高一生物（必修）
光 合 作 用
教 学 案 例
教学目标：
（一）知识目标
1、探究光合作用的原料、产物、条件和场所，阐明光合作用的实质和意义。
2、举例说明光合作用原理在生产上的应用，解释有关的实际问题。
（二） 能力目标
1、通过查阅有关光合作用的发现过程的资料，培养学生查阅、整理资料的能力。
2、通过光合作用的一组探索性实验过程，使学生学会观察和记录植物生理实验现象的基本方法，初步明确从现象到本质的科学思维方式。
（三） 情感目标
1、通过光合作用一组实验的操作过程，培养学生实事求是的科学态度和一丝不苟的探究精神。
2、通过光合作用在生产上的应用的教学，使学生意识到生物科学的价值，增强其学习兴趣和主动性。
教学建议
教材分析
光合作用是绿色植物的一项非常重要的生理功能。因此，“有机物的制造——光合作用”这一节既是本章的重点，也是全书的重点。在初中生物教学中，光合作用的概念是学生学得的第一个复杂的概念，如何以概念和形成途径使学生掌握光合作用概念，是本节的教学重点。因此有必要让学生通过了解光合作用的发现过程来分析、讨论光合作用的原料、条件及产物，再以一组光合作用的探索实验加以检验。而光合作用的一组探索性实验能否成功，则是教学中突出重点和突破难点的关键。本节的教学安排为3课时，第1课时讲授光合作用的发现过程，第2课时光合作用的探索性实验，第3课时总结光合作用的概念、实质及意义。
教法：（先学后教的方法）
光合作用的发现过程，事先让学生以小组为单位进行资料的搜集和整理，带到课堂上来进行交流，通过概述某科学家的实验过程或结果，启发学生通过分析和思考得出相应的结论。光合作用的发现过程教学内容如下：
科学家实验过程或结果实验结论
海尔蒙特 1648 木桶里栽柳5年，雨水浇灌，柳苗由2.3kg增重至76.8kg；90kg干土减重57g柳的增重来自水
普利斯特利 1771钟罩里的小鼠窒息而死；将小鼠与植物同时放入密封的钟罩内，小鼠生活正常植物能“净化”空气
英格豪斯 1779植物的绿色部分，只有在光下才能起到“净化”空气的作用光的重要作用
谢尼伯 1782发现照光时绿色植物吸收CO2，释放O2CO2是原料，O2是产物
索热尔 1804植物增重大于CO2吸收量减去O2释放量水是原料
萨克斯 1864发现照光时叶绿体中的淀粉粒才会增大有机物是产物
其教学目标有三：一是使学生领悟到光合作用的发现是许多科学家智慧的结晶和不懈努力的结果，因此要珍惜学习知识的机会；二是使学生领略科学家们发现问题和解决问题的科学思维方式，接受科学素质的启蒙教育；三是通过光合作用发现过程分析其原料、条件和产物，为下一步探究实验做准备。
“绿叶在光下制造淀粉”的实验，应注意的问题有：
（1）选叶遮光应先暗处理。应选择生长健壮，便于接受光照的叶片，经过遮光处理后，再放入暗处2~3天。暗处理条件下，叶肉组织不能合成淀粉，细胞内积累的淀粉大部分被呼吸消耗或以蔗糖形式运出叶片。由于叶片内淀粉含量显著降低，从而为取得理想的实验效果创造了条件。
（2）对遮光——暗处理材料的光照时间应视光强度而定。实验当天的上午，强光照射3~4小时，下午实验效果显著；若上午使用实验材料，则必须在夜间用灯光照射处理材料，光线不强应延长光照时间。
（3）酒精脱色过程一定要采取隔水加热法（水浴）。当叶片在酒精里呈黄白色时，应先熄灭酒精灯。一定要注意安全，事先准备好湿抹布，一旦出现问题不要慌乱。
（4）酒精脱色处理的叶片脆而硬，用热水漂洗的作用主要是使叶片经过水化处理而变软，并为碘与淀粉的反应创造条件。
（5）滴加碘液的同时，注意观察叶片不同部位的颜色变化。
（6）处理好实验课上教师的讲解与学生活动的关系。在让学生明确实验目的，掌握实验方法之后，要给学生足够的时间进行操作，并仔细观察和分析所看到的现象。
“光合作用需要二氧化碳”和“光合作用产生氧气”两个演示实验要力争演示成功，这两个实验效果往往不理想，原因是多方面的，要不断总结可将实验装置进行改进。另外在进行演示之前要简要介绍实验装置和基本原理，这样有利于学生通过现象分析实验结果，从而得出结论。
有关光合作用的一组探索性实验，实际上是对光合作用假设的实验验证，通过实验检验证明有关光合作用的实验假设是成立的，从而形成光合作用的概念。因此，教学时在每完成一个探索性实验之后，都要引导学生通过讨论明确每个实验揭示的问题。当一组探索性实验完成后，应指导学生明确光合作用的原料、条件、产物等问题。
第3课时在上述实验基础之上，对光合作用的概念加以总结，让学生尝试用关系式的形式描述光合作用，并用语言加以描述。这样就得到了光合作用的定义，从而完成了光合作用概念形成的过程。光合作用的意义的教学活动应立足于启发学生运用知识来说明或解决实际问题，在分析和说明问题过程中领悟光合作用在生物界乃至整个自然界中的重要意义。
