5.4光合作用的原理 教学设计-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学教学设计聚焦“光合作用的原理”核心知识点，以鱼缸小球藻情境导入，复习初中光合作用概念，衔接学生已有光合色素、叶绿体结构等知识，通过希尔反应、鲁宾和卡门实验等史料分析搭建探究支架，引导梳理光反应与暗反应过程。 特色在于融合生命观念与科学思维，以实验史料（如同位素示踪法）培养证据分析能力，小组合作构建过程模型（表格比较、动画梳理）突破物质能量变化难点，体现物质与能量观；真题训练与实践作业提升应用，助力学生深化理解，为教师提供结构化教学方案。

教学设计 课题 光合作用的原理 课型 新授课 ☑ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□ 1.教学内容分析 本课时是人教版高中生物学（2019年版）必修1《分子与细胞》第5章“细胞的能量供应和利用”的第4节第2课时内容，分为光合作用的原理和应用两部分，根据学情计划分别用两个课时完成。本课时通过让学生了解光合作用是如何发生的，认识到细胞生命活动中物质和能量的统一，提升学生的物质与能量观。 2.学习者分析 授课对象是高一学生，学生通过对前面知识的学习已经了解了光合色素、叶绿体的结构、酶、ATP等相关知识，在初中阶段的学习也已经对光合作用基本过程有了大体的认识，但是学生对光合作用详细的过程有待深入探究。高中学生具备了一定的观察、认知能力以及小组合作能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善。所以在教学过程中，应创设学生活动的机会，并进行适当的引导，让学生成为学习活动的主体。 3.学习目标确定 本课时内容根据课标要求: “细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域”。“说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能”。 学生经历学习过程后应达成的目标： (1)通过对光合作用光反应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，认同细胞生命活动过程始终贯穿着物质和能量的变化，形成物质和能量观等生命观念。 (2)构建光反应和暗反应的过程模型，理解二者之间的关系，培养科学建模的能力。并通过表格比较光反应与暗反应，培养归纳、概括等能力。 4.学习重点难点 1. 教学重点 光合作用的原理 2. 教学难点 光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系 5.学习评价设计 评价内容 评价量规 自我评价 能说出光反应与暗反应的过程及二者之间关系 ★★★ 能结合实例准确分析光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系 ★★★★ 6.学习活动设计 环节一：创设情境导入新课并复习光合作用的概念 教师活动1 图片展示：鱼缸里“绿色清洁工”-小球藻 提问1：同学们，有没有观察过家里鱼缸如果长时间不换水，水会慢慢变绿，还会出现一层薄薄的绿色漂浮物 —— 其实这就是小球藻在 “安家落户”。神奇的是，有小球藻的鱼缸，水质往往不容易发臭，鱼也能活得更久。大家有没有想过：这些不起眼的绿色小生物，到底在鱼缸里做了什么？ 提问2：在初中阶段大家就学习过光合作用，现在请大家回顾初中所学知识，谈谈对光合作用的理解。（教师引导从原料、产物和条件等方面考虑） 总结：那么这个 “能量转化” 的过程具体是怎样发生的？阳光如何被 “捕捉”？二氧化碳和水又是怎样变成有机物和氧气的？今天，我们就顺着小球藻的 “魔法线索”，一起走进光合作用的微观世界，揭开它的神秘面纱。 学生活动1 学生观看图片 思考并回答问题。 小球藻在进行光合作用 学生回答光合作用的概念：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。 活动意图说明：激发学生学习兴趣，通过小球藻引导学生复习回忆初中所学的光合作用概念，引发学生思考光合作用的具体过程 环节二：探索光合作用原理的部分实验 教师活动2 【希尔反应】组织学生阅读教材“思考讨论”第1、2段 提问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？ 【鲁宾和卡门】组织学生阅读教材“思考讨论”第3段 提问1．鲁宾和卡门用了什么科学方法？ 2．该实验的自变量是什么？其他变量应如何处理？ 3．该实验可以得出来的实验结论是什么？ 