3.2光合作用——光能的捕获和转换（第二课时）教学设计2026-2027学年高一上学期生物苏教版必修一

该高中生物学教学设计聚焦光合作用的光反应、暗反应及叶绿体结构功能，通过复习光合色素知识，结合叶绿体光照分布示意图和希尔实验导入，构建“结构-功能”学习支架，衔接前后知识点脉络。 资料特色在于运用结构图示拆解、多维对比及阶梯问题链驱动教学，体现生命观念（结构与功能观）、科学思维（对比归纳）和探究实践（小组合作绘制流程图），如卡尔文循环三阶段拆解、光反应暗反应四维对比，帮助学生建立知识闭环，为教师提供分层教学资源。

教学设计 课程名称 光合作用——光能的捕获和转换（第二课时） 选用教材 高中生物苏教版必修一 教学章节 第三章第二节 授课对象 高一学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本课时承接第 1 课时光合色素捕获光能，先讲解叶绿体微观结构与光照下分布适应，希尔离体叶绿体实验证明光合作用场所为叶绿体；将光合作用划分为光反应、暗反应两大耦合同步阶段，出示光合作用完整过程示意图，分步拆解光反应（类囊体薄膜，水光解、电子传递、ATP 与 NADPH 生成、释放氧气）、暗反应（叶绿体基质卡尔文循环，CO₂固定、C₃还原、RuBP 再生、糖类合成）；课外阅读板块细化卡尔文循环三阶段：CO₂固定、氧化还原、五碳化合物再生；书写光合作用总反应式，明确原料、条件、场所、产物；拓展知识链接化能合成作用，以硝化细菌为例对比光合自养与化能自养的能量来源差异；构建 “叶绿体结构→光反应类囊体光能转化→暗反应基质卡尔文循环碳固定→总反应式→化能合成作用对比” 完整知识闭环，完整完成本节光合作用全部知识点教学。 二、学情分析 1. 知识基础 学生第 1 课时掌握光合色素吸收红光蓝紫光、纸层析分离四类色素；前单元掌握 ATP、NADPH 高能储能物质、酶催化生化反应；化学学科理解氧化还原反应、化学键能量转化；但完全不理解光反应、暗反应场所分区、物质能量转化完整流程；无法区分光能驱动光合、化学能驱动化能合成的根本差异；不能完整梳理卡尔文循环碳元素循环再生逻辑，对光反应为暗反应供 ATP、NADPH 的耦合关系认知空白。 2. 能力基础 高一学生具备循环示意图拆解、反应式书写、案例对比推理的探究能力，能够结合类囊体分布光合色素推导光反应场所；但自主整合光反应物质变化、能量转化完整链条的归纳能力薄弱；无法独立对比光反应、暗反应在场所、条件、物质变化、能量转化四维维度差异；梳理卡尔文循环三阶段时容易混淆 C₅、C₃转化路径，需要教师分步展示全过程示意图、设置阶梯式问题分层引导梳理。 3. 认知基础 学生存在多处典型认知误区：第一，认为光反应、暗反应分步先后进行，不清楚二者同步耦合、相互依存；第二，误以为暗反应需要光照直接驱动，忽略暗反应不需要光，仅依赖光反应产物；第三，认为卡尔文循环只消耗 CO₂，不理解五碳化合物 RuBP 持续再生循环；第四，混淆化能合成与光合作用，误以为化能合成也利用太阳光能；第五，认为水光解、ATP 生成、糖类合成发生在叶绿体同一区域，分不清类囊体薄膜、叶绿体基质分区功能。 三、教学目标 1. 生命观念（结构与功能观、能量观、物质循环观） 叶绿体双层膜结构分区执行光合阶段：类囊体薄膜堆叠分布光合色素与光反应酶，专门捕获光能完成光反应；叶绿体基质分布暗反应全套酶，执行卡尔文循环碳固定，细胞器分区结构匹配两大反应功能；光反应将太阳光光能转化为 ATP、NADPH 中活跃化学能，暗反应将活跃化学能固定为糖类稳定化学能，完成光能→活跃化学能→稳定化学能的逐级转化；卡尔文循环实现碳元素无机环境 CO₂与生物有机物循环往复，建立细胞分区结构适配生化反应、能量逐级转化、元素循环流动的统一生命观念。 2. 科学思维 依托光照影响叶绿体分布示意图、光合作用全过程示意图、卡尔文循环环节示意图，分步归纳光反应、暗反应场所、条件、物质变化、能量转化；整合希尔离体叶绿体实验推理光合作用完整场所；横向四维对比光反应、暗反应的差异；对比光合自养、化能自养生物能量来源与合成有机物方式；拆解卡尔文循环 CO₂固定、还原、RuBP 再生三步碳循环路径，建立 “细胞器微观结构匹配反应功能、循环图示拆解物质转化、多维对比区分反应类型、能量链条梳理光能逐级转化” 完整推理链条。 