教学设计方案
重点：光合作用所需原料、条件、产物的实验 光合作用的概念和实质
难点：光合作用实验的组织和实施 光合作用的实质
教学过程：
（第一课时）光合作用的发现
引言：上一节我们了解了叶是进行光合作用的主要器官，叶片的结构有着与光合作用相适应的特点。那么，什么是光合作用呢？光合作用是怎样被发现的呢？这还得从柳苗生长之迷说起。
17世纪以前人们认为，植物生长在土壤中，一定是从土壤中获得生长需要的各种物质。一株大树那粗大的树干、茂密的枝叶、丰硕的果实，都是由植物从土壤中吸收的物质变化来的。果真是这样吗？怎样证明这个观点是否正确呢？科学家是通过探究过程寻求有关自然界各种问题的答案的，揭示柳苗生长之迷也是如此。
在课前查资料的基础上，请同学以讲故事的形式讲述海尔蒙特的实验。
17世纪上半叶，比利时科学家海尔蒙特设计了一个简单而又巧妙的实验：他将一棵重2.3kg的柳苗栽种到一个盛有土壤的木桶中，木桶内土壤的重量是90kg。此后，他只用纯净的雨水浇灌柳苗。为了防止灰尘落入，他专门制作了桶盖。5年过去了，柳苗渐渐地长大了。他再次称量柳苗和土壤的重量，结果使海尔蒙特大吃一惊：柳苗重量增加74.5kg,土壤重量仅减少了0.057kg！（配合投影图）同学们，根据海尔蒙特的实验，你能得出什么结论呢？
小组讨论发言，得出结论：柳苗生长所需要的物质，并不是由土壤直接转化的，水才是使植物增重的物质。（板书：海尔蒙特 柳苗生长之迷
说明柳苗的增重来自水）
提问：海尔蒙特的实验结论完全正确吗？从植物生活环境的角度分析植物生长需要的物质来源，还应该考虑什么因素？
讨论发言：可提到阳光、空气。看来，海尔蒙特的实验还是有很大的局限性的。那么，后来的科学家又是怎样做的呢？
1771年英国科学家普利斯特利在研究助燃空气时，做了一个新奇的实验。请几个同学分角色扮演蜡烛、小鼠、绿色植物和太阳，伴随着解说员的讲解表演普利斯特利的三个实验（配合投影图）。
分析讨论实验结果说明了什么问题，得出结论：植物能"净化"空气。（板书：普利斯特利 钟罩内的实验 说明植物能"净化"空气）
提问：当人们重复普利斯特利的实验时，有的获得成功，有的总是失败，甚至发现植物还会更严重地污染空气。为什么学者们会得到不同的实验结果呢？
讨论回答引出下一个实验：阅读材料"1779年荷兰科学家英格豪斯通过实验证明绿色植物只有在光下才能净化空气；他还发现，光照下的绿色植物能够释放气体，这种释放气体的能力在夕阳西下时降低，日落后则完全停止?quot;这说明什么问题？
学生回答：光的重要作用。（板书：英格豪斯 绿色植物只有在光下才能起到"净化"空气的作用 说明光的重要性）
提问：英格豪斯的实验结果说明光合作用的条件是什么？（光）
讲述：那么，在光照下绿色植物究竟释放什么气体？这种气体是否与植物净化空气的作用有关呢？后来，科学家们了解了空气的组成成分，明确了这种气体就是氧气。
阅读材料："1782年瑞士牧师谢尼伯通过实验证明植物在光下放出氧气的同时，还要吸收空气中的二氧化碳。在此基础上，1804年瑞士学者索热尔对光合作用首次进行定量测定，发现在光合作用的过程中，植物的增重量大于二氧化碳吸收量减去氧的释放量。因此他指出绿色植物在光下同时还要消耗水，这也与海尔蒙特的结论相吻合。1864年德国科学家萨克斯做过这样的实验：把绿叶放在暗处数小时，消耗叶片中部分营养物质，然后把叶片的一部分暴露在光下，另一部分遮光。经过一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，结果遮光的部分叶片无颜色变化，而照光的一部分叶片显示深蓝色。科学家们已经证实，只有淀粉遇碘呈现蓝色，淀粉燃烧时能够生成二氧化碳和水，因而它是一种有机物。萨克斯的实验使人们认识到，绿色植物在光下不仅能够释放氧气，而且能够合成淀粉等物质，供给植物生长发育等生命活动所用。1897年，人们首次把绿色植物的上述生理活动称为光合作用。这样，柳苗的生长之迷也终于被揭开了。"
提问：上述研究结果说明光合作用的原料和产物各是什么？
学生讨论后回答（板书：谢尼伯 发现光照时绿色植物吸收二氧化碳，释放氧 说明光合作用的原料是二氧化碳，产物是氧；索热尔
植物增重量大于二氧化碳吸收量减去氧的释放量 说明光合作用的原料还有水；萨克斯 发现光照时叶绿体中的淀粉粒才会增大 说明淀粉是光合作用的产物）
总结：光合作用的原料、条件、产物各是什么？这样一个生产加工的过程是在哪进行的呢？
学生明确：光合作用的原料是二氧化碳和水；条件是阳光；产物是淀粉和氧；场所是叶绿体。
板书设计：（略）
第二节 有机物的制造--光合作用
一、光合作用的发现
海尔蒙特柳苗生长之迷说明柳苗的增重来自水。
普利斯特利钟罩内的实验说明植物能"净化"空气。
