必修一第五章細胞的能量供應和利用

第4節(jié)能量之源一一光與光合作用

一、教學目標確立依據

（一）課程標準要求

說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化

碳和水轉變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉換并儲存為糖分子中的化學能。

（二）教材分析

本節(jié)內容是人教版高中生物必修1分子與細胞第5章第4節(jié)《能

量之源——光與光合作用》的教學內容。光合作用在高中生物的整個

教材中都是處于重要地位?！肮夂献饔谩痹诰G色植物的新陳代謝以及

生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動中，具有十分重要的意義，是本章的

重點，也是高考的重要內容。綠色植物的新陳代謝包括水分代謝、礦

質代謝、有機物和能量的代謝三個部分，其中有機物和能量的代謝是

通過光合作用和呼吸作用共同實現(xiàn)的。光合作用是合成有機物、儲存

能量的過程，呼吸作用是分解有機物、釋放能量的過程。綠色植物的

光合作用具有非常重要的意義，是生物界最基本的新陳代謝。

（三）學情分析

學生在初中生物課中學習過有關光合作用的知識，而且生活實踐

中也對光合作用有所了解。但是，對于光合作用的發(fā)現(xiàn)歷史卻很陌生,

關鍵對于我們這節(jié)課要達到的目標“科學探究的一般方法”知之甚少。

高中學生具備了一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續(xù)性

和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探索好奇，又往往

具有盲目性，缺乏目的性，并對探索科學的過程與方法及結論的形成

缺乏理性的思考。在教學過程中，教師要盡量創(chuàng)設學生活動的機會，

讓學生成為學習活動的主體，教師只是為學生的學習提供必要的指導

和知識鋪墊。

二、教學目標

1.通過資料分析，探究光合作用的過程。（科學思維、科學探究）

2.闡明光合作用過程中貫穿著物質變化和能量變化。（生命觀念、科

學思維、科學探究）

3.樹立良好的生態(tài)意識，參與環(huán)境保護實踐，保護好我們的地球。（社

會責任）

三、評價設計

1.在了解生物學事實的前提下，通過分析、歸納、推理等活動，自主

構建光合作用過程的概念體系。

2.通過達標檢測掌握學生的學習情況。

四、教學方法

本節(jié)教學過程采取教師引導下的學生自主探究式學習。在學生已

有的初中知識的基礎上，以科學家研究光合作用的經典實驗為主線，

通過不斷提出探究課題創(chuàng)設探究情境，在分析實驗結果的基礎上，歸

納得出結論，進而構建光合作用的概念。同時可以使學生在學習知識

的同時，學習探索生命科學的基本方法，體驗科學的設計思想，感悟

科學的思維方法，發(fā)展科學探究的能力，養(yǎng)成思考、實踐和創(chuàng)新的學

2

習習慣，提高自身的科學素養(yǎng)。

五、教學流程設計

教師的組織和引導學生活動設計意圖

導入PPT展示。學生選取一以名人名

綠色植物是竊取天火的普羅米修斯，它名代表有感言導入本

所獲取的光和熱不僅養(yǎng)育了地球上的其情地朗讀。節(jié)的內容，

他生物，而且使巨大的渦輪機旋轉，使可以增加

詩人的筆揮舞。一一季米里亞捷夫生答:綠色植學生的學

師問：為什么季米里亞捷夫對綠色植物物可以進行習興趣。同

這么高的評價呢？光合作用。時也可以

師板書：光合作用的過程學生閱讀。增加生物

PPT展示學習目標。生答:反應物學的人文

師：我們回顧一下初中學習的光合作用情懷。

是CO2和H2O,

的過程，反應物、產物是什么呢？產物是糖類

師板書反應式。和

CO:4-H2Otrf1^$(CH:O)4-O2

師：你能想象向一臺機器中加入C02和

比0,就能制造出有機物嗎？那葉綠體是

如何做到的呢？這個問題太復雜了，我

們把它具體化，分解為若干可以研究的

問題。這也是我們處理復雜問題行之有

效的手段。

一.光師：我們研究的第一個問題是：來源生答：3個。讓學生把

合作用于什么？請大家推測一下，你認為可①來源于co2所有可能

釋放的能有幾個來源？分別是什么？的情況分

②來源于H2O

。2來源師：我們來看一下科學家是如何研究這③來源于C02析出來，再

借助史實

于co2一問題的。和H20

還是PPT展示實例1。進行分析，

排除可能

H2O實例1：1930年，VanNiel發(fā)現(xiàn)某些

的情況，就

光合細菌在光光可利用C02＞硫化氫可以得出

正確的答

3

進行細菌光合作用，在產生有機物的同案。

生答:來源于

時，產生單質硫，但不釋放氧氣。

H2O

co2+H2S-------->有機

物+S生答：不一

定。

師問：請參照光合作用的反應式，你能

推測出02來源于co2還是H20?