3. 科学探究 能够依据光合作用全过程示意图自主绘制光反应、暗反应简易分区流程图，标注场所、物质输入输出、能量转化形式；小组合作拆解卡尔文循环三阶段，梳理 C₃、C₅相互再生循环路径；结合希尔离体叶绿体实验，自主设计对照实验验证光合作用场所；对比硝化细菌化能合成与植物光合作用，自主绘制两类自养方式对比表格；规范书写光合作用总反应式，完整标注条件、场所；能结合生活实例分析光照强弱对光反应、暗反应速率的连锁影响。 4. 社会责任 依托希尔离体叶绿体、卡尔文十年碳追踪实验，体会科学家拆分完整光合过程、分步解析微观生化循环的严谨创新科研精神；理解光合作用是全球碳氧平衡、粮食作物有机物积累的核心生理过程，是农业增产、大气生态稳定的生物学基础；认识土壤硝化细菌化能合成作用参与自然界氮元素、碳元素物质循环，维持土壤肥力；树立微观叶绿体分区生化反应支撑宏观农业生产、全球生态稳态的社会责任意识。 四、教学重难点 重点 1. 叶绿体微观分区结构，光照下叶绿体分布的适应机制，希尔实验证明光合场所为叶绿体； 2. 光反应：类囊体薄膜、水光解、ATP 与 NADPH 生成、光能转化活跃化学能； 3. 暗反应（卡尔文循环）三阶段：CO₂固定、C₃还原、RuBP 再生，基质碳固定合成糖类； 4. 光反应与暗反应耦合依存关系，光合作用总反应式书写； 5. 化能合成作用概念，硝化细菌合成有机物的能量来源，与光合作用对比。 难点 1. 完整梳理光反应、暗反应物质变化、能量转化的完整链条，区分两级能量转化； 2. 卡尔文循环 C₅、C₃持续再生循环逻辑，碳元素循环往复流动； 3. 光反应、暗反应同步耦合、相互依存的内在逻辑； 4. 区分光合作用光能供能、化能合成无机物氧化化学能供能的本质差异。 五、教学方法  结构图示拆解讲授法：借助叶绿体光照分布示意图、光合作用全过程示意图、卡尔文循环示意图拆解分区反应与碳循环；  多维表格对比教学法：四维对比光反应 / 暗反应、光合自养 / 化能自养；  能量链条梳理法：分层梳理光能→活跃化学能→稳定化学能转化路径；  案例拓展教学法：以硝化细菌为例讲解化能合成作用；  阶梯问题链驱动法：由叶绿体结构→光反应过程→卡尔文循环→光合总反应→化能合成对比层层设置递进问题引导思考。 六、教学资源 教材配套图文素材：光照强度影响叶绿体细胞内分布示意图、光合作用全过程示意图、卡尔文循环环节示意图；配套文本：希尔离体叶绿体实验文本、课外阅读卡尔文循环三阶段完整文本、知识链接化能合成作用反应式与硝化细菌案例文本。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 复习图示导入，梳理课时主线（5 分钟）  复习导入：上节课我们学习光合色素在叶绿体捕获红光、蓝紫光，本节课先讲解叶绿体微观结构与光照适应分布，通过希尔实验确定光合作用全部反应发生在叶绿体；将光合全过程分为光反应、暗反应两大同步耦合阶段，分步拆解物质、能量变化，细化卡尔文碳循环三阶段，书写完整光合作用总反应式；最后拓展硝化细菌化能合成作用，对比两种自养生物制造有机物的能量来源差异。  出示光照强度影响叶绿体分布示意图 抛出开篇引导思考题：弱光、强光下叶绿体分别聚集在细胞什么位置？这种分布变化对应叶绿体哪一项生理功能？  在黑板清晰板书本课时四大学习板块：叶绿体结构与光照分布适应、类囊体光反应完整过程、基质暗反应卡尔文循环三阶段、光合作用总反应式与化能合成作用对比。  回顾第 1 课时光合色素吸收光谱、纸层析实验结论，带着 “光反应暗反应分别发生在叶绿体什么区域、光能如何转化为糖类化学能、卡尔文循环中五碳三碳化合物如何循环再生、硝化细菌不靠阳光怎么制造有机物” 四类疑问进入新课学习。  四人小组观看叶绿体光照分布示意图，互相交流开篇分布思考题的初步猜想，完整记录课时四大学习板块框架，预留充足时间用于循环图示拆解、小组对比讨论。 