生物：4.2《光合作用》教案（1）（苏教版必修1）

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第2节 光合作用
一、教学目标
（一）知识目标
??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）能力目标
??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）德育目标
?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。
二、教学重点、难点?
??教学重点是光反应和暗反应的生理过程。
三、教学过程?
引入：绿色在植物生产有机物的过程是通过什么生理过程完成的呢？
　答：光合作用。
　提问：那么什么是光合作用呢？
　答：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。
　提问：如果我们将绿叶比喻为绿色工厂，其中的厂房、动力、原料和产物各是什么？
　答：厂房是叶绿体，动力是光能，原料是二氧化碳和水，产物是有机物和氧。
在自然界中绿色植物随处可见，但是哪位同学曾观察到光合作用是怎样进行的呢？
没有。那么，科学家们到底是怎样发现光合作用这一生理过程的呢？
　过去，人们一直以为，小小的种子之所以能够长成参天大树，完全依靠于土壤。
1648年，一位比利时的科学家海尔蒙特对此产生了怀疑，于是他设计了这样一个实验：他把一棵重2．5kg的柳树苗栽种到一个木桶里，木桶里盛有事先称过重量的土壤。以后，他每天只用纯净的雨水浇灌树苗。为防止灰尘落入，他还专门制作了桶盖。五年以后，柳树增重80多千克，而土壤却只减少了100g，海尔蒙特为此提出了建造植物体的原料是水分这一观点，但是当时他却没有考虑到空气的作用。是谁首先想到植物的生长与空气的作用有关的呢？是一位英国科学家普利斯特利。　　
1771年英国科学家普利斯特利所做的实验：在光线充足的地方，我们将一支点燃的蜡烛和一支小白鼠分别放到一个密闭的玻璃罩里，我们看到蜡烛不久熄灭了，小白鼠也很快死去。我们又将蜡烛与绿色植物一起放在这个玻璃罩内，小白鼠也不容易窒息而死。　　提问：请同学们思考一下，蜡烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体呢？
　答：氧气。　
这个实验说明了什么问题呢？
答：绿色植物在光照下吸收了二氧化碳，产生了氧气。
当时由于科学发展水平的限制，普利斯特利紧紧联想到植物可以更新空，但不知道是空气中的哪种成分在起作用，也没有认识到光在其中的关键作用。后来，又经过许多科学家的实验，才逐渐发现了光和作用的场所、条件、原料和产物。下面我们再来介绍其中几个著名的实验。请同学们注意体会这些实验的设计思想。
　　 “绿叶在光下制造淀粉的实验”。
　　德国科学家萨克斯在1864年做的实验：将盆栽天竺葵放到黑暗处一昼夜，然后让一个叶片一半暴光，另一半遮光。过一段时间后，把这个叶片放入盛有酒精的小烧杯里，隔水加热，除去叶片含有的叶绿素，再滴加碘酒，发现遮光部分无颜色变化，暴光一半则呈深蓝色。
提问：同学们思考三个问题：
为什么对天竺葵先进行暗处理？
为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？
这个实验的说明什么问题？
　　答。1．暗处理是为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽。2．部分遮光部分曝光，是为了进行对照。3．碘遇淀粉变蓝，结果证明绿叶在光下制造了淀粉。）
　这一实验成功地证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。1880年，德国的又一位科学家恩吉尔曼也进行了一个光和作用的实验。他选用的实验材料是水绵。水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。先将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且黑暗的环境里，先用极细光束来照射水绵在显微镜下观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到部分附近。如果将上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位周围。
　　提问：好氧细菌集中于叶绿体所有受光部位的周围，这说明了什么问题呢？
答：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。
　　在这个实验中，同学们注意以下几个问题：
为什么选用水绵做为实验材料？
为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？
　　引导学生讨论回答：1．选用水绵作为实验材料，是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究。2．先选用黑暗并且没有空气的环境，是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。3．先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而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。　　讲述：恩吉尔曼的实验巧妙地证明了光合作用的场所是叶绿体。
　　由此可见，从1771年到1886年，随着科技手段的进步，人们对光合作用的认识也越来越深刻，到20世纪30年代，随着物理学和化学的发展，一些先进的科学技术手段被广泛采用，如用同位素标记法来研究光合作用的问题，这使人们对光合作用的认识更深入了一步。那么，什么是同位素标记法呢？请同学们阅读课本中的小资料（结合化学知识）。
　　20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门，利用同位素标记去成功地进行了另一个光合作用的实验。这个实验的目的是为了弄清楚在光合作用中产生的氧到底是来自水还是二氧化碳？同学们考虑一下，应标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？
　幻灯片显示：用氧的同位素18O分别标记 H2O和CO2，使它分别成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用的实验：第一组向绿色植物提供H218O和CO2；第二组向同种绿色植物提供H2O和 C18O2。在相同的条件下，对两组光合作用实验释放出的氧进行分析，结果表明，第一组释放的氧全部是18O2，第二组释效的氧全部是O2。　　
这个实验证明了光合作用中释放的氧全部来自水。
由此可以看到。几代科学家历经二百多年，才对光合作用的生理过程有了比较清楚的认识。可见，科学的发展道路是很艰难，这里不仅包含着科学家们的艰辛劳动与智慧，还与社会科学技术的进步与发展密切相关。
（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。
??小结：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。
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