5.4.2 光合作用的原理和应用第1课时教学设计-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

课题 5.4.2 光合作用的原理和应用（第一课时） 学科 生物 学段 高中 年级 高一 教材 人教版2019必修第一册 教学重难点 教学重点： 光合作用的原理：掌握光合作用过程中的光反应和暗反应两个重要阶段。光反应涉及水的光解、ATP的形成和NADPH的产生；暗反应涉及二氧化碳的固定和还原过程，最终将无机物转化为有机物。 教学难点： 光合作用的复杂性和抽象性：光合作用是一个复杂而抽象的过程，涉及多个阶段和多种物质的变化。学生可能难以完全理解和掌握其中的每一个细节和机制。 核心素养 【生命观念】通过学习光合作用，学生能够理解碳循环和能量流动在生态系统中的重要性，以及生命活动的物质基础和能量基础。 【科学思维】学生能够运用系统思维来分析光合作用中各个组成部分的作用及其相互关系，理解光合作用的整体性和复杂性。 【科学探究】在科学探究过程中，学生能够与同伴合作，共同解决问题，并有效地交流和分享自己的想法和成果。 【社会责任】通过学习光合作用，学生能够理解绿色植物在维护生态平衡和减少温室气体排放中的作用，增强环保意识。 教学方法和手段 讲授法：以教师为主导，通过口头解释、说明、分析等方式向学生传授知识。 直观演示法：通过展示实物、模型、图片等直观材料，帮助学生形成对生物结构和功能的直观认识。 教学过程(表格描述) 教学 环节 主要教学活动 设置意图 导入新课 【问题导入】展示各种植物的图片，提问学生，植物是如何通过光合作用将阳光、水分和二氧化碳转化为有机物的？植物在能量转化过程中扮演了怎样的角色？ 引发学生思考，激发学习兴趣。 讲授新课 1、 光合作用 【师生活动】布置学生阅读教材，找到光合作用的相关概念，呈现光合作用的总反应式。 ①概念：指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着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 ②反应式：CO2+H2O 光能 (CH2O)+O2 ③实质：合成有机物，储存能量 二、探究光合作用的原理的部分实验 【师生活动】教师展示19世纪末的科学家们的结论，提出问题，你认为这个实验结论有问题吗？学生独立思考后，教师借助PPT进行讲解。 1、19世纪末 甲醛→糖 2、1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖 甲醛对植物有毒 3、1937年，希尔 学生阅读课本希尔的实验过程，并讲述自己的理解，讨论写出希尔反应的反应式，教师课件展示实验过程，引导学生通过思考相关问题得出结论。 【思考】与其他同学进行交流和辩论，互相学习和启发。 ①希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ ②希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ 结论：水的光解产生氧气 4、1941年 鲁宾和卡门（同位素标记法） 【学生活动】阅读分析科学史，分析鲁宾和卡门的实验，探究02中0的来源。课下查阅鲁宾和卡门的原始论文，以求尽量还原科学发现的本真过程。 【思考】教师提问，引导学生分析鲁宾和卡门的实验 （1)如何判断实验结果是释放的18O2还是O2？ （2）该实验有对照组吗？满足对照原则吗？ 【结论】光合作用释放的O2中的氧元素全部来源于H2O，而并不来源于CO2 5、1954年，阿尔农 1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验： 在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 结论：在光照时，叶绿体中生成了ATP。 三、光合作用过程 师：总结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。根据是否需要光能，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。 【教师活动】引导学生阅读课本光反应的内容和图5-14光合作用过程图解，小组同学之间相互讲解过程，引导学生分析光反应的物质变化、能量变化、条件和场所。 ①光反应阶段 构建光反应概念，提问与光合作用有关的原料、产物、场所、条件。 卡尔文循环 【师生活动】学生阅读课本卡尔文循环内容，分析卡尔文实验过程，构建碳反应概念，小组为单位初步归纳暗反应过程中 CO2 的 C 的转移路径，为暗反应完整过程铺垫。 1946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了植物在进行光合作用时CO2转化为糖的路线。 （1）向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。 （2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)。 （3）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。 