5.1 植物的光合作用 第2课时（教学设计）生物沪教版2024七年级上册

该初中生物学教学设计聚焦植物光合作用的原料、条件、实质及应用，以海尔蒙特实验为导入，串联细胞结构（叶绿体）、生态系统先前知识，为呼吸作用、碳氧平衡学习搭建支架，梳理光合作用知识脉络。 资料以科学史驱动培养科学思维，如分析海尔蒙特实验局限性，通过二氧化碳对照实验、银边天竺葵实验强化探究实践，结合立体种植案例渗透态度责任，助力学生构建生命观念，教师使用可高效落实核心素养，提升教学效果。

第五章 植物的生命活动与碳氧平衡 第1节　植物的光合作用 年级 七年级 授课时间 1课时 课题 第1节　植物的光合作用（第二课时） 教材分析 本节课选自人教版初中生物学教材七年级上册第三单元第五章"绿色植物与生物圈中的碳氧平衡"，核心内容为光合作用的原料、条件、过程及意义。教材以科学史（海尔蒙特实验）为切入点，通过经典实验逐步揭示光合作用需要水、二氧化碳等原料，叶绿体是光合作用场所，并借助银边天竺葵实验验证叶绿素的必要性。在明确光合作用反应式（二氧化碳 + 水 → 有机物 + 氧气）的基础上，重点阐述其实质是物质转变（无机物→有机物）和能量转化（光能→化学能）。最后关联农业生产实际，分析合理密植、间作套种等增产原理，体现生物学知识的应用价值。 本课承上启下：既需要学生具备"细胞结构"（叶绿体功能）和"生态系统"（物质循环）的先前知识，又为后续学习"呼吸作用""碳氧平衡"奠定基础。科学史素材（如海尔蒙特实验的局限性）有助于培养学生批判性思维，实验设计分析（如二氧化碳对照实验）强化科学探究能力，而"立体种植"等现代农业案例则凸显生物学对社会发展的推动作用。 教学目标 【知识目标】 1.阐明光合作用的原料与条件 复述海尔蒙特实验过程，解释柳树增重与土壤减重的原因 分析蜡烛/小鼠密闭实验，说明二氧化碳是光合作用必需原料 通过银边天竺葵实验，归纳叶绿体是光合作用场所 2.描述光合作用过程与实质 写出光合作用反应式：二氧化碳 + 水 → 有机物（淀粉） + 氧气 概括物质变化（无机物→有机物）和能量转化（光能→化学能） 3.列举光合作用意义与应用 说明光合作用为生物提供食物和氧气 解释合理密植、间作套种等农业措施的原理 【素养目标】 1.生命观念 构建"物质与能量观"：理解植物通过光合作用实现无机物到有机物的物质转换，并储存能量 形成"生态观"：认识绿色植物在生物圈碳氧平衡中的核心作用 2.科学思维 批判性思维：对比海尔蒙特结论与科学结论的差异，分析实验设计的局限性（如忽略空气影响） 演绎推理：基于对照实验设计（如碱石灰吸收CO₂组），推导变量控制逻辑 3.探究实践 实验设计分析：解读"验证二氧化碳是原料"的实验步骤，归纳对照组设置原则（如密封袋内外叶片对照） 现象解释：预测叶片碘液染色结果（袋内叶片不变蓝→缺乏CO₂未合成淀粉） 4.态度责任 农业应用：结合"立体种植"案例（如番茄产业园），分析现代农业技术对资源利用的优化 环境意识：讨论植被保护对维持碳氧平衡的重要性，提出低碳生活建议 教学重、难点 【教学重点】 1.光合作用的原料、条件、场所和产物； 2.光合作用的概念、实质和意义； 3.光合作用原理在农业生产上的应用。 【教学难点】 1.分析海尔蒙特实验的结论及局限性； 2.设计实验证明二氧化碳是光合作用的原料； 3.理解光合作用过程中的物质和能量变化。 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 在科学发展的历程中，有许多有趣的实验推动着我们对自然规律的认识。