浙科版 (2019)必修1《分子与细胞》第五节 光合作用将光能转化为化学能教学设计

这是一份浙科版 (2019)必修1《分子与细胞》第五节 光合作用将光能转化为化学能教学设计，共8页。教案主要包含了教学目标分析，教学重难点，教学流程设计等内容，欢迎下载使用。

【教学目标分析】
1．知识与技能：说明光反应和碳反应过程及相互联系；概述光合作用的意义；说出绿叶中色素的种类和作用。
2．过程与方法：培养处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力；训练语言表达能力、思维能力和掌握思维的方法。
3．情感态度与价值观：通过光合作用发现史的学习，形成科学的精神和态度，认同科学方法在科学发展上的重要性。
【教学重难点】
重点：光反应和碳反应过程与意义；绿叶中色素的种类和作用。
难点：光反应和碳反应的过程与联系
【教学流程设计】
教师活动
学生活动
教学意图
一、创设情境，激发兴趣
教师出示一个盛有清水的烧杯并提问：什么方法能利用烧杯中的水释放氧气？
并根据学生的描述进行引导，书写板书
思考并回答初中学过的有
关光合作用知识：原料、
产物、条件及场所。
利用实物，导入新课，引起学生的兴趣。
二、搭建支架，学习新知
（一）出示叶绿体图，说出各结构名称
（二）以资料的形式展示叶绿体中色素的种类、颜色、含量及功能
1.问：叶绿体中含量最多的色素种类和颜色分别是什么？
2.问：推测色素位于叶绿体的哪个结构上？
3.告知学生：与光合作用有关的酶位于类囊体薄膜和叶绿体基质中。
观察图片,回忆旧知：思考并回答学过叶绿体的具体结构。
通过资料内容推断叶绿体中含量最多的色素为叶绿素a（蓝绿色），从而根据叶绿体的结构图推知色素位于类囊体膜上。
PPT中对于结构名称采取先隐去后逐步呈现的方法激起了学生的挑战欲望，从而积极提取已有知识。简单介绍色素，确定色素及酶的具体场所，为光反应和碳反应具体场所、条件的推导埋下伏笔。
三、展现科学史，体会探究乐趣
（一）探究光合作用产生的中O的来源
1.分组讨论：光合作用释放的是来自同是气体的，还是，还是两者兼有？如何用实验证明？
2.在副板上根据学生描述画出实验简图。
3.PPT展示经典实验及实验结果，请学生说出实验结论：
（二）借助科学史探究光反应过程
1.探究光反应的物质变化
（1）光反应中除了水的分解之外，是否还存在其他物质变化？
以音频的形式配合图片展示科学史——资料1：美国科学家阿尔农将叶绿体从植物中分离出来，加到添加了ADP、Pi和NADP+的水溶液中，在没有的的条件下给予光照，发现叶绿体中有氧气放出，并且会有ATP和NADPH产生。
（2）引导学生根据音频资料、已学知识及物质守恒定律推断光反应物质变化的具体过程并展示在板书上。
2.PPT展示光反应的产物—NADPH的相关资料，引导学生推断光反应中的能量变化
3.请学生归纳光反应的条件
4.请学生推测光反应的具体场所
（三）借助科学史探究碳反应过程
1.引出“碳反应”
提出问题：ATP和NADPH作为光反应的产物，并没有出现在总方程式中，说明它们在光合作用过程中可能有什么作用？
2.探究碳反应的物质变化
（1）以音频的形式配合图片展示科学史——资料2：美国科学家阿尔农继续用离体叶绿体做实验，在黑暗条件下，供给二氧化碳、ATP和NADPH，发现叶绿体能将二氧化碳转变为三碳糖，ATP和NADPH含量急剧下降。这个过程因为不需要光，以前被称为暗反应，后改为碳反应。
（2）提出问题：可以用什么方法来研究碳反应过程中是如何转化为三碳糖的？
