5.4光合作用与能量转化（第2课时）（教学设计）（含交互设计）生物人教版必修1
第5章细胞的能量供应和利用
第4节光合作用与能量转化(第2课时)
年级 | 高一年级 | 授课时间 | 1课时 |
课题 | 5.4光合作用与能量转化(第2课时) | ||
教材分析 | 本节课是必修1第5章《细胞的能量供应和利用》第4节“光合作用与能量转化”的第2课时，是在第1课时学习了捕获光能的色素和叶绿体结构的基础上，深入探究光合作用的具体过程——光反应和暗反应。本节内容承接细胞呼吸（能量释放）和ATP（能量货币）的知识，从能量转化角度揭示光合作用的分子机制，是理解生物圈能量流动和物质循环的核心内容，也为后续学习影响光合作用的因素、化能合成作用等内容奠定重要基础。 本课时聚焦于三大核心内容：一是“光合作用的探究过程”——通过希尔反应、阿尔农实验、鲁宾和卡门同位素标记实验、瓦伯格闪光实验、卡尔文实验等经典科学史，引导学生逐步构建光反应和暗反应的概念模型；二是“光反应和暗反应的过程”——掌握光反应（类囊体薄膜上，水的光解、ATP和NADPH的合成）和暗反应（叶绿体基质中，CO₂固定和C₃还原）的物质变化和能量转化；三是“化能合成作用”——了解硝化细菌等化能自养生物利用无机物氧化释放的化学能合成有机物的过程。内容设计体现了“结构与功能相适应”“物质与能量相统一”的生命观念，并通过科学史分析、模型构建等教学活动，培养学生的科学思维与科学探究能力。 | ||
教学目标 | 【知识目标】 (1)阐明光合作用的概念和化学反应式，理解光合作用的实质。 (2)通过分析科学史实验（希尔反应、阿尔农、鲁宾和卡门、卡尔文等），概述光反应和暗反应的过程、场所、条件、物质与能量变化。 (3)比较光反应与暗反应的异同，说明两者的联系。 (4)说出化能合成作用的概念和实例，比较光合作用与化能合成作用的异同。 (5)分析环境条件改变时，光合作用中C₃、C₅、NADPH、ATP等物质含量的变化。 【素养目标】 1.生命观念:理解光合作用是生物圈能量和物质转化的核心过程，认识光反应和暗反应的协调配合，形成物质与能量相统一的生命观念。 2.科学思维:能够分析科学史实验，构建光反应和暗反应的概念模型；能够比较光反应和暗反应的异同；能够运用“过程法”分析环境改变时物质含量的变化。 3.科学探究:通过分析希尔反应、鲁宾和卡门实验、卡尔文实验等科学史，体验科学探究过程；能够设计简单的实验验证光合作用产物的来源。 4.社会责任:认识光合作用原理在农业生产中的应用，形成科学服务农业生产的意识。 | ||
学情分析 | 【已有知识】 (1)学生已通过第1课时学习了叶绿体中色素的种类、吸收光谱和叶绿体的结构，知道类囊体薄膜和叶绿体基质是光合作用的重要部位。 (2)已学习细胞呼吸和ATP的知识，理解能量在细胞中的转化和利用。 (3)在初中阶段已接触过光合作用的概念和总反应式，知道光合作用需要光、CO₂和水，产生有机物和O₂。 (4)具备一定的实验分析能力和模型构建能力。 | ||
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| 【可能存在的困难】 (1)光反应和暗反应的具体过程较为抽象，物质变化和能量转化容易混淆。 (2)光反应和暗反应的联系（物质联系和能量联系）理解不深，容易割裂看待两个阶段。 (3)环境条件突然改变时各物质含量的变化分析（如光照减弱、CO₂减少）逻辑复杂，容易出错。 (4)化能合成作用的概念和实例理解不深，容易与光合作用混淆。 【教学策略】 (1)利用科学史时间线，引导学生跟随科学家的实验逐步构建光反应和暗反应的概念模型。 (2)利用表格对比光反应和暗反应在场所、条件、物质变化、能量转化等方面的异同。 (3)通过动画演示和流程图，帮助学生直观理解光反应和暗反应的过程及联系。 (4)通过“过程法”和“模型法”分析环境改变时物质含量的变化，突破难点。 (5)利用闯关游戏巩固核心概念。 |
教学重、难点 | 【教学重点】 (1)光反应和暗反应的过程、场所、条件及物质能量变化。 (2)光反应与暗反应的联系。 (3)化能合成作用的概念与实例。 【教学难点】 (1)光反应和暗反应中物质变化与能量转化的内在联系。 (2)环境条件改变时C₃、C₅等物质含量变化的分析。 |
教学过程 | |||
教学内容 | 教师活动 | 学生活动 | |
新课导入 | 活动体验：请同学们做深呼吸运动
【讨论】 1．人进行呼吸运动时会向外界排出二氧化碳，为什么环境中氧气不会大量减少，二氧化碳不会不断增多? 引出学习主题—光合作用的原理与应用 | 做呼吸动作。
明确本节课学习主题。 | |
新知探究 | 一、光合作用的原理 | 【知识讲解】光合作用的概念、总反应式 (1)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。 (2)总反应式:
【思考】 | 回应互动，认真聆听并做笔记。
思考 |
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| 和应用
| ①光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？还是二者兼有？ ②叶绿体是如何将光能转化为化学能？ ③又是如何将化学能储存在糖类等有机物中？ 【活动探究1】跟着科学家，构建光反应概念模型
【思考】(1)Fe3+与什么物质结合被还原成Fe2+？(用化学反应式表示)
【思考】(1)结合资料1和资料2的化学反应说明，水的光解除了产生O2外,还产生了什么物质?(用化学反应式表示) [史料3]1941年鲁宾和卡门用一定比例的18O标记CO2和H2O，反应后检测释放的O2所含有的同位素标记的O2比例。实验结果见下表：
【思考】(1)表中数据有何规律?说明光合作用释放的O2来自光合作用的哪种反应物? [史料4]将叶绿体从植物叶片提取出来，将其膜破坏、离心后获得绿色的类囊体和淡黄色的叶绿体基质，进行如下实验：
| 并尝试回答。
小组合作讨论完成任务。
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