英格豪斯绿色植物只有在光下才能起到"净化"空气的作用说明光的重要性。
谢尼伯发现光照时绿色植物吸收二氧化碳，释放氧说明光合作用的原料是 二氧化碳，产物是氧。
索热尔 植物增重量大于二氧化碳。
吸收量减去氧的释放量说明光合作用的原料还有水。
萨克斯发现光照时叶绿体中的淀粉粒才会增大 说明淀粉是光合作用的产物
引言：通过了解光合作用的发现史，我们对光合作用的原料、条件和产物做出了初步的解释。怎样检验我们对问题的解释是否正确呢？我们来做一组探索性实验。（板书：二、探索光合作用）
萨克斯利用对照实验法和淀粉遇碘变蓝的原理，发现了绿色开花植物的光合作用。那么，你能不能利用所给的材料和用具，设计一个实验来检验绿叶在光下是否能够制造淀粉？
小组讨论：在上节课的基础上，同学们能够设计出将天竺葵放在黑暗处一段时间，为什么？然后用黑纸片遮住叶片的一部分，将其放在阳光下照射。思考叶片部分遮光的目的。
发给每组一片经上述处理后的天竺葵叶片，请参与上述实验过程的同学进行说明。
但是如何检验叶片中是否有淀粉存在，直接用碘液滴在叶片上行不行？还很难回答。
指出：叶绿素可以溶解在酒精中，用隔水加热的方法可以使叶片中的叶绿素溶解在酒精中。
操作：将叶片上的黑纸片取下，把叶片放入盛有酒精的小烧杯中，再把小烧杯放入盛有开水的大烧杯中，将这一套装置放在石棉网上，用酒精灯加热。
讨论：能否将装有酒精的小烧杯直接加热？（不能，酒精容易燃烧）
观察：加热过程中，酒精颜色的变化和叶片颜色的变化。直至叶片变成黄白色。
分析说明：绿叶变成黄白色及酒精变成绿色的原因。
操作：将酒精灯熄灭，用镊子取出叶片用清水漂洗。将漂洗干净的叶片平铺在培养皿中，滴加几滴碘液。放置片刻。（此时将实验台收拾整理）
观察：用清水洗去碘液，观察叶片颜色的变化。
对上述结果进行分析说明，得出结论：经过部分遮光处理的叶片遇碘液后，见光部分呈深蓝色，表明有淀粉产生；遮光部分不变色，表明没有淀粉产生。说明绿叶合成淀粉需要光。由此可见，淀粉是光合作用的产物，光是光合作用的必需条件。
那么，光合作用还有其他产物吗？
演示实验：检验光合作用释放氧气
介绍实验装置，并让同学看到试管中上升的小气泡，解释排水集气法。然后用带火星的卫生香检验试管中的气体，请注意卫生香的燃烧情况。
提问：你看到了什么现象，此现象说明了什么？光合作用产生的助燃气体是什么气体？
总结：光合作用的产物还有氧。
我们蒸馒头要有面粉、水和发酵粉作为原料，那么，光合作用产生淀粉和氧需要什么原料呢？
演示实验：光合作用需要二氧化碳
说明两套实验装置的不同在于一个盛有氢氧化钠溶液，一个盛有清水，而氢氧化钠溶液可以吸收二氧化碳。分别取两枚叶片，进行脱去叶绿素、滴加碘液的处理后，观察实验现象并分析说明原因。
结论：光合作用需要二氧化碳。科学家们进一步研究证明：二氧化碳和水是光合作用的原料。
我们呼出的气体中含有二氧化碳，往水里吹气，能产生淀粉吗？可见，光合作用除了需
要光以外，还需要一个重要的条件。
演示实验：验证植物进行光合作用需要叶绿素
用银边天竺葵进行实验，根据现象说明问题，得出结论。
以上实验验证了我们对光合作用的解释是正确的
教学结果反思：通过尝试先学后教，让学生全面参与讨论的方法，在某种程度上激发了学生的探究心理，活跃了课堂气氛。使大家都融入课堂、融入教学中，并积极参与。例如：很不爱动脑的193班杨涛、194班邓云晖、195班周兴来等都参与了讨论，并积极发言。但也有负面影响，例如这部分内容本来打算每班2课时上完，但通过这些活动，结果各用了四个课时的教学。从这一点上来说，我们在教学中运用性的教学方法时要思考尽量做到学法与教法的最优结合。
课件50张PPT。第4节 能量之源---- 光与光合作用一、捕获光能的色素和结构二、光合作用的原理和应用光合作用过程演示叶绿体中色素的提取和分离 【实 验】（一、）实验原理
1.叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中色素。
2.色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢，因而可用层析液将不同的色素分离。绿叶中色素的提取和分离（二 ）操作步骤：提取色素制备滤纸条画滤液细线分离色素观察与记录实验（二）方法与步骤称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙 (中和细胞中的酸，防止镁从叶绿素分子中移出)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。1 提取色素2 制备滤纸条 方法与步骤3 画滤液细线方法与步骤方法与步骤4 分离色素方法与步骤4 分离色素讨论：
1、实验中无水乙醇和层析液的用途是什么？