环节二 模块 1 叶绿体结构、希尔实验、光反应完整过程（12 分钟）  分层讲解叶绿体结构与光照适应：双层膜细胞器，内部堆叠类囊体薄膜，光合色素、光反应相关酶全部附着类囊体膜；叶绿体基质分布暗反应全套酶；弱光环境叶绿体聚集细胞表层，最大化接收光照捕获光能；强光下移至细胞侧壁，避免过量强光氧化破坏色素。希尔离体叶绿体实验：研磨绿叶获取离体叶绿体悬浮液，光照下可分解水释放氧气，直接证明完整光合作用全部场所为叶绿体。 分层思辨提问：光合色素分布在类囊体薄膜，这一结构特点和光反应捕获光能存在什么对应关系？如果破坏叶绿体类囊体结构，光照下还能否生成 ATP、释放氧气？  出示光合作用全过程示意图 分步拆解光反应完整过程，场所：叶绿体类囊体薄膜，必须有光照驱动： 第一，水光解：光合色素捕获光能驱动水分子分解，释放氧气、氢离子与电子； 第二，电子传递：水光解释放电子沿传递链移动，能量逐步释放； 第三，能量转化：光能先转化为电能，再转化为活跃化学能，储存于 ATP、NADPH； 同步总结光反应产物：氧气（释放排出细胞）、ATP、NADPH（扩散进入基质，专供暗反应还原 C₃）。 分层递进提问：光反应产生的 ATP、NADPH 为什么不能留在类囊体，需要运输到叶绿体基质？光反应如果持续遮光，ATP、NADPH 合成会立刻停止，暗反应会出现什么变化？  观看叶绿体光照分布示意图、光合作用全过程示意图，完整记录叶绿体分区结构、光反应场所、三步物质能量变化，小组内分组回答分层思辨、递进提问，建立类囊体结构匹配光反应功能的逻辑。  同桌配合绘制光反应简易流程图，标注光能输入、水光解、ATP 与 NADPH 生成、氧气释放，标记光反应产物全部供给暗反应的耦合关系。  结合希尔离体叶绿体实验，理解完整叶绿体结构是完成全部光合作用的必要条件。 环节三 模块 2 暗反应卡尔文循环三阶段、光合总反应式（13 分钟）  出示卡尔文循环环节示意图（教材第 92 页），分步拆解暗反应完整过程，场所：叶绿体基质，不需要光照直接驱动，依赖光反应 ATP、NADPH 供能、供氢，分为连续三阶段： 第一，CO₂固定：五碳化合物 RuBP 结合空气中 CO₂，生成两分子三碳化合物 C₃； 第二，氧化还原反应：光反应提供 ATP、NADPH 驱动 C₃还原，一部分 C₃脱水缩合生成葡萄糖等糖类有机物； 第三，RuBP 再生：剩余大部分 C₃经过多步反应重新生成五碳 RuBP，持续循环固定 CO₂。 整合总结卡尔文循环核心：碳元素从无机 CO₂转化为生物有机物，五碳化合物持续再生循环，不会一次性消耗完毕。  书写光合作用完整总反应式： 讲解式中 (CH₂O) 代表糖类等全部光合合成有机物，梳理反应式原料、条件、场所、产物、能量转化完整链条。  分析光反应、暗反应耦合依存关系：无光→光反应停止→ATP、NADPH 耗尽→暗反应 C₃还原中断；无暗反应持续消耗 ATP、NADPH→产物堆积反馈抑制光反应，二者同步持续进行、缺一不可。  观看卡尔文循环示意图，自主梳理 CO₂固定、C₃还原、RuBP 再生三步循环路径，小组内追踪碳元素从无机 CO₂到糖类的完整流动过程。  规范书写光合作用总反应式，完整标注光能条件、叶绿体场所，同桌配合四维对比表格梳理光反应、暗反应在场所、光照需求、物质变化、能量转化四项维度全部差异。  结合全过程示意图，理解两大阶段同步耦合、相互供给产物的依存逻辑。 环节四 模块 3 化能合成作用、课堂分层完整小结（12 分钟）  知识链接拓展化能合成作用：少数微生物无光合色素，无法捕获太阳光能，依靠氧化环境中无机化合物（氨、亚硝酸）释放的化学能，驱动二氧化碳、水合成糖类有机物，该过程称为化能合成作用；典型实例：土壤硝化细菌，分两步氧化氨获取化学能，全程不需要光照。 分层对比光合作用与化能合成：相同点：均可将无机物 CO₂、水合成有机物，属于自养型生物；根本差异：光合作用能量来源为太阳光光能，化能合成能量来源为无机物氧化释放的化学能。 配套拓展提问：深海无光环境中存在化能合成细菌，能否依靠植物光合作用生存？硝化细菌如果隔绝氨源，还能否完成化能合成制造有机物？  