今天老师要给大家介绍一个著名的实验——海尔蒙特的柳树实验。 问题引入与初步引导 展示海尔蒙特实验的相关图片和文字资料， 提问 海尔蒙特将一株质量为 2.27 千克的柳树苗栽种到盛有 90.72 千克干土的木桶中，此后仅用雨水浇灌树苗。5 年之后，柳树的质量为 76.66 千克，干土的质量为 90.66 千克。大家思考一下，柳树的质量和干土的质量分别有什么变化？ 进一步引导 柳树质量增加这么多的原因可能是什么呢？ 继续引导 海尔蒙特根据这个实验得出结论：柳苗生长所需的物质，并不是由土壤直接转化的，水才是使植物增重的物质。那大家想一想，这个结论是否完全正确呢？ 拓展引导 大家说得很有道理，那除了水和土壤，还有哪些因素可能影响植物的生长呢？带着这个问题，我们今天就一起来深入探究植物的光合作用。 引导学生深入思考，为后续讲解植物的光合作用原理做铺垫。 新知探究 一、 海尔蒙特的实验 我们先来看一个有趣的实验。海尔蒙特将一株质量为 2.27 千克的柳树苗栽种到盛有 90.72 千克干土的木桶中，给木桶加盖桶盖，仅用雨水浇灌树苗。5 年后再次称量，柳树质量变为 76.66 千克，干土质量变为 90.66 千克。大家思考一下，柳树的质量和干土的质量分别有什么变化？原因是什么呢？ 看了这个实验，谁能说说柳树和干土的质量有什么变化呀？柳树质量大幅增加了，从 2.27 千克增加到 76.66 千克；干土质量基本没怎么变，只减少了 0.06 千克。 大家再分析分析，为什么会出现这样的变化呢？可能是因为柳树生长吸收了雨水，所以质量增加，而干土没有提供太多物质，所以质量变化小。 如果你们是海尔蒙特，会得出什么结论呢？柳苗生长所需的物质，并不是由土壤直接转化的，水才是使植物增重的物质 那海尔蒙特的结论是否完全正确呢？为什么？大家思考一下。不完全正确，海尔蒙特只考虑了土壤中物质对植物生长的影响，而忽略了阳光和空气对植物生长的影响。这也提醒我们在做科学研究时，要全面考虑各种因素。 学习探海尔蒙特的实验，思考并回答问题。 二、光合作用的条件 我们知道蜡烛燃烧或动物呼吸都会排出二氧化碳，消耗氧气，而植物的光合作用能够释放氧气，消耗二氧化碳。那么二氧化碳真的是绿色植物光合作用必需的原料吗？我们来看一些相关的实验现象。有这样几个场景，点燃的蜡烛放在密闭空间中小鼠死亡，活的小白鼠在密闭空间中蜡烛正常燃烧，而植物和点燃的蜡烛放在一起小鼠正常生活，植物和活的小白鼠放在一起也能维持良好状态。基于这些现象，我们假设光合作用需要二氧化碳，那要通过实验来验证这个假设，需要解决哪些关键问题呢？ 提出问题 同学们，根据这些现象和假设，要设计实验验证光合作用需要二氧化碳，我们需要解决哪些关键问题呢？要确定变量是二氧化碳。 还有其他的吗？要设置实验组和对照组。要证明植物是否进行了光合作用。 那大家再思考一下，如果用碱石灰吸收空气中的二氧化碳来做实验，预测密封袋里的叶片及其他叶片在经水浴脱色、滴加碘液后，颜色有何不同？说明理由。密封袋里的叶片因为缺少二氧化碳，可能不能进行光合作用产生淀粉，滴加碘液后不变蓝；袋外叶片能正常进行光合作用产生淀粉，滴加碘液后变蓝。 我们发现只有植物的绿色部分进行光合作用，比如银边天竺葵叶片的白色部分不能产生淀粉，这让我们思考，光合作用是否需要叶绿素呢？ 展示银边天竺葵叶片的相关情况，提出问题。看到银边天竺葵叶片的现象，你们觉得光合作用和叶绿素有关系吗？ 我们怎么进一步去验证这个想法呢？可以设计对比实验，用有叶绿素和没有叶绿素的部分进行对比。 大家继续思考，如果要设计这样的实验，还需要注意什么呢？