人教版（新）高中生物必修一第五章 第4节光合作用

光合作用的原理
学情分析
学生在第一课时已经对叶绿体的结构有了认识，已经具有了一定的化学知识，为本节课的而学习创造了条件。学生在初中的学习中已经对光合作用有了初步的认识，但不够深入，因此要在学生已有的基础上帮助学生建构内涵更丰富的光合作用的概念，让学生学习并了解光合作用的研究历程，然后逐步学习光合作用的具体过程。
教材分析
本节课主要阐述了光合作用的历程、光合作用的过程。在学习光合作用的探究历程时，注意让学生以教材中展现的光合作用的研究历程为线索，遵循科学家的探究思路，总结出光合作用的探究历程。教材中介绍的历程非常经典，所介绍的都是在光合作用的探索历程中出现的问题和解决方法，学生认真了解其重要过程，等于沿着科学家的发现思路做了一次思维探究，这对学生认识和掌握光合作用的具体过程是很有必要的。
在学习光合作用的具体过程时，重点是要学生掌握光反应和暗反应两个过程及其区别和联系，特别是其中的物质变化和能量变化过程
三．教学目标
（一）知识目标
1.
简述有关光合作用研究的科学家及其经典实验，分析光合作用探究实验的过程及其设计思路。陈述光合作用经典探究实验的基本结论。
2．概述光合作用的光反应和暗反应阶段的化学反应，比较二者的区别和联系。
3．从物质转变和能量转换的角度，简述光合作用的实质。
（二）
能力目标
1．在尝试萨克斯实验操作中；学会控制变量、设立对照和重复实验。
2．在资料分析和实验观察中，学会运用恰当的语言文字表述光合作用的大致过程。
（三）
情感目标
1．参与光合作用探究历程中经典实验的问题讨论，交流观察的结果；体验科学探究的艰辛；
2．认同科学是在不断观察、实验、继承、争论中不断向前发展的。
四．教学重点和难点
教学重点：
1.光合作用探究实验的过程及其设计思路
2.光合作用的过程和实质，光反应过程和暗反应过程的区别和联系；
教学难点：
1.光合作用探究实验设计思路
2.光反应、暗反应过程中物质和能量的转变过程。
五．课前准备
将教材中的探究实验做成图文课件
六．课时安排
1课时
教学过程
教学内容
及时间
教师行为
学生活动
意图
新课导入：3min光合作用的探究历程15min光合作用的概念和方程式5min光合作用的过程15min
同学们，上课前我们先来欣赏一小段视频。这个视频记录了一课小树苗在蓝天白云下成长为参天大树的过程。老师想问问同学们，你觉得绿色植物的生长需要哪些物质呢？没错，需要阳光空气水等物质。正如有一句话说“万物生长靠太阳，雨露滋润禾苗壮”说的就是这个道理绿色植物可以通过光合作用利用光能将无机物合成有机物，植物体就能由小长大了。今天我们就来一起学习光合作用的原理。首先，我们就一起跟随科学家的思路去体验一下光合作用的探究历程。最开始的时候啊，人们一直以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料，而没有考虑到植物能否从空气中得到什么。直到1771年，英国科学家普利斯特里做了一个实验。他在第一个玻璃钟罩内，放了一根点燃的蜡烛，一段时间后，发现蜡烛熄灭了。把一株绿色植物和一根点燃的蜡烛共同放在一个玻璃钟罩内，结果他发现蜡烛不易熄灭。在另一个玻璃钟罩内，放了一只老鼠，一段时间后，老鼠死了。把绿色植物和小鼠共同放在第四个玻璃钟罩内，他发现小鼠可以存活一段时间，不死亡。于是，他得出植物可以更新空气这样一个结论可是后来，人们去重复这个实验，有的人成功了，有的人失败了，你觉得失败的原因最有可能是什么呢？是的，同学们非常聪明。那么同学们这个猜测正不正确呢？1779年，科学家英格豪斯，做了500多次植物更新空气实验，他发现他把绿色植物和小鼠放在同一玻璃钟罩内，而在光照条件下小鼠能够存活，在黑暗下，小鼠会死亡，于是他得出结论，普利斯特里的实验只有在光照下才能成功。