2、叶绿体中的色素有哪几种？分布情况是怎样的？（二）提取和分离叶绿体中的色素胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b（ 二 ）叶绿体中的色素5 观察和记录实验结果：讨论：1.滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？2018/11/1413胡萝卜素（橙黄色）★证明了色素的种类和颜色I.捕获光能的色素三、实验关键1.选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片。如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。2.画滤液细线时应以细、齐、直为标准，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复2-3次。3.层析时不要让滤液细线触及层析液。四、注意事项1.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。2.在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了研磨充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿体中的色素受到破坏。3.分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。色素的吸收光谱图叶绿素：吸收蓝紫光和红光类胡萝卜素：吸收蓝紫光叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶红素主要吸收蓝紫光。
注：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。 结论：分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？ 由于叶绿素的含量大大超过类胡罗卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色由于叶绿素比类胡罗卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡罗卜素的颜色显示出来问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？
叶片中的叶肉细胞绿叶回顾 叶肉细胞
亚显微结构模式图 叶绿体亚显微
结构模式图2018/11/141.下列标号各代表：
① ②________③ ________
④ ⑤________
2.在④上分布有光合作用所需的 ________ 和 ，在⑤中也分布有光合作用所需的 。 基质酶 外膜内膜类囊体膜基粒色素 酶①②③ ④⑤6________结论：氧是由叶绿体释放出来的;叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,它内部巨大的膜表面上，不仅分布着吸收光能的色素分子，还有光合作用所需的酶。恩吉尔曼实验设计有哪些巧妙之处？ 选材：水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。设计：黑暗无空气的设计 进行黑暗和曝光的对比实验。极细光线的入射；为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实
验的准确性。能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶
绿体释放出来的。★小结色素主要分布于叶绿体的类囊体膜上二、光合作用的原理和应用五年后1648年，海尔蒙特(J.B. van Helmont)柳树增重 74.47 kg
土壤减少 0.06 kg水分是建造植物体的唯一原料1.光合作用的探究历程：2.5 Kg思考:该实验设计有什么缺陷?缺乏对照实验,没有考虑空气的影响.1771年（英）普里斯特利的实验植物可以更新空气；现象：蜡烛熄灭。现象：蜡烛持续燃烧。现象：小鼠死亡。现象：小鼠存活。结论：植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气。思考:该实验有时成功,有时失败,为什么?有时可能是在无光条件下做的,因为无光时植物不进
行光合作用,只有细胞呼吸,所以没有氧气释放,而是
释放CO2,所以实验失败.1779年，荷兰科学家英格豪斯的实验:
在一密闭的玻璃钟罩内,同时放有盆栽植物和活小鼠,放在光照条件下,一段时间后,小鼠不死.且放入点燃的蜡烛也不灭.