（3）音频配合展示科学史——资料3：美国科学家卡尔文利用同位素标记法进行了探究实验，研究小球藻在光合作用时转化为三碳糖的路线。卡尔文将标记的通入到盛有小球藻的玻璃器皿中，给予充足的光照，每隔一段时间取样，并立即杀死小球藻。将小球藻中被标记的化合物提取出来。实验发现：光照后检测产物，发现有多种带标记的化合物（三碳酸、三碳糖等）；若将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90%的放射性出现在三碳酸中。
（4）提出问题：说明在碳反应过程中，首先转化成什么物质？
追问：可能是由几份参与反应形成一份三碳酸？
（5）以音频的形式展示科学史——资料4：实验证明，事实并非如此。当卡尔文对这种三碳化合物分子结构进行分析时发现，只有一个C有放射性，而另外两个C没有。那么这两个碳只能来自小球藻细胞本身。那小球藻细胞中是不是存在二碳化合物呢？卡尔文及其同事通过改变实验条件来搜寻二碳化合物，但却始终没有找到。然后在研究中却发现有一种五碳化合物呈现规律性变化。
（6）与学生一起归纳碳反应的物质变化：
①的固定及三碳酸的还原。
请学生推测三碳酸的还原中的还原剂。
②请学生思考：若碳反应只有这两步反应，碳反应能否长时间顺利进行？
③说明碳反应中的物质变化过程：的固定、三碳酸的还原、五碳化合物的再生，所有反应都需要酶的催化。由于科学家卡尔文在该过程的研究中的卓越贡献，碳反应也被称为卡尔文循环，卡尔文也因此获得了1961年的诺贝尔化学奖。
3.请学生推断碳反应中的能量变化
4.请学生归纳碳反应的条件
5．请学生推测碳反应的具体场所
6.展示科学史——资料4，请学生分小组讨论：卡尔文当时可能通过改变什么实验条件使得化合物含量出现相应的变化？
展示科学史——资料4：卡尔文及其同事通过改变实验条件来搜寻二碳化合物，但却始终没有找到。然后在研究中却发现有一种五碳化合物呈现规律性变化。由此提出上述问题。
开展合作学习：学生四人一组就实验方法和具体实验操作步骤展开讨论。
小组代表发言：①可以利用同位素标记法进行实验证明中的O的来源。②O的同位素为。③描述实验思路：取两支试管，编号为A和B。A试管加入和，B试管加入和。观察产生的是否带有标记。
实验结论：光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。
根据资料1推断出光反应中的物质变化：水的分解、ATP的合成、NADPH的合成。
在教师的引导下，说出光反应中物质变化的三条反应式。
根据已学知识（ATP）和新学的知识（NADPH）及光反应的物质变化推断出光反应中的能量变化：光能转化为ATP、NADPH中活跃的化学能。
根据音频资料1推断光反应的条件：光、色素、酶。
根据光反应的条件推断光反应的场所：叶绿体的类囊体薄膜。
学生经过思考，认识到ATP和NADPH可能既是光反应的产物，又是下一个阶段的反应物。
学生明确了“下一个阶段”的名称为“碳反应”，光合作用的直接产物为“三碳糖”，而不是总方程式中的“葡萄糖”。
学生经过思考回答：同位素标记法，标记C元素。
学生根据音频资料回答：三碳酸。
根据物质守恒，学生回答:3份。
学生根据科学家卡尔文的研究结果，明确了碳反应过程中，首先是与五碳化合物反应生成三碳酸，三碳酸再经过反应生成三碳糖。
学生根据前面的NADPH的知识，意识到NADPH为还原剂，并且由于产物三碳糖中含有大量能量，故ATP也参与了这一步的反应。
学生回答：由于五碳化合物的含量是有限的，所以为了保证碳反应的顺利进行，还应有五碳化合物的再生。
推断出碳反应能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。
归纳出碳反应的条件为：需要，不需要光直接参与。
根据与光合作用有关的酶在叶绿体中的分布，推测出碳反应的场所为：叶绿体基质。
学生四人一组就该问题展开讨论。
