲁宾和卡门实验进一步证明氧的来源，帮助学生理解科学研究基于实证。 光合作用的过程 【教师讲述】光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。 【教师讲述】介绍光反应阶段的场所（类囊体薄膜）、条件（光照）、物质变化（水的光解、NADPH的合成、ATP的合成）、能量转化（光能—ATP和NADPH中活跃的化学能） 【教师讲述】卡尔文小球藻实验（放射性同位素14C），介绍暗反应的场所（线粒体基质）、条件（有光、无光都可以）、物质变化（CO2的固定、C3的还原、ATP和NADPH的水解）、能量转化（ATP和NADPH中活跃的化学能—有机物中稳定的化学能） 【教师总结】图片展示光反应阶段和暗反应阶段，讲解全过程；总结能量的变化，思考：1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途径呢？3.NADPH的作用？ 【教师讲述】光合作用中H、C、O的转移路径： 【比较归纳】表格归纳光反应与暗反应间的区别与联系。 【思考讨论】1.光反应与暗反应是否一个在光下进行，一个在暗处进行？2.夜晚植物能进行光反应、暗反应吗？为什么？3.白天放在无二氧化碳的密闭玻璃罩内的植物长期进行光反应、暗反应吗？为什么？4.正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、[H] 、ATP含量如何变化？若突然停止CO2的供应呢？ 【视频学习】观看学习光合作用的视频。 通过科学史资料自主构建光反应过程，培养归纳推理的科学思维习惯，提升科学探究能力。理解“结构与功能相适应”观点。 联系前面所学科学研究方法，学以致用。 通过对科学家的实验设计分析，提升科学探究能力，加深对暗反应阶段碳元素去向的理解。在引导学生建构暗反应过程中，通过初步构建模型及修正完善模型，培养学生模型与建模的科学思维能力。 明确光合作用是一个有机的整体。形成“局部与整体”观，培养学生运用比较归纳方法进行概念学习。 从“物质与能量观”的角度理解光合作用的意义为后面光合作用的应用打下基础。 化能合成作用 【教师讲述】能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。 展示新陈代谢类型的概念图。 光合作用原理的应用 【教师讲述】光合作用强度的表示方法： 【教师讲述】影响光合作用强度的因素: 【教师讲述】光照强度曲线图的分析及实际应用： 【实验探究】探究光照强度对光合作用强度的影响：依次介绍实验原理、材料用具、实验变量及方法、实验步骤、实验结果、实验结论，观看本实验的视频。 【教师讲述】CO2浓度曲线分析及实验探究： 【教师讲述】温度曲线分析： 【教师讲述】水分和矿质元素分析： 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 板书设计 5.4.2 光合作用 一、光合作用的原理 二、光合作用的过程 1.光反应阶段 ①场所 ②条件 ③物质变化 ④能量转化 *卡尔文小球藻实验—放射性同位素14C 2. 暗反应阶段 ①场所 ②条件 ③物质变化 ④能量转化 3、 化能合成作用 4、 光合作用原理的应用 1. 光合作用强度的表示方法 2. 影响光合作用强度的因素 ①光照强度 ②CO2浓度 3. 温度 4. 水分和矿质元素 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节课的问题式预习部分 教学反思 学习任务 教学过程（第3课时 计算与拓展） 备注 细胞呼吸和光合作用的关系 【教师讲述】1.能量形式的转变；2.元素走向：①C元素、②H元素、③O元素 细胞呼吸速率和光合速率测定 【教师讲述】光合速率的表示方法（净光合速率、总光合速率、呼吸速率）。 【教师讲述】测定方法；方法一、液滴移动法（NAOH溶液可吸收CO2，NAHCO3可提供CO2，保证CO2浓度相对恒定）；方法二、叶圆片称重法（测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，以有机物的变化量测定光合速率）；方法三、半叶片法 方法四、黑白瓶法： 【课堂练习】习题讲解 密闭、开放环境下CO2浓度与时间关系 【教师讲述】密闭容器内CO2浓度与时间关系的模型： 【教师讲述】开放环境中CO2浓度与时间关系的模型： 【拓展补充】C3、C4、CAM植物： 【归纳总结】表格总结，C3植物、C4植物和CAM植物的比较；分析C3植物与C4植物对CO2浓度的响应： 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 板书设计 5.4.3计算与拓展 1、 细胞呼吸和光合作用的关系 1. 能量形式的转变 2. 元素走向 ①C元素 ②H元素 ③O元素 2、 细胞呼吸速率和光合速率测定 1. 光合速率的表示方法 ①净光合速率 ②总光合速率 ③呼吸速率 2. 方法一、液滴移动法；方法二、叶圆片称重法；方法三、半叶片法；方法四、黑白瓶法 3、 密闭、开放环境下CO2浓度与时间关系 1、 密闭容器内CO2浓度与时间关系的模型 2、 开放环境中CO2与时间关系的模型（2个） 3、拓展：C3、C4、CAM植物 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节课的问题式预习部分 教学反思 学科网（北京）股份有限公司 $$