光合作用教案.doc

光合作用
    第三节 光合作用
    一、素质教育目标
    (一)知识教学点
    1.了解叶绿体中色素的种类及作用、光合作用的实质和意义。
    2.理解光合作用的概念、总反应式。
    3.掌握光合作用的过程及图解。
    (二)能力训练点
    1.通过多媒体投影,对光合作用过程图解的分步展示,运用化学知识理解物质和能量变化,理顺所学知识的逻辑顺序,启迪学生的形象思维,培养学生观察联想、归纳综合、灵活应用知识的能力。
    2.通过读书和师生的讨论活动,培养学生自学和主动探索新知识的技能、技巧。
    (三)德育渗透点
    1.通过生物结构和生理功能相统一,物质代谢和能量代谢相联系等生物科学知识的学习和理解,帮助学生树立辩证唯物主义的观点。
    2.通过科学家研究光合作用暗反应的科研成果的介绍,对学生进行热爱科学,献身科学的思想教育。
    (四)学科方法训练点
    1.学会使用图和表的形象思维方法,用抽象的生物语言,按逻辑思维顺序表达其内涵,初步掌握理解新知识的记忆方法。
    2.运用化学基础理解光反应和暗反应的过程,实质上就是氧化还原过程的知识迁移。
    二、教学重点、难点、疑点及解决办法
    1.教学重点及解决办法
    教学重点是光反应和暗反应的生理过程。
    [解决办法]
    通过读书、思考、讨论、讲述、多媒体连环图解和课堂练习,反复强化来突出重点。
    2.教学难点及解决办法
    (1)光反应和暗反应的场所与条件、物质与能量转换的关系。
    (2)光反应和暗反应的区别和联系。
    [解决办法]
    (1)指导学生读书、思考、理解光合作用连环图,学习写分步反应式时,必须有场和条件,物质与能量的变化总是同时发生,才能表达其完整性和科学性。
    (2)通过列表比较光反应和暗反应,启发学生归纳总结二者在物质和能量上的联系。
    3.教学疑点及解决办法
    (1)为什么光合作用是自然界最基本的物质代谢和能量代谢?
    (2)为什么暗反应的第二阶段叫“还原”?
    [解决办法]
    (1)根据光合作用的生理意义,植物通过光合作用将无机物变成有机物,将光能转变为有机物内的化学能,而且还将这些物质和能量供给其他生物,没有光合作用,生物体内的物质代谢和能量代谢都无法进行。
    (2)在暗反应中,C3化合物转变成C6H12O6,C3是一个得到氢的过程,所以,第二阶段叫“还原”。
    三、课时安排:2课时。
    四、教学方法
    启发式讨论为主、兼用比较分析小结式讲述法。
    五、教具准备
    1.多媒体课件
    (1)叶绿体亚显微结构图。
    (2)叶绿体中色素分子图解。
    (3)光反应和暗反应过程分步显示连环图。
    (4)学生复习、思考、练习题及相关图表。
    2.多媒体教学相关器材等。
    六、学生活动设计
    1.学生讨论回忆叶绿体在光下制造氧气和淀粉等光合作用的相关知识。
    2.视图复习叶绿体的亚显微结构、化学成分和功能。
    3.采取读书思考、讨论小结、练习校正等多种形式的学习活动。
    七、教学步骤
    (一)明确目标
    1.了解叶绿体中色素的种类、颜色和作用。
    2.理解光合作用的概念和图解。
    3.掌握光合作用的生理过程。
    (二)重点、难点的学习与目标完成过程
    引言:同学们在初中已学过光合作用,你们还记得光合作用的概念吗?我们曾做过哪些与光合作用相关的实验?学生议论后,齐声朗读P·61,光合作用概念一段。
    (一)光合作用的概念
    教师点评强化,光合作用是绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水合成储存能量的有机物,并且释放氧的过程。其中的有机物通常是葡萄糖,进而可以合成蔗糖或淀粉(即单糖可以合成二糖或多糖)等。
    (二)叶绿体中色素的种类、颜色和作用
    绿色植物的光合作用是在叶绿体中进行,请大家注视屏幕,回忆叶绿体的亚显微结构,用鼠标依次点击叶绿体的各个结构,让同学回忆叶绿体是由外膜、内膜、基质和基粒几部分组成,同时启发学生进一步联想,叶绿体中“色素分子”和“多种酶”分布的位置。再点击鼠标,画面上依次显示基粒及片层结构和基质的闪动,反映色素分子和酶的分布位置。这些色素分子和酶与叶绿体的光合作用有密切的关系。通过叶绿体中色素提取和分离实验可知,叶绿体中的色素有两类四种(荧屏显示):
    提    问:既然叶绿体中有四种色素,为什么生物的叶片大都呈绿色?