CO2转化成有机物过程中，C的转移途径是： ②暗反应阶段 根据卡尔文实验的结论，学生初步了解暗反应，引导阅读课本暗反应的内容和图5-14光合作用过程图解，学生分析暗反应的物质变化、能量变化、条件和场所。 条件：NADPH 、ATP、酶 场所：叶绿体的基质中 能量变化：活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 创设积极的学习氛围，鼓励学生提问、发表观点，激发他们的探索精神。 以求尽量还原科学发现的本真过程，使学生养成尊重事实和证据的科学思维习惯，崇尚严谨和务实的求知态度。 【课堂小结】 回忆第一课时内容以及这节课的学习内容，进行知识巩固。 【课堂练习】 1.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是( D ) A.CO2→叶绿素→ADP B.CO2→叶绿体→ATP C.CO2→乙醇→糖类 D.CO2→三碳化合物→糖类 解析：二氧化碳参与光合作用的暗反应过程，根据暗反应中二氧化碳的固定过程可知二氧化碳中的碳原子首先转移到三碳化合物中，然后暗反应进行的是三碳化合物的固定，所以碳原子又转移到有机物中，即碳原子的转移途径为：二氧化碳→三碳化合物→糖类。 故选D。 2、在植物叶肉细胞中会同时进行光合作用和呼吸作用两种生理过程，下面是相关物质变化示意图，其中A~E为生理过程，下列说法错误的是（　A　） A．A过程表示光反应阶段，发生在叶绿体基质中 B．有氧呼吸和无氧呼吸都要经过C过程 C．D过程发生在线粒体中 D．B过程表示卡尔文循环 解析：A、A过程表示光反应阶段，发生在叶绿体类囊体薄膜，A错误； B、有氧呼吸与无氧呼吸的共同阶段是第一阶段，即C，场所是细胞质基质，B正确； C、D过程表示有氧呼吸的第二阶段和第三阶段，发生场所分别在线粒体基质和线粒体内膜，C正确； D、B过程表示卡尔文循环，也叫暗反应，发生在叶绿体基质中，D正确。 故选A。 3、利用下图所示的实验装置进行与光合作用有关的实验，下列叙述不正确的是（  A   ） A．试管中收集的气体量代表了光合作用产生的O2量 B．在光下如果有气泡产生，可以说明光合作用产生O2量大于呼吸作用消耗O2量 C．为了探究CO2浓度对光合作用的影响，可以用不同浓度的NaHCO3溶液进行实验 D．为了探究光照强度对光合作用的影响，不可以用一套装置慢慢向光源靠近，观察气泡产生速率的变化 解析：A、试管中收集到的气体总量小于光合作用产生的氧气总量，因为有一部分的氧气用于自身的呼吸作用消耗，A错误； B、NaHCO3溶液可维持二氧化碳的稳定，在光下如果有气泡产生，表明金鱼藻向外界释放的氧气量，可说明光合作用产生O2量大于呼吸作用消耗O2量，B正确； C、NaHCO3溶液可产生CO2，探究CO2浓度对光合作用的影响，自变量为CO2浓度，可以用不同浓度的NaHCO3溶液进行实验，C正确； D、探究光照强度对光合作用的影响时，距光源不同位置，应设置不同装置，通过观察气泡产生速率情况，来比较光合作用强度的不同，D正确。 故选A。 4.在下面几个关于光合作用的实验中，有关叙述正确的是（　B　） A．恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量 B．阿尔农的实验证明了在光照下叶绿体可合成ATP C．希尔发现在离体叶绿体的悬浮液中加人铁盐或其他还原剂在光照下可以释放出氧气 D．鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自CO2而不是H2O 解析：A、恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用生成了氧气，但未定量分析，A错误； B、美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验发现，在光照下，当向反应体系中供给ADP、Pi时叶绿体可合成ATP，并且发现这一过程总是与水的光解相伴随，B正确； C、1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气，C错误； D、鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O2来自水，D错误。 故选B。 检验学生的学习效果以及评估教学质量和效果。通过科学合理地设置随堂测试，可以更好地促进学生的学习和发展。 板书设计 1、 光合作用 ( 光能 叶绿体 )反应式： CO2+H2O (CH2O)+O2 二、光合作用原理 探究历程 光反应：类囊体薄膜 暗反应：叶绿体基质 教学反思 在本次教学中，我介绍了光合作用的原理，包括光反应和暗反应两个阶段，我使用了多种教学资源，如PPT，来帮助学生更好地理解光合作用的过程。然而，我也意识到，在呈现内容时，我需要更加注重内容的连贯性和逻辑性，以便学生更容易地构建完整的知识框架。因此，在未来的教学中，我将更加注重教学内容的连贯性和逻辑性，采用更加多样化的教学手段来激发学生的学习兴趣和探究欲望。同时，我也将更加注重学生的个体差异，以满足不同学生的学习需求。我相信，在不断的教学反思和改进中，我能够不断提高自己的教学水平，为学生提供更加优质的教学服务。 学科网（北京）股份有限公司 $