【阿尔农发现】组织学生阅读教材“思考讨论”第4段 提问：尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 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两个阶段。 学生活动2 学生分析该实验，小组合作回答下列问题： 1.不能说明。没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。 2.能够说明。该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，是相对独立的反应阶段。 学生独立思考并回答： 1.利用的是同位素示踪法。 2.该实验的自变量是同位素氧原子的标记位置；其他变量应保持相同且适宜。 3.光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水，而并不来自CO2。 学生思考并画示意图 活动意图说明：将探究光合作用原理的部分实验进行分析学习,用事实为概念构建搭台子，有助于学生更好理解光合作用具体过程是如何发生的，同时也是科学本质的教育——基于证据和逻辑，实现在概念构建的过程中进行科学思维的训练。 环节三：理解光合作用原理 教师活动3 组织学生进行小组合作学习，通过阅读课本P103~104光合作用的过程，并完成表格。 比较项目 光反应 暗反应 进行部位 条件 物质变化 水的光解: ATP的形成: CO2的固定: C3的还原: 能量变化 光能→ → 联系 光反应为暗反应提供 ; 暗反应为光反应提供 教师播放光合作用动画梳理过程 提出【讨论】 试利用同位素标记法分析光合作用过程中各元素的转移途径。 (1)用放射性同位素分别标记H2O中的H和O，则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性？ (2)若标记CO2中的14C，请写出光合作用中14C的转移途径。 学生活动3 学生先阅读相关内容，小组同学之间相互讲解过程,并完成表格。 各小组交流讨论、成果展示 学生黑板展示，再次理解光合作用原理 活动意图说明：通过自主阅读教材，小组合作填表等方式理解光合作用过程，认同细胞生命活动过程始终贯穿着物质和能量的变化，形成物质和能量观等生命观念；表格使知识更为清晰，同时培养学生归纳概括能力和语言表达能力。 环节四：环境条件骤变后光合作用各物质含量的变化分析 教师活动4 引导学生观察光合作用的过程图，设问，当光反应减弱，暗反应的NADPH和ATP的来源被阻断，暗反应会变弱，而反过来，当暗反应减弱，光反应会受到怎样的影响？ 展示下表 条件 光照变弱 CO2供应不变 光照变强 CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，光照不变 CO2供应由不足到充足，光照不变 C3含量 C5含量 NADPH和ATP的含量 （CH2O）的合成量 学生活动4 学生独立思考后回答问题，如有问题可小组合作解决 活动意图说明：通过引导学生分析环境条件骤变后光合作用各物质含量的变化情况，让学生深刻理解光合作用过程以及光反应、暗反应之间的联系，也为下一课时《光合作用原理的应用》奠定理论基础。 环节五 课堂总结 师生共同总结归纳光合作用的过程。 活动意图说明：总结构建光合作用的过程模型，培养学生科学建模的能力。 7.板书设计 光合作用的原理 一 总反应式 二 过程 8.作业与拓展学习设计 课堂：基础检测 1．下面是细胞中糖类合成与分解过程示意图。下列叙述正确的是（ ） （CH2O）+O2CO2+H2O+能量 A．过程①产生的[H]转移到H2O中，此过程只在线粒体中进行 B．过程①产生的能量全部储存在ATP中 C．过程②产生的（CH2O）中的O来自H2O D．植物细胞能进行过程①和过程②，动物细胞只能进行过程① 2.如图表示水稻细胞光合作用的过程,其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段,a、b表示相关物质。下列相关叙述不正确的是(　　) A.a、b可分别表示NADPH和ATP B.阶段Ⅱ主要发生于叶肉细胞叶绿体的基质中 C.阶段Ⅰ只能在光照下进行,阶段Ⅱ只能在黑暗条件下进行 D.阶段Ⅱ产生的部分有机物可进入筛管通过韧皮部运输 3.光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白质和光合色素组成的复合体。如图表示某高等植物叶肉细胞中光合作用部分过程示意图,图中虚线表示该生理过程中电子(e-)的传递过程。