在另一密闭的玻璃钟罩内,同时放有盆载植物和活小鼠,放在黑暗中,一段时间后,小鼠死亡.且放入点燃的蜡烛立即熄灭.
重复500多次.英格豪斯的实验设计与前人相比,改进在什么地方?①设计了对照实验;②控制单一变量(即唯一自变量)③对实验过程进行重复1785年，明确绿叶在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳；(拉瓦锡Laroisier, A.L. ）
1845年，梅耶指出，植物在进行光合作用时，把光能转变成化学能储存起来；1785年的结论是在什么基础上提出的?梅耶得出这个结论的依据是什么?在发现了空气的组成的基础上提出的.依据是”能量的转换和守恒定律”现象：1864年 德国科学家 萨克斯 未遮光部分变成蓝色。（置于暗处几小时）
思考：目的是什么？绿色叶片中光合作用中产生了淀粉；萨克斯的实验目的是什么?为什么让叶片一半曝光,另一半遮光呢?为了验证光合作用的产物是什么一半遮光一半曝光,是为了进行对照 20世纪30年代，鲁宾和卡门（美）的同位素标记实验：结论：
光合作用产生的氧气全部来自水，而不是来自CO2。2、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2 1、第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O 。 C18O2+H2O CO2+H218OO2 18O2光合作用释放的O2全部来自于H2O 用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它分别
成为H218O和C18O2。进行两组光合作用的实验：20世纪40年代，卡尔文(M.Calvin) 用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。卡尔文循环：CO2 → C3 → (CH2O)鲁宾、卡门、卡尔文等人采用了什么先进方法来进
行实验?同位素标记法2.光合作用的过程2.光合作用的过程光反应暗反应划分依据:反应过程 是否需要光能H2O类囊体膜酶(1).光反应阶段酶光、色素、叶绿体内的类囊体膜上水的光解：（还原剂）ATP的合成：光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中CO2糖类 五碳化合物 C5 蛋白质脂质CO2的固定三碳化合物 2C3C3的还原 基质
多种酶(2).暗反应阶段CO2的固定：C3的还原：叶绿体的基质中多种酶、[H] 、ATP3.光合作用的总反应式：CO2+H2O叶绿体光能糖类(CH2O)+O2
需要光 不需要光基粒的类囊体薄膜上基质中水的光解；ATP的合成CO2的固定；C3的还原 ATP中活
跃化学能ATP中活
跃化学能光能有机物中稳
定化学能光反应 为 暗反应 提供 [H ] 和ATP，暗反应 为 光反应 提供 ADP 和Pi 。是两个相互独立、相互制约又密切联系的过程.光反应和暗反应关系的比较:需要色素、酶需要酶、「H」、ATP三.化能合成作用：原理：还原CO2所需要的ATP和[H]是通过氧化无机物NH4+、NO2-、H2S、SO、H2、Fe2+等而获得的。化能自养类型：
硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等NH3 + O2 → HNO2 + H2O+能量
HN02 + O2 → HNO3 + 能量
C02 + H2O → (CH2O) + O24.光合作用原理的实际应用光合作用效率1、光照强度3、CO2浓度4、矿质元素(合理施肥)5、水 （合理灌溉）2、温度影响光合作用效率的因素5.光合作用与呼吸作用的区别：6.叶绿体和线粒体：都是双层膜
都有基粒和酶
都有增大膜面积的结构
都有少量的DNA和RNA
都与能量转换有关
都是半自主复制细胞器