    学生讨论后小结:(略)
    让白色的自然光通过叶绿体色素的酒精提取液,将透过的光用三棱镜散射,发现光栅上红光和蓝紫光处呈暗带,请同学们想一想,这是为什么?
    叶绿体中的色素能吸收太阳光,其中类胡萝卜素吸收蓝紫光,叶绿素吸收蓝紫光和红光。叶绿素分子比类胡萝卜素分子多吸收红光,它的吸光能力要强些,同时它还能利用光能使水分解。
    光合作用包括一系列的物质转化和能量转化,它是怎样产生氧气、制造有机物的呢?下面,让我们共同来讨论光合作用的生理过程。
    (三)光合作用的过程
    请同学读书P·62-P·63,思考并总结第一阶段的相关知识。请学生回答:
    屏幕显示,光合作用过程表解,表中各项答案空缺,待学生讨论回答后,教师对学生回答点拨、指正,屏幕再分步显示答案。
    请按表格的要求比较光反应和暗反应的区别和联系:
    1.光反应
    (1)部位:叶绿体片层结构薄膜上。
    (2)条件:需光、H2O、色素分子和酶。
    (3)物质变化:水的光解:2H2O→4[H]+O2
    (4)能量转换:光能→ATP中的活泼的化学能
    教师小结性重述,并联系表中的知识,边讲边板画光反应连环图(教材P·64图21)。
    2.暗反应:学生再次读课文P·65,依次回答以下四个知识点。屏幕显示方法同光反应。
    (1)部位:叶绿体基质中。
    (2)条件:需多种酶和CO2
    (4)能量转换:ATP中的活泼的化学能→有机物中的稳定的化学能。
    教师小结性重述,仍密切联系表中有关暗反应的知识,边讲边板画暗反应连环图,强调暗反应的条件需多种酶催化,在有光或无光条件下都可以进行;同时简要说明C3得到氢叫还原。
    此过程又叫卡尔文循环,是卡尔文用十年时间研究发现的,任何科学发现都是科学家经过不懈努力的结果,所以同学们对待学习要有不断努力、持之以恒的拼搏精神。
    学生总结光反应和暗反应的联系,教师引导,主要把握:光反应为暗反应提供了还原剂[H]、能量ATP;暗反应是光反应的继续,最终完成了把无机物化合成有机物,把光能储存在有机物的过程。
    此时,表内内容填写完成。
    (三)布置作业
    1.在正常条件下进行光合作用的植物,当突然改变某条件后,发现叶肉细胞内三碳化合物的含量突然上升,则改变的条件是                                          [    ]
    A.停止光照
    B.停止光照并降低CO2的浓度
    C.升高CO2的浓度
    D.降低CO2的浓度
    2.暗反应是否必须在夜间黑暗条件下进行?
