光合作用 教学设计

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《光合作用与能量转化》教学设计 教学对象：高一学生教学时间：45min章节：2019年版人教版高中生物必修一第5章第4节《光合作用与能量转化》一、教学设计思路说明
   高中生物重在培养学生生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四个维度的生物学科核心素养。使学生由以前的“学会”转变到“想学”和“会学”，故本节课采取“引导——探究”发现式教学法，面向全体学生，倡导探究性学习，以实验探究贯穿整个教学。重视学生对知识的获取，更重视学生获取知识的过程及方法，更突出地培养学生的学习能力。在问题的推动和教师的引导下，学生学习更加主动积极，体现“教为主导，学为主体”的思想。二、教材分析【地位与作用】本节课出自人教版教材高中生物必修一《分子与细胞》。光合作用是植物体最基本的新陈代谢，是生物界物质和能量的基本来源。光合作用知识的掌握为生态系统结构和功能的学习奠定基础，当今人类社会面临的粮食、资源、环境等问题与光合作用有着密切联系，所以光合作用知识在全书教材中占有重要地位，是整个高中阶段的重点，也是高考必考的知识点。【结构和内容】本节内容的教学沿着光合作用的发现历程，对光合作用的光反应和暗反应这两个阶段从物质变化和能量转化的高度作深入的探讨和研究，引导学生从物质和能量转变的角度去理解光合作用的实质，同时通过对教材中科学家关于光合作用探究过程的经典实验的学习和分析，使学生体会经典实验所蕴含着科学探究的一般方法，初步建立科学探究的能力。并且穿插爱护环境，节约用纸，培养学生具备一定的环保意识。三、学情分析【知识基础】本节内容是面向高一年级学生，学生已经在初中阶段学习了光合作用的探究史和定义，为本节课光合作用的原理奠定了知识基础。【能力分析】高中生具备一定的观察、认知能力，并具有强烈的探索欲望，因此，能科学理性地对探究实验进行分析和总结，进而获得自身对知识的理解。【困难分析】“有机化学知识”和“能量转化与守恒”这些跨学科知识尚未学习，学习光合作用中的物质变化和能量转换时会有一定的难度，因此需要教师设计逻辑严密的教学过程，由实验探究到理论总结，逐步深入地学习光反应原理，在授课时尽量运用浅显的语言来讲授，通过恰当的提问引导，直观的图解来展示，降低理解这部分知识的难度。四、教学目标【生命观念】   从结构与功能相适应的角度，解释叶绿体的结构是进行光合作用的内在因素。   从物质变化和能量变化的角度，阐明光合作用的原理及其在生态系统中的重要地位。【科学思维】     理解光合作用是一个动态的过程，用发展的思维理解生物体中的各种代谢反应。     在探究环境因素对光合作用的影响时，学会控制变量唯一和对照的实验设计思路。【科学探究】     采用归纳与概括、审辨与创新、比较与综合等方法分析、探究、论证与光合作用相关的实验，并能阐明个人观点。【社会责任】     学习光合作用的意义，帮助学生树立生物进化的辩证观点以及珍爱自然、珍爱绿色、珍爱生命的思想意识。     利用所学知识亲身参与植物工厂的建设、植树造林、绿色校园、爱护环境的意义等社会事务的讨论与践行。五、教学的重点和难点【教学重点】     叶绿体适于光合作用的结构特点。     光合作用的原理。【教学难点】     光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系。     探究影响光合作用强度的环境因素。突破方法：   通过由浅入深的讲解，让学生理解光反应和暗反应的过程，区别和联系。   通过科学史的讲解，同学们拿到科学家得到的实验结果，推理出相应的结论，培养同学们的推理和论证能力。     通过探究活动——环境因素对光合作用强度的影响，让学生掌握光合作用原理在农业生产中的应用。六、教学方法【教师讲授与学生探究相结合】教师的过程式教学与学生的探究性学习相结合，在讲授叶绿体结构适于进行光合作用这一部分内容时，按照发现问题—提出问题—设计实验—实验验证—得出结论的逻辑顺序，讲解恩戈尔曼的水绵和好氧细菌实验，提出“通过实验，可以得出什么结论”的问题，将学生进行分组，讨论出各自的答案，然后引出叶绿体的功能。【问题引导法】在讲解光合作用的原理时，由于各步反应是连续进行的，可以通过一系列问题，引导学生思考反应的进行过程，建立生物体代谢反应是一个动态过程的观念。【归纳法】综合利用光合作用的原理，学生自主归纳总结影响光合作用的环境因素，并阐述光合作用的原理在农业生产上的应用。七、教学用具课件，黑板，视频，投影仪八、教学过程（一）  导入新课（4min）本节课主要采用情景导入，植物工厂在人工精密控制光照、温度、温度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。分析植物生长需要光、二氧化碳、营养液和适宜温度等条件，而在利用人工光源时，常见的是红色、蓝色和白色光。通过讨论题引导学生说明光可以为植物的生长提供能量。设计目的：用生活中的场景植物工厂，将学生的注意力吸引到课堂中，引出本节课接下来的内容植物捕获光能的色素和结构。（二）  讲授新课（37min）第一部分  绿叶中色素的提取和分离(1)     提取绿叶中的色素①称取5g左右的绿叶，洗净，去除粗叶脉，剪碎，放入研钵中。②向研钵中放入少许的二氧化硅和碳酸钙、10ml无水乙醇，进行迅速、充分地研磨。问：加入二氧化硅、碳酸钙的作用是什么？答：二氧化硅帮助充分磨碎叶片，液泡中含有酸性物质，碳酸钙中和酸性物质，防止色素被酸性物质破坏。问：研磨时为什么要迅速而充分？答：防止无水乙醇的挥发。③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤，将滤液收集到试管，及时用棉塞将试管塞严。(2)     制备滤纸条将干燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与宽的滤纸条，将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端1cm处用铅笔画一条细的横线。(3)   画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再画两三次。问：这样操作的原因是？