要控制其他条件相同，比如光照、温度等。控制无关变量很重要。这样才能准确得出叶绿素和光合作用的关系。 学习探究光合作用是否需要二氧化碳和叶绿素的实验，思考并回答问题。 三、 光合作用的概念、实质及意义  通过前面的实验和分析，我们知道了光合作用的原料有二氧化碳和水，条件有光和叶绿体，产物有有机物和氧气。那么什么是光合作用呢？它的实质是什么？又有什么意义呢？ 引导学生回顾前面的知识，提出问题。结合前面的内容，谁能试着说说什么是光合作用？绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 那光合作用的实质是什么呢？从物质和能量的角度思考一下。物质变化是无机物变成有机物，能量变化是光能转化为化学能，实质是合成有机物，储存能量。 光合作用有什么意义呢？为地球上的生物提供呼吸所需的氧气，为植物自身制造了有机物，为人和其他动物提供了各类食物。 我们了解了光合作用的知识，那在农业生产中，如何利用这些原理来提高产量呢？比如种植作物时，种植的密度对产量有什么影响？还有其他的种植方式吗？ 提出问题，引导学生思考。在农业生产中，种植作物的密度会影响产量，大家想想为什么呢？如果过密，叶片互相遮挡而影响植物的光合作用；如果过稀，没有充分利用光照而造成浪费。所以合理密植产量高。 那除了合理密植，还有其他利用光合作用原理的种植方式吗？有间作和套种，间作是几种作物同时期播种，套种是不同时期播种，这样可以增加光照。还有立体种植，将两种或两种以上的作物在空间和时间上进行最优组合，以达到增产的目的。大家能举例说说生活中看到的这些种植方式吗？在一些果园里，果树下面种着草莓，这可能就是立体种植。 学习光合作用的概念、实质和意义，并回答相应问题。 【针对练习】 1.海尔蒙特在柳树实验中，5年后柳树增重了74.39千克，而干土只减少了0.06千克。他由此得出的结论是（ ） A. 柳树生长所需的物质主要来自水 B. 柳树生长所需的物质主要来自土壤 C. 柳树生长所需的物质主要来自空气 D. 柳树生长不需要土壤中的物质  答案：A  解析：海尔蒙特的实验中，仅用雨水浇灌树苗，5年后柳树质量大幅增加，而干土质量仅减少了很少的量，所以他得出柳苗生长所需的物质，并不是由土壤直接转化的，水才是使植物增重的物质，故答案选A。 2.下列关于光合作用的说法，正确的是（ ） A.光合作用只在白天进行 B. 光合作用的原料是氧气和有机物 C. 光合作用的场所是叶绿体 D. 光合作用的实质是分解有机物，释放能量  答案：C  解析：光合作用需要光，通常在白天进行，但在有光照的特殊环境下夜晚也可能进行，A错误；光合作用的原料是二氧化碳和水，产物是有机物和氧气，B错误；光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并释放出氧气的过程，其场所是叶绿体，C正确；光合作用的实质是合成有机物，储存能量，呼吸作用的实质是分解有机物，释放能量，D错误。 3.为了探究光合作用是否需要二氧化碳，某同学设计了如下实验。在两个密封的玻璃罩内分别放置一盆植物，一个玻璃罩内放置碱石灰（吸收二氧化碳），另一个不放置。该实验的变量是（ ） A.光 B. 二氧化碳 C. 叶绿体 D. 水  答案：B  解析：在探究实验中，变量是指会发生变化的因素。该实验中，一个玻璃罩内放置碱石灰吸收二氧化碳，另一个不放置，其他条件相同，所以变量是二氧化碳，答案选B。 4.银边天竺葵叶片的白色部分不能产生淀粉，说明（ ） A.光合作用需要光 B. 光合作用需要二氧化碳 C. 光合作用需要叶绿体 D. 