    参考答案:1.A; 2.不是,暗反应和光反应几乎是同时发生,暗反应中的“暗”的含义是不利用光,在有光条件下能够正常进行。
    (四)板书设计
    (一)光合作用的概念
    (二)叶绿体中色素的种类、颜色及作用
    (三)光合作用的生理过程:P·64图21
    七、教学步骤
    (一)明确目标
    屏幕显示本堂课应达到的教学目标:
    1.了解光合作用的实质和意义。
    2.理解光合作用的总反应式。
    3.理解光反应和暗反应的区别和联系。
    (二重点、难点的学习与目标完成过程 
    引言:上节课我们知道光的概念和过程,请同学们看屏幕回忆(示光合作用连环图),根据光合作用图解上的番号,请回答
    1.(1)填写下列物质的名称:
    A____B____C____D____
    E____F____G____H____
    (2)上图中B存在于____的____薄膜上;B利用A将水分解,为暗反应提供C;C是____剂,参与暗反应;B还将A转变为____并存储在____。
    (3)在H的参与下,暗反应才能正常进行,首先D与F结合形成E,这个过程叫做____;E接受光反应提供的能量,被____还原,形成G和____,光反应提供的能量存储在____中。
    参考答案:
    (1)A.光能、B.叶绿体中色素、C.[H]、D.CO2、E.2C3、F.C5、G.C6H12O6、H.多种酶;
    (2)叶绿体、基粒片层结构、还原、化学能、ATP;
    (3)CO2的固定、[H]、H2O、C6H12O6;
    2.光合作用的总反应式应怎样表达?学生思考后回答:
    教师指向反应式,让学生再次口述光合作用的概念,理解总反应式与概念的关系,由此可知,6CO2+12H2O*是光合作用的原料,C6H12O6+6O2*+6H2O是光合作用的产物,光能和叶绿体是光合作用的条件和场所。
    3.C6H12O6中的C、H、O分别来自哪些反应物?学生回答:H2O、CO2。
    4.由于新陈代谢的实质是物质代谢和能量代谢,那么,光合作用的实质应该是什么?答:(略)。
    5.通过以上学习的内容,我们应该怎样去认识光合作用的意义呢?请学生阅读教材P·64-P·65,讨论并小结:(1)光合作用是自然界中有机物的来源,为人和动物提供了食物;(2)光合作用使大气中O2和CO2的含量基本保持动态平衡,是地球上有氧呼吸型生物O2的来源;(3)光合作用把光能转变成化学能,阳光是生物能量的最终来源。
    (三)总结、扩展
    1.C6H12O6是有机物糖类中的单糖,自然界中的C6H12O6是由CO2和H2O通过光合作用合成的,在合成过程中,将太阳光能转变为化学能,稳定储存在分子结构复杂的C6H12O6化学键中,是储存能量的合成代谢。
    2.从暗反应图中可知,此反应是在循环式的进行着,它不断地固定CO2,在还原碳产生C6H12O6的同进还产生C5,C5将固定新的CO2,这个循环周而复始,使暗反应得以持续进行。
    3.ATP与ADP也是周而复始地循环着,二者的循环结果不断地将光能转变为有机物(C6H12O6)中稳定的化学能。
    4.光反应在基粒及片层结构薄膜上进行,暗反应在基质中进行,故绿色植物光合作用过程在叶绿体中进行,所以光合作用总反应式的条件应该是叶绿体而不是叶绿素,同学们常常在书写总反应式时,把叶绿体错写为叶绿素,犯了概念上的错误。
    5.从光合作用发生的生化反应可以看出,光合作用是一个氧化还原过程。在绿色植物体内,以叶绿素吸收光能作为反应的推动力,在生物酶的参与下,将水光解为O2和[H],并用[H]去还原CO2,最终生成富含能量的有机物。这一系列反应,绿色植物是在常温常压下完成的,在其它情况下是无法实现的。但就其化学本质,光合作用过程是一系列化学反应过程,所以,化学知识是学习生物的基础,生物科学与各学科的结合带来美好的前景,是当今生物学发展的大方向,我们所学的各学科知识都是相互渗透、相互联系的,我们只有不偏科,才能全面发展。
    6.为什么光合作用是生物界中最基本的物质代谢和能量代谢?