那么是整株植物都能在光照下更新空气吗 还是只有植物的绿叶能够更新空气呢？如果你是科学家，你会如何设计实验？没错，看来同学们都很有当科学家的潜质啊，科学家也这么做了，他们发现只有绿叶才能更新污浊的空气。那么，在光照下，植物更新的是空气中的什么物质呢？随着科学发展，了解空气的组成后，人们才知道绿叶吸收CO2，放出O2。这个过程需要光，光能去哪了呢？1845年，科学家梅耶根据能量守恒定律推理，植物光合作用时，把光能转化成化学能储存起来。由此啊，我们也要知道，生物的发展与物理化学等学科密切相关、相关学科之间相互促进，在化学家探明了空气成分，物理学家发现了能量守恒定律之后，生物学家才能更好的研究光合作用。那么光能转化成化学能，储存于什么物质中呢？
1864年萨克斯做了这样一个实验。将绿色植物（天竺葵）在黑暗中放置24小时。选择一片叶，用遮光板从两面夹住部分叶片。将植物在光照条件下放置一段时间。将该叶片取下，放在酒精中通过沸水浴处理一段时间。取出叶片，用清水漂洗后，用碘蒸气熏蒸或滴加碘液。发现光照下的部分呈深蓝色，遮光的部分没有颜色变化。请同学们思考：实验中的自变量是什么？如何控制的？为什么将绿色植物在黑暗中放置24小时？叶片放到酒精中沸水浴的目的是什么？4.根据实验现象，可以得出什么实验结论？科学的发展是无止境的，人们又想了解光合作用中物质的来龙去脉了，什么样的方法能够追踪物质的过程呢？同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，其化学性质不变。科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种科学研究方法叫做同位素标记法。比如说O，它的分子量是16，我们用它的同位素18O标记带氧化合物后，水还是水，二氧化碳还是二氧化碳，他们的化学性质没有改变，但是被氧十八标记的化合物具有放射性，我们可以通过检测放射性氧的途径来追踪氧的去向。1941年鲁槟和卡门，就利用这种办法去探究了光合作用释放的氧到底是来自水还是二氧化碳这个问题针对这个问题，我们可以提出几种假设？分别是？作出假设之后，我们就要用实验区验证，他们是怎么做的呢？
我们一起来看用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，使他们分别称为H218O和C18O2.然后进行两组实验，第一组向植物提供H2O和C18O2，第二组提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，他们分析了两组实验释放的氧气。结果显示，第一组释放的氧气全部都是O2
第二组释放的氧气全部都是18O2
。我们可以得出怎样的实验结论呢？那光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？20世纪40年代，卡尔文用14C标记14CO2，共供小球藻进行光合作用，然后对14C进行追踪，探明了CO2中的C在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。我们一起来回顾一下光合作用的探究历程，这些科学家通过探究、实验都得出了哪些结论啊 请同学们以开火车的形式一起来归纳总结一下科学家们所得出的结论。通过以上的学习，我们可以看到几代科学家历经数百年才对光合作用这一生理过程有了一个大体清楚的认识，可见科学发展的道路是很艰难的，它包含了科学家们的艰辛和智慧，还与各门科学技术手段的进步与应用密切相关。你知道