光合作用需要水  答案：C  解析：银边天竺葵叶片的白色部分没有叶绿体，绿色部分有叶绿体，绿色部分能进行光合作用产生淀粉，白色部分不能产生淀粉，说明光合作用需要叶绿体，答案选C。 5.光合作用的原料是__________和__________，产物是__________和__________。  答案：二氧化碳；水；有机物；氧气  解析：根据光合作用的概念，绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并释放出氧气，所以原料是二氧化碳和水，产物是有机物和氧气。 6.光合作用的实质是将__________能转化为__________能，贮存在有机物中，同时完成了物质转化，将__________物转化为__________物。  答案：光；化学；无机；有机  解析：光合作用过程中，绿色植物利用光能，把二氧化碳和水等无机物转化成储存能量的有机物，将光能转化为化学能，所以是将光能转化为化学能，无机物转化为有机物。 检测学生课堂上的学习情况 课堂小结 本节课主要围绕植物的光合作用展开。首先介绍了海尔蒙特的实验，得出水是光合作用原料的结论，但该结论忽略了阳光和空气的影响。接着通过实验探究证明二氧化碳也是光合作用的原料，还发现只有植物绿色部分能进行光合作用，叶绿体可能是场所，叶绿素是必要条件。明确了光合作用的原料是二氧化碳和水，条件和场所是光与叶绿体，产物是有机物和氧气，其本质是合成有机物、储存能量。最后阐述了光合作用的意义，并介绍了其原理在农业生产中的应用，如合理密植、间作套种、立体种植等。 板书设计 植物的光合作用 一、光合作用的发现 海尔蒙特实验：水是原料（不完全正确） 二氧化碳是原料的探究 二、光合作用的概念 原料：二氧化碳 + 水 条件、场所：光、叶绿体 产物：有机物 + 氧气 表达式：二氧化碳 + 水 --光能/叶绿体→ 有机物（储存化学能）+ 氧气 实质：合成有机物，储存能量 三、光合作用的意义 提供氧气 制造有机物 四、光合作用原理在农业生产中的应用 合理密植 间作套种 立体种植 课后作业 1．为探究光合作用这一生理活动，小粤利用银边天竺葵设置了如下装置，其中不涉及的实验变量是（    ） A．叶绿体 B．光照 C．二氧化碳 D．水 【答案】D 【解析】A. 叶片A存在绿色部分（有叶绿体）和非绿色部分（无叶绿体），这两部分形成对照，变量为叶绿体，可探究叶绿体对光合作用的影响，所以该实验涉及叶绿体这一变量，A正确。 B. 叶片A的部分区域被黑纸片遮光，遮光部分与未遮光部分形成对照，变量为光照，可探究光照对光合作用的影响，所以该实验涉及光照这一变量，B正确。 C. 叶片B所在的透明塑料袋内有氢氧化钠，氢氧化钠会吸收二氧化碳，叶片A所在环境中有二氧化碳，二者形成对照，变量为二氧化碳，可探究二氧化碳对光合作用的影响，所以该实验涉及二氧化碳这一变量，C正确。 D. 整个装置中，没有针对水这一因素设置不同的对照条件（比如有的部分供水，有的部分不供水等），因此该实验不涉及水这一变量，D错误。 故选D。 2．下列生物学实验中，材料用具与使用目的不相符的是（    ） 选项 实验名称 材料用具 使用目的 A 验证绿叶在光下合成淀粉 酒精 溶解叶绿体 B 二氧化碳是光合作用必需的原料 氢氧化钠 吸收二氧化碳 C 观察玉米种子的结构 碘液 检验淀粉 D 验证种子萌发时吸收氧气 燃烧的蜡烛 检验氧气 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【解析】A．