    光合作用把无机物制造成有机物,为动物和人提供了食物和栖所,为有氧呼吸型的生物提供了氧气,保证了自然界中二氧化碳和氧气含量的动态平衡,保证了生物界和无机环境之间的物质循环;光合作用把光能转变成存储于有机物中的化学能,是生物界所需能量的最终来源,也是生态系统能量流动的前提,为生物的生存提供了能量。
    我们珍爱大自然,关键在于保护绿色环境,其实质是发挥自然界光合作用的最大潜能,为人类的生存和发展提供最根本的条件。
    (四)布置作业
    教材P·56练习题。
    (五)板书设计
    (三)光合作用的生理过程(见教材P·64图22)
    (四)光合作用的总反应式
    (五)光合作用的实质
    (六)光合作用的意义
    八、参考资料
    1.光合作用产生氧气的量大约每年1000多亿吨,大气中的氧气总量约200多万亿吨,平均每隔2000年要经过植物光合作用循环更新一次。
    2.枫叶、秋海棠等植物是红色叶片,因其细胞液中含有许多红色的花青素,所以叶子是红的,但是叶肉细胞里的叶绿体含有叶绿素,它们和其他植物一样,也能进行光合作用。秋天叶片变红,是因为叶绿素受低的温度刺激很快被分解,细胞里产生了大量的红色花青素的结果;叶片变黄,主要是因为叶绿体中叶黄素的含量相对增多的缘故。
    3.海里生长的植物也含有叶绿素,但含量不多。一般浅海植物的叶绿素含量较多,深海植物的叶绿素含量较少。藻类植物还含有藻胆素,所以,藻类植物具有许多不同的颜色。
    4.植物的嫩芽和新叶含叶绿素较少,一般呈浅绿色;老叶含叶绿素较多,颜色较深。

教学目标 
一、知识方面
1、使学生了解光合作用的发现过程。
2、使学生了解叶绿体中色素的种类、颜色及其吸收的光谱；初步学习光合色素的提取方法及其在滤纸上的分布。
3、掌握光合作用的概念、实质、总反应式、光反应、暗反应的具体过程、光反应与暗反应的区别与联系及光合作用的意义。
4、应用所学的光合作用的知识，了解植物栽培与合理利用光能的关系。
二、能力方面
1、通过叶绿体色素的提取与分离实验，初步训练学生的实验室操作技能及相关仪器、药品的使用能力。
2、通过探讨光合作用的氧来源，初步训练学生的实验设计能力。
3、通过分析、讨论光合作用的光反应和暗反应具体过程，培养学生良好的思维品质。
三、情感、态度、价值观方面
1、通过学生对绿色植物的光合作用意义的理解，增强学生保护生态环境的意识。
2、通过学生讨论“如何利用光合作用的原理提高作物产量”这一问题，加强对科学、技术、社会（STS）的关注。
④很多植物的叶片到秋天会变红，很多植物的花在一天的不同时间中也会呈现不同的颜色，学生知道这是什么的原因吗？
本题涉及了植物细胞中色素及其比例变化的问题。一般来说，正常叶片的叶绿体中有两大类光合色素，其中叶绿素和类胡萝卜的分子比例为三比一，叶绿素a和叶绿素b也约三比一，叶黄素和胡萝卜的比为二比一。由于绿色的叶绿素比黄色的类胡萝卜素多，占优势，所以正常叶子总是呈现绿色。秋天、条件不正常或叶衰老时，由于叶绿素较易被破坏或先降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现黄色。
至于红叶，不是叶片中叶绿体的色素造成的，而是由细胞液泡中的花色素引起的。因秋天温度降低，植物体内积累较多糖分以适应寒冷，体内的可溶性糖多了，就形成较多的花色素储存于液泡中。而花色素类似于酸碱指示剂，从碱性到酸性会呈现从蓝色到红色颜色渐变，具体而言是，pH=7~8 时呈淡紫色；pH<3时，呈红色；pH>11则呈蓝色。由于秋天时液泡中花色素增多，且细胞液pH值又偏酸性，因此叶子就变红了。