光合作用的场所、动力、原料、产物是分别是什么吗？根据以上线索，我们可以得出光合作用的基本概念为：。。。有没有同学能够用用化学方程式将光合作用表示出来。有没有同学自告奋勇到黑板上写一下？其他同学你们写的和XX在黑板上写的是一样的吗？（淀粉属于糖类，我们说糖类还有一个名字叫碳水化合物，所以我们可以要CH2O来表示糖类。）那么，H2O是怎么转变成O2的呢CO2，中的C是如何进入有机物中储存的呢？光能又是如何转变成化学能储存在有机物中的呢？首先我们先来回顾一下叶绿体的结构下列各序号分别代表什么？（在类囊体上分布着光合作用需要的色素和酶。在基质中也分布着光合色素所需要的酶）首先请同学们阅读课本，告诉老师，光合作用分为哪几个阶段？划分依据是什么？（光反应是必须有光才能进行，暗反应是有光无光均能进行）光反应可以在白天进行吗？夜间呢？暗反应可以在白天进行吗？夜间呢？下面我们就来一起学习光合作用的具体过程首先，光反应是在类囊体薄膜中进行的，色素吸收光能后，一部分用于把水分解成氧气和还原性H，另一部分用于合成ATP。此时，光能就转变成储存在ATP中的化学能。这是光反应阶段。暗反应不需要光照的条件，在叶绿体基质中进行。二氧化碳进入叶绿体后，与植物体内存在的五碳化合物结合，这个过程叫做二氧化碳的固定。形成了两个三碳化合物分子。随后，三碳化合物接受光反应ATP释放的能量和被光反应所提供的还原态H还原。能量和还原态H都是由光反应所提供的。大部分转化成糖类；在这一阶段中，ATP中活跃的化学能又变成了有机物糖类中稳定的化学能。另一部分接转变成五碳化合物，又继续参与固定，从而使暗反应持续地进行下去。这一过程称为二氧化碳的还原。这是暗反应阶段在学习过光合作用的具体过程之后，请同学思考并讨论以下几个问题：1．光反应的场所在哪里？2．光反应的条件是什么？3、光合色素吸收的光能有哪两个用途？4．光反应中物质变化和能量变化是怎样？1．暗反应的场所在何处？2．暗反应的条件是什么？3.
二氧化碳发生了哪些变化？4．暗反应中物质变化和能量变化是怎样？那么光反应和暗反应两者之间又有什么联系呢？光反应为暗反应提供了什么呀？光反应是暗反应的基础，为暗反应提供还原性H和ATP。光反应停止，暗反应也随之停止。
暗反应产生的ADP和PI又为光反应ATP的和成提供了原料。如果暗反应受阻，光反应也会因产物积累而不能正常进行。从光合作用整个过程中物质和能量变化的特点上看，同学们能归纳一下，光合作用过程中化学反应的实质是什么呢？（提示：要求学生从物质转变和和能量转换两个方面进行考虑）学习到这里，相信同学们对光合作用都有了一定的了解，我们应该如何将光合作用理论知识运用到实际生产中呢？下节课我们再来一起学习。
阳光、空气、水植物可以产生一种让小鼠存活、蜡烛不熄灭的气体。是在晚上进行的实验，植物在光下更新空气将拔掉叶子的植物和小鼠放到同一钟罩内，在光照下看小鼠是否能存活自变量是有无光照。用遮光板遮光，达到控制无光。在黑暗中的目的是通过叶片的呼吸作用把原来的淀粉消耗掉溶解光合作用色素，使叶片脱色，有利于碘液染色后观察叶片颜色变化。植物在光照条件下合成了淀粉。阅读课本光合作用释放的氧气来自水。叶绿体、光能、二氧化碳和水、氧气和糖类两个阶段光反应和暗反应划分依据是需不需要光照类囊体薄膜需光、色素、酶水解和合成ATP①水的分解： 2H2O
→
4[H]+O2②ATP形成： ADP＋Pi+能量（光能）ATP能量变化：光能→ATP中储存的化学能叶绿体基质需酶被固定之后又被还原物质变化能量转变：ATP中化学能→有机物中储存的化学能。
以与自身相关的例子引入新课激发学生的求知欲望建立与初中知识的联系激发并激励学生的探究热情和主动探参与学习的过程指导学生如何分析资料，学会观察与思考学生学会用对照的方法设计实验，进一步熟悉科学探究的一般步骤。为认识光合作用的过程埋下伏笔引导学生体会勇于创新的科学精神和严谨的科学态度。通过观看PPT演示光合作用动态过程，将书面感性认识提成成理性思考，有利于掌握光合作用的过程。找出光反应和暗反应过程的内容要点，学会自我阅读、概括要点。
帮助学生构建知识之间的内在联系。提高归纳和类比的能力，并且加深对光合作用原理的理解
板书设计