答：画两三次是为积累更多的色素，使分离后的色素带更明显。(4)   分离绿叶中的色素将3ml层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，就不会在滤纸上扩散开来，实验就会失败。问：为什么要用棉塞塞住试管口？答：防止层析液中成分挥发，要注意本实验应在通风条件下进行，实验结束时及时用肥皂洗手。因为层析液中一些挥发性物质具有毒性。(5)   观察和记录观察滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？   设计目的：将知识讲解与实验操作相结合，分析实验结果，得出光合色素在光合作用中的吸收光谱。第二部分  叶绿体的结构适于进行光合作用(1)     阅读课本回答叶绿体内有如此多基粒和类囊体的作用。答：叶绿体内部有许多基粒，基粒与基粒之间充满基质。每个基粒都是由一个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为囊状体。吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。每个基粒都含有2个以上的类囊体，多者可达100个以上。据计算，1g菠菜叶片中类囊体的总面积竟达60平方米左右。极大地扩展了受光的面积。(2)     恩戈尔曼实验是如何进行的？1880年，美国科学家恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。他发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位，用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。(3)     恩戈尔曼实验的结论是什么？答：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。叶绿体中的色素主要通过吸收红光和蓝紫光来进行光合作用。第三部分  光合作用的原理(1)     通过科学史的学习，探究光反应过程的反应物、产物、反应条件等。①　希尔实验：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入C02，给予光照，以此确定氧气的来源。结论：光合作用释放的氧气中的氧来自水而不是二氧化碳。②　鲁宾和卡门的实验：用180分别标记了二氧化碳和水，分别检测释放出的氧气是什么类型。结论：光合作用释放的氧气中的氧来自水。③　阿尔农实验一：使用离体的叶绿体，加入adp和磷酸，然后给予光照，看能否合成ATP。结论：光照下，水光解产生氧气的同时，ADP和磷酸合成了ATP。学生阅读教材，梳理光反应阶段的内容：叶绿体中的色素吸收太阳光能，一方面将水分解成氢离子和氧气，氧气直接从叶气孔逸出，而氢离子则与NADP +（氧化型辅酶 II）结合形成NADPH（还原型辅酶 II )，进入叶绿体基质中，作为还原剂参与暗反应。另一方面在有关酶和光合色素的作用下，光能进一步转化成活跃的化学能，暂时储存在ATP和NADPH中，为反应提供能量。设计目的：学生的信息提取和科学分析能力得到培养和锻炼。具体体验科学研究过程，感受科学家的研究方法。(2)     探究暗反应过程的反应物、产物、反应条件等。①　阿尔农实验二：使用离体的叶绿体，供给ATP、NADPH、CO2，在黑暗条件中，叶绿体中有糖类生成。结论：黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。②　卡尔文实验一：给小球藻提供用同位素标记的14C02，不同时间杀死小球藻并纸层析分离，鉴定放射性物质。在产物中先出现14C3，然后是14C5、14C6。
    结论：14CO2中的C进入了C3，再进入C5和C6。③　卡尔文实验二：在光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5增加；突然停止光照，C3急剧升高而C5减少。结论：C3和C5之间是相互循环的。学生阅读教材，梳理暗反应阶段的内容：①CO2的固定：植物通过叶片的气孔从外界吸收来的CO2先与植物体内的一种五碳化合物 结合形成三碳化合物。②三碳化合物的还原：三碳化合物在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放出来的能量并被NADPH还原，再经过一系列复杂的变化，最终形成糖类等有机物，并重新生成五碳化合物，用以固定CO2，从而使暗反应阶段的化学反应循环往复地进行下去。设计目的：学生科学分析能力得到锻炼，具体体验科学研究过程，感受科学家的研究方法。(3)     从物质和能量角度分析光反应和暗反应的联系和区别。从光反应和暗反应的实质、时间、条件、场所、物质转化、能量转化等方面列出表格进行对比，分析光反应和暗反应的联系和区别。学生阅读教材，结合课堂内容填写表格。设计目的：从“物质与能量观”的角度理解光合作用，明确光合作用是一个有机的整体。（三）  小结（2min）引导学生用自己的语言对光合作用的原理进行总结，回顾本节课学习的内容。（四）  巩固练习（2min）完成课件上的练习题，复习各个实验的要点和结论，并引导学生自主说出光合作用的反应过程。（五）  作业布置布置课后作业，包括必做题和选做题，必做题主要以基础内容为主，选做题会选用一些开放性较高，需要学生进行发散思考的问题，以满足学有余力的同学更高的要求。九、板书设计光合作用与能量转化一、绿叶中色素的提取和分离二、叶绿体的结构适于进行光合作用三、光合作用的原理十、教学反思本节课以生活化的场景为切入点，以众多实验的支撑得出光合作用的过程，教学效果良好。1．教学行为基本达到教学目标。精简讲授内容，通过对教材的研读，强化重点内容重点讲解，难点内容有效突破。2．在进行教学设计时注重师生互动，强调学生的主体性和教师的主导作用，转换师生角色，让学生成为学习的主人，让教师变成引导者、组织者和参与者。3．通过科学史的学习，学生的眼界得到拓展，学生还能受到科学方法和科学思维的训练以及科学精神的熏陶。用科学探究过程呈现知识的来源，学生构建起自身的知识体系。在阐释生物学知识来源时，学生的好奇心与求知欲得到充分激发，对科学产生兴趣，对培养绿色校园意识，创新意识和科学态度意义重大。4. 对重难点内容应适当进行习题训练，从而让学生掌握地更扎实。