请据图回答下列问题: (1)PSⅠ和PSⅡ镶嵌在叶绿体的　　　　　上,含有的光合色素主要包括　　　　　　　　　　两大类。经过PSⅠ叶绿体中发生的能量变化为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)图示过程中,PSⅡ上光照驱动　　　　　过程产生H+,伴随着电子传递,PQ将叶绿体基质中H+转运至　　　　　　;同时,在形成NADPH的过程中消耗叶绿体基质中的部分H+,造成膜内外H+的浓度差。请结合图示信息分析,H+的跨膜浓度差在光合作用中的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)与PQ竞争可阻止电子传递到细胞色素b6f,若用该除草剂处理叶绿体,会导致NADPH含量显著下降,其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案1.A 2. C 3　(1)类囊体膜　叶绿素和类胡萝卜素　光能转变成NADPH中的化学能　(2)水的光解　类囊体腔　H+通过类囊体膜上的ATP合酶顺浓度梯度从类囊体腔转移至叶绿体基质,释放的能量直接用于ADP与Pi结合生成ATP　(3)DBMIB阻断电子传递,使PSⅠ无法接收电子,导致NADP+与H+无法结合生成NADPH 课后：1.真题训练 拓展应用， 1．（2024·广东·高考真题）2019年，我国科考队在太平洋马里亚纳海沟采集到一种蓝细菌，其细胞内存在由两层膜组成的片层结构，此结构可进行光合作用与呼吸作用。在该结构中，下列物质存在的可能性最小的是（　　） A．ATP B．NADP+ C．NADH D．DNA 【答案】D 2.（2024·江苏·高考真题）科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图1是蓝细菌光合作用部分过程示意图，图2是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题： (1)图1中H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP合酶，而O2能自由通过类囊体膜，说明类囊体膜具有的特性是 。碳反应中C3在 的作用下转变为（CH2O），此过程发生的区域位于蓝细菌的 中。 (2)图2中蓝细菌光合放氧的曲线是 （从“甲”“乙”中选填），理由为 。 (3)在一定条件下，测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a含量，建立叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线，用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表： 实验目的 简要操作步骤 测定样液蓝细菌数量 按一定浓度梯度稀释样液，分别用血细胞计数板计数，取样前需① 浓缩蓝细菌 ② ③ 将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮 ④ 用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管，避光存放 建立相关曲线 用分光光度计测定叶绿素a含量，计算 【答案】(1) 选择透过性 ATP和NADPH 细胞质基质 (2) 乙 常温下光合作用产生氧气的量大于呼吸作用消耗氧气的量，这样植物才能积累有机物，正常生长 (3) 摇匀 稀释样液离心，取下层沉淀物 提取叶绿素 防止叶绿素降解 2实践类作业 进行调查或收集有关资料，分析可能影响光合作用强度的各种因素 9.特色学习资源分析、技术手段应用说明 1.利用鱼缸里“绿色清洁工”-小球藻创设情境，引起学生兴趣并充分利用初中所学光合作用的概念引发学生进一步思考光合作用的具体过程。 2.关于光合作用的原理，组织同学先自主阅读课本，然后相互讲解过程,并小组合作完成光反应和暗反应的比较表格。各小组交流讨论、成果展示后教师通过播放动画梳理光合作用过程，从而突破本节课重点。 3.课后通过真题训练，拓展学生对所学知识的应用，提高实验探究能力；实践类作业（进行调查或收集有关资料，分析可能影响光合作用的各种因素）激发学生主动探索、研究实际问题的兴趣，并为下一课时的学习奠定基础。 4．本节课的知识安排是采用学习心理学中的逐步分化原则，用探究光合作用原理的部分实验事实为概念构建搭台子，有助于学生更好理解光合作用的过程，也实现了在概念构建的过程中进行科学思维的训练。通过精心设计教学过程，让学生感知该过程中发生的物质变化和能量转化，提升生命系统的物质与能量观。 10.教学反思与改进 学科网（北京）股份有限公司 $