小组代表1发言：浓度。理由是当浓度升高时，的固定反应速率加快，而短时间内五碳化合物的再生反应速率不变，所以五碳化合物含量会降低。
小组代表2发言：光照强度。理由是当光照强度增强时，
光反应速率加快，产物ATP和NADPH增加，三碳酸的还原反应速率加快，产生的三碳糖增加，所以五碳化合物的再生反应速率加快。而短时间内，的固定反应速率不变，所以五碳化合物的含量会升高。
学生通过分组讨论，锻炼了实验设计的能力，也明白了光合作用产生的氧气全部是来自水。引出了本课第一个重点内容：光反应。
经典实验的展示，也是科学史的展示，验证了学生的探究，使学生体会到了探究的乐趣。
给学生再现了光反应过程研究的科学史，在短时间内直观、形象地显现出探究的全过程，突出体现了科学研究的精密、严谨和巧妙，充分培养了学生的思维能力和创新能力，激发了学生的求知欲，培养了学生学习的主动性。
借助科学史，学生自己归纳出光反应的场所、条件、物质变化及能量变化，解决了本节课的第一个重点及难点，充分调动了学生的积极性，发挥了学生的主体地位。
通过对科学史的分析，培养了学生处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力等。
课件中声、像、图、文并茂地展示科学史的发展，学生仿佛置身当时环境，感受到浓浓的学术研究氛围，为自主研究和讨论奠定基础。
通过讨论，学生的思路更开阔、更灵活、更深刻、更新颖。在讨论过程中，训练学生的语言表达能力，训练了学生的思维能力和掌握思维的方法。
以音频形式结合图片，展现科学史——科学家对碳反应的研究过程，从而让学生探究出碳反应过程中的物质变化。
引导学生探究出完整的卡尔文循环过程。
借助信息技术，还原科学家的实验过程，让学生真切地感受到科学的严密性，体会到了探究学习的快乐。并解决本节课的又一重点和难点。
学生通过对该问题的探讨，有了外界因素能改变光合作用速率的初步意识，并且明确了光反应速率能影响碳反应速率。
提出光合速率，表光光合速率，真正光合速率的概念
提出影响光合作用的环境因素并分析其在生产上的应用
复习呼吸作用和光合作用分析它们的反应式，并通过细胞呼吸一节中提到的呼吸速率引出光合率；再通过分析反应式，提出表光光合速率，真正光合速率的概念。
书写光合作用反应方程式，分析反应式，学生小组合作总结归纳影响光合作用的环境因素，教师做适当补充和总结；
绘制光照强度对光合作用速率的影响曲线并准确描述；并分析其在生产上的应用
让学生自己绘制、温度对光合作用速率的影响曲线并准确描述，并分析其在生产上的应用，教师点评。
复习呼吸作用和光合作用的要点，并提出光合速率等概念为下面的学习做铺垫。
复习已有知识，学以致用；在原有知识基础上引导归纳、绘图、准确表达。
四、小结延伸
（一）借助多媒体，展示光合作用全过程
借助图片的动态过程复习光合作用的光反应和碳反应过程
（二）展示三碳糖的去路
在总反应式中，光合作用的产物是葡萄糖，那三碳糖除了合成葡萄糖之外，还能合成其他物质么？
借助动态过程学习三碳糖的去路。
（三）总反应式的拓展
根据光反应和碳反应的过程，对方程式进行修改。
所以高中阶段光合作用的总方程式为：
与老师一起描述光合作用的过程，对整节课的重点知识进行及时的回顾。
根据中的O全部都来自反应物中的，可知产生6份，需要12份。反应物12份和6份比产物一份和6份，多了12个H和6个O。说明产物还有6份。
利用信息技术形象模拟呈现光合作用时叶绿体内部的物质变化，既加深理解，又增强记忆。
归纳复习本课的重点：光反应和碳反应的过程，并且引到碳反应的产物三碳糖。
明确光合作用的产物除了糖类外，还有其他有机物，并且说明这些有机物合成的场所。
在学生学习了光反应和碳反应的具体过程之后，经过老师的引导，很容易得到这条更为科学和直观的总方程式。