课堂分层完整小结梳理：第一层，叶绿体分区结构：类囊体膜光反应、基质暗反应，叶绿体随光照改变分布适应环境；第二层，光反应（类囊体，需光）：水光解、光能转化为 ATP/NADPH 活跃化学能，释放氧气；第三层，暗反应卡尔文循环（基质，不需光）：CO₂固定、C₃还原、五碳再生，合成糖类稳定化学能；第四层，光合总反应式完整表达；第五层，化能合成依靠无机物化学能制造有机物，与光合光能供能形成对比。  小组合作绘制光合自养、化能自养对比清单，区分能量来源、色素需求、生物类型，回答拓展提问，理解无光环境生态依靠化能合成维持物质循环。  跟随教师梳理五层课堂综合小结，同桌互相抽查叶绿体分区功能、光反应暗反应物质能量变化、卡尔文循环三阶段、化能合成核心特点，记录课后综合巩固任务。  结合农业生产实例，分析光照强度改变同步影响光反应、暗反应速率的连锁生理变化。 环节五 课堂收尾、分层课后综合巩固任务（5 分钟）  完整复盘本节两课时全套核心内容，重点梳理光合作用探究科学史、光合色素提取分离、叶绿体分区结构、光反应暗反应完整过程、卡尔文循环、化能合成对比六大核心板块，贯穿分子结构匹配生化功能、光能逐级转化、碳元素循环流动三大核心生命观念。  分层布置课后综合巩固任务：基础任务默写光反应暗反应场所、物质能量变化、光合作用总反应式；提升任务完整梳理卡尔文循环三阶段碳元素转化路径，四维对比光反应暗反应差异；综合探究任务结合农业大棚种植，分析遮光、补光分别对光反应、暗反应的影响，书写光合作用对全球碳氧平衡、粮食生产的意义短文，整理两课时全套课堂笔记。  同桌互相抽查两课时全部核心知识点，轮流梳理光合色素吸收光谱、层析分布、光反应暗反应完整流程、卡尔文循环、化能合成与光合差异。  完整记录三层分层课后综合巩固任务，小组线上分配农业光照影响光合探究分析分工，整合两课时完整光合作用知识框架。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托希尔离体叶绿体拆分光合场所、卡尔文十年持续追踪碳循环的科研历程，引导学生体会拆分复杂生化过程、长期坚持微观物质追踪、依托循环图示揭示代谢规律的严谨钻研、创新实验的科学品格；通过叶绿体类囊体、基质分区分别执行光反应、暗反应，光暗反应相互供给产物、耦合依存，卡尔文循环碳元素往复再生，让学生建立细胞内微观结构、生化反应、物质能量循环相互协调、整体统一的系统性生命观念；结合农业大棚光照调控增产、硝化细菌改良土壤肥力、光合作用平衡全球大气碳氧含量实例，直观展现叶绿体微观光合生化反应支撑粮食安全、土壤生态、全球气候稳态，树立基础细胞生物学理论服务农业生产、生态环境保护的社会责任意识。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课依托叶绿体光照分布示意图、光合作用全过程示意图、卡尔文循环示意图开展授课，大部分学生能够记住光反应类囊体、暗反应基质场所，但存在明显短板：学生容易混淆光反应、暗反应光照需求，错误认为暗反应需要光照直接驱动；卡尔文循环 C₃、RuBP 再生循环抽象，部分学生无法梳理碳元素完整流动路径；光反应、暗反应耦合依存逻辑理解不透彻，不能分析遮光后暗反应连锁变化；化能合成与光合作用能量来源对比信息零散，学生自主归纳二者根本差异耗时较长；卡尔文循环理论讲解占用较多时间，留给小组两类反应多维对比、农业光照实例分析的交流时间不足，学生自主梳理能量转化链条、区分自养类型的逻辑训练不够充分。 2 修改措施 课前发放叶绿体分区、光暗反应基础填空预习单，提前铺垫基础概念；课堂压缩卡尔文循环理论讲授时长，增加 6 分钟小组光暗反应多维对比、化能合成与光合差异讨论环节；配套光合作用总反应式书写、卡尔文循环碳路径匹配判断题当堂巩固；分步动态动画展示光反应水光解、卡尔文循环三阶段完整碳流动全过程，直观呈现微观循环机制；课前推送希尔离体叶绿体、卡尔文循环科普短视频，降低抽象代谢循环理解难度；预留充足小组思辨交流时间，强化学生依托循环图示多维对比、梳理能量物质转化链条的科学思维训练。 学科网（北京）股份有限公司 $