酒精用于溶解叶绿素而非叶绿体，故A符合题意。 B．氢氧化钠可吸收二氧化碳以设置无二氧化碳的对照，故B不符合题意。 C．碘液用于检测玉米胚乳中的淀粉，故C不符合题意。 D．燃烧的蜡烛可检测氧气是否被消耗（若熄灭则氧气减少），故D不符合题意。 故选A。 3．某生物兴趣小组利用银边天竺葵，开展关于光合作用的探究实验，他们对银边天竺葵进行如图所示的处理（固体氢氧化钠能吸收二氧化碳），在光下照射几小时后取下叶片A和B，脱色处理后，用碘液检验。下列叙述错误的是（    ） A．叶片A绿色部分和非绿色部分对照，变量为叶绿素 B．叶片A和B是对照实验，其实验变量是固体氢氧化钠 C．滴加碘液后，叶片A绿色部分变蓝 D．滴加碘液后，叶片B整体不变蓝 【答案】B 【解析】A．叶片A的绿色部分含有叶绿体，能进行光合作用；非绿色部分不含叶绿体，不能进行光合作用。该对照实验中，除叶绿体这一因素不同外，其他条件都相同，所以变量为叶绿体，通过对比可以说明叶绿体是光合作用的场所，A正确。 B．对照实验是指在研究一种条件对研究对象的影响时，所进行的除了这种条件不同之外，其他条件都相同的实验。叶片A和B对比，叶片B所处的环境中二氧化碳被固体氢氧化钠吸收，叶片A处于正常有二氧化碳的环境中，所以其实验变量是二氧化碳，而不是固体氢氧化钠，B错误。 C．叶片A的绿色部分含有叶绿体，在光下能进行光合作用制造淀粉，淀粉遇碘液变蓝色。所以滴加碘液后，叶片A绿色部分变蓝，C正确。 D．叶片B所处的环境中二氧化碳被固体氢氧化钠吸收，植物因缺乏二氧化碳不能进行光合作用，无法制造淀粉。所以滴加碘液后，叶片B整体不变蓝，D正确。 故选B。 4．为寻找提高香果树的繁育效率的方法，科研人员研究了不同遮阴程度对香果树幼苗光合速率的影响，结果如图所示。下列叙述正确的是（    ） A．本实验的变量是遮阴程度 B．全光照条件最适宜培育幼苗 C．光照强度对光合速率没有影响 D．轻度遮阴时幼苗释放的氧气最少 【答案】A 【解析】A．由题意可知，本实验是研究不同遮阴程度对香果树幼苗光合速率的影响，所以实验的变量是遮阴程度，A正确。 B．从图中可以看出，轻度遮阴时香果树幼苗的光合速率最大，说明轻度遮阴条件最适宜培育幼苗，而不是全光照条件，B错误。 C．光照强度是影响光合速率的重要因素之一，在一定范围内，光照强度越大，光合速率越快，C错误。 D．轻度遮阴时幼苗的光合速率最大，说明此时幼苗制造的有机物最多，释放的氧气也最多，D错误。 故选A。 5．王大爷用温室大棚生产蔬菜，为了提高温室大棚内蔬菜的产量，你认为他可以在温室大棚内采取的措施是（　　） ①延长光照时间    ②合理密植    ③增加二氧化碳的浓度    ④减少二氧化碳的浓度 A．①② B．①②③ C．②③④ D．①②③④ 【答案】B 【解析】①延长光照时间可增加光合作用时长，积累更多有机物，正确； ②合理密植能充分利用光照，避免叶片遮挡，正确； ③增加二氧化碳浓度可促进光合作用，正确； ④减少二氧化碳浓度会抑制光合作用，错误。故①②③正确，④错误。 故ACD错误，B正确。 故选B。 教学反思 在教学过程中，通过实验案例引导学生思考光合作用的原料、条件等知识，学生表现出较高的兴趣。但在讲解一些抽象概念如光合作用的实质时，部分学生理解存在困难，后续应多结合生活实例帮助学生理解。实验探究环节能培养学生的科学思维和动手能力，但时间把控不够精准，导致部分学生未能充分参与讨论。在今后的教学中，要更加合理地安排教学时间，注重学生的个体差异，采用多样化的教学方法，提高课堂教学效果。 / 学科网（北京）股份有限公司 $