不仅如此，花色素的颜色也会随环境中存在的不同的金属离子而改变，所以同一种花色素在不同的花中，或是同一种花由于种植的土壤不同，都能显出不同的颜色。
学生可以回家做一个小实验，找一朵开红花的牵牛花，用手把花瓣使劲揉一揉，使花瓣细胞的液泡破裂，然后把这朵花放到洗衣粉水中（碱性环境），花瓣的颜色会由红色变为蓝色。这样学生就可以理解其中的原因了。
第二课时
1、引言
教学时可从光合作用的总反应式入手，或从与初中阶段的光合作用总反应式的比较入手，可采用老师讲授，或学生讨论，或学生根据总反应式提出光合作用氧来源假设，即水中的氧是来源于水还是二氧化碳，还是共同来源于二者，条件好的班还可让学生想办法证明这些假设，以训练学生的实验设计能力。
在搞清楚光合作用中的全部氧气来自于水中的氧后，让学生回忆初中生物学课本中的光合总反应式，并让学生对该反应式配平，要求尤其要求反应式左右氧原子的配平，通过这个工作，可使学生深切认识到，光合作用的反应物与产物中都需要水这一重要生物学事实。
2、光合作用的具体过程
可以教师讲解为主，可用板图、挂图、或多媒体课件的形式尽量把微观的物质变化形象化。
在讲清楚光合作用光反应与暗反应的过程后，应把重点放在光反应与暗反应的区别和联系上，可利用表解的形式让学生分析讨论：

光反应
暗反应
区
别
反应性质
光化学反应
酶促反应
与光的关系
必须在光下进行
与光无直接关系，在光下和暗处都能进行
与温度的关系
与温度无直接关系
与温度关系密切
场所
叶绿体基粒片层结构的薄膜上
叶绿体的基质中
必要条件
光、叶绿体光合色素、酶
多种酶
物质变化
水光解为还原性氢和氧气；由ADP合成ATP
二氧化碳的固定、三碳化合物的还原、五碳化合的再生
能量变化
光能转变ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能转变为葡萄糖等光合产物中稳定的化学能
联系
准备阶段：为暗反应的顺利进行准备了还原性氢和能量ATP
完成阶段：在多种酶的作用下，接受光反应提供的还原性氢和ATP，最终将二氧化碳还原为葡萄糖。
之后，还可提出一些综合性的问题，加深学生对光合作用的理解，例如可以提出下面的问题：
“当光合作用的光反应过程被人为阻断，你认为暗反应会停止吗？反过来，当暗反应过程被人为阻断，你认为光反应会怎样变化？”
通过以上的分析可以看出，光合作用的光反应与暗反应是相互联系的，而它们之间的联系纽带是还原力，即ATP和还原性氢。当光反应停止时（如植物在黑暗条件下），暗反应的ATP和还原性氢的来源被阻断，暗反应会停止；而反过来，当暗反应停止时（如植物在气孔完全关闭，或无二氧化碳），光反应是不是也受到影响呢？答案是肯定的，暗反应停止，光反应也会随之停止，因为光反应产生的ATP和还原性氢没有被暗反应消耗，根据化学平衡的原理，相当于光反应的产物浓度升高，化学平衡会向反向进行，从而光反应就停止了。
时间允许的话，还可引导学生讨论影响光合作用的因素，进而讨论“如何提高光合效率的途径”，“采取哪些措施提高农业产量？”等问题，使学生体会到学习生物学理论的实际价值，强化学生学以致用、理论联系的理念。例如，可提出下面的问题供学生讨论：
“你能利用光合作用原理，提出在农业生产中提高作物产量的具体措施吗？”