師：我們是根據這2個過程有部分相同

的屬性，從而推出它們的其他屬性也相

同。這種方法叫做類比推理。類比推理

的結果一定是正確的嗎？

師：雖然類比推理的結果不一定正確，

生答:可能會根據實例2

但它為我們以后的研究指明了方向，這

有2種情況?？梢耘懦?/p>

也是科學研究中必不可少的方法之一。①來源于H20。2來源于

②來源于coco這種情

科學家又陸續(xù)做了多組實驗來探究這一22

和H20況。讓學生

過程。學會科學

的思維方

PPT展示實例2。

法。

實例2：1937年，英國植物學家希爾

(R.Hill)從綠色植物的葉肉細胞中分

離出葉綠體制成懸浮液，發(fā)現(xiàn)在適宜的

條件下給分離出的葉綠體溶液以光照，

離體的葉綠體在沒有CO?存在的條件下，

讓學生體

放出了唯一的氣體。2。

會科學是

4

師問：通過實例2你認為。2來源于誰？不斷發(fā)展

生答：1.同位的。

素標記法

2.H0

師：在這一實驗的基礎上，1941年魯賓2

和卡門又進行了一組更有說服力的實

驗。

PPT展示實例30

實例3：1941年，魯賓（美）和卡門（美）

用小球藻進行實驗：向第一組小球藻提

供即和此0,向第二組小球藻提供C02

.cCCL.iVv

和16rj-

分本1

小琳

X.義叩?'嗎0

師問：1.魯賓和卡門采取的科學方法是

什么？

2.通過實例2你認為來源于誰？

二、葉師：我們解決了02的來源，那么伴隨著

綠體H.0分解的同時還發(fā)生了哪些變化？

中，伴PPT展示實例4。讓學生學

隨H2O實例4：1954年，美國科學家阿爾農會探索生

分解的命科學的

同時還（D.I.）用離體的葉綠體做實驗，同樣基本方法。

發(fā)生了

無CO?,在給分離的葉綠體以光照時，當

哪些變

化？向反應體系中供給ADP、Pi和H受體時，自主完成后

小組討論

發(fā)現(xiàn)除生成外,會有ATP和［H］產生。

1.H2O

2.光能光

5

如果不提供光照的話，。2、ATP和［H］都能

3.物質變

不會產生?；核墓?/p>

解、的合

【思考】ATP

成。能量變

1.［H］中的H元素來源于什么？化：光能f

ATP中活躍

2.ATP生成需要的能量來源于什么？H0

2的化學能。

分解的能量來源于什么？

讓學生體

3.請總結出在這個過程中有哪些物質變

會結構和

化？能量變化？功能相適

應的生物

師：請先獨立完成思考題，然后小組統(tǒng)

學觀。

一答案。

師總結：1.［H］在呼吸作用是NADH,還原

型輔酶I。在光合作用為NADPH,還原型

輔酶H。

2.水的光解、ATP的合成需要光能才能

進行，所以我們把這個過程稱為光反應。

水的光解、ATP的合成所需的光能必須由

色素吸收、傳遞、轉化之后才能被利用。

我們知道色素存在于類囊體薄膜上，所

以光反應的場所在類囊體薄膜。

PPT展示光反應的過程。

師：剛才我們已經研究了水參與反應的

三、co2

過程，另外一位主角CO?還未登場，那么

是如何下面我們就來研究一下C02發(fā)生了哪些

變化？這個過程發(fā)生在葉綠體基質中。

轉化為

在這個過程中，做出巨大貢獻的科學家

葡萄糖是卡爾文。因為這個過程有光無光都可學生閱讀。讓學生培

進行，我們稱之為暗反應。為了紀念卡養(yǎng)出對科

等有機

爾文做出的巨大貢獻，我們也把這個過學家的熱

物的？程稱之為卡爾文循環(huán)。PPT展示卡爾文生生答：1.同位愛和崇拜

平及照片。素標記法。之情。

6

2.C元素。因讓學生學

師問：1.如果你是卡爾文，你會選擇什為C元素只會科學的

么方式來追蹤CO?的去向？參與了暗反思維方法，

2.你會選擇標記C元素或是0元素？原應。掌握科學

因是？探究的能

力。

PPT展示卡爾文的實驗裝置并進行介紹。生答：代謝

師：卡爾文實驗裝置中有一個扁平的內強;培養(yǎng)條件

含小球藻的透明玻璃容器?？栁倪x擇容易控制;物

了小球藻進行實驗，前面我們介紹的魯質容易提取。

賓和卡門也選取小球藻作為實驗材料，

小球藻作為實驗材料有何優(yōu)點呢？

師：事實上，卡爾文還選擇了其他高等

植物進行平行實驗。在所有的植物中，

機理是相同的。在實驗中，通過計時，

時間到了之后可以打開閥門，小球藻就

進入熱酒精中被殺死。然后把小球藻中

的物質通過雙向紙層析法進行分離，再對學生進

通過放射自顯影進行檢測。行情感態(tài)

PPT展示卡爾文雙向紙層析法和放射自度價值觀

顯影的結果。教育，讓學

PPT展示卡爾文發(fā)現(xiàn)的部分中間產物。生明白科

師：這是卡爾文發(fā)現(xiàn)的部分中間產物。學發(fā)展的

這是一項浩大的工程。植物光合作用的歷程，培養(yǎng)

幾分鐘，卡爾文用了十年的時間才弄清學生的優(yōu)

楚它的機理?？栁牡某晒Φ靡嬗谄牧计焚|。

發(fā)現(xiàn)和雙向紙層析法的發(fā)明，生物學的生先獨立完

發(fā)展離不開技術的推動。但是所有的成成后小組統(tǒng)

功，努力都是必不可少的。希望同學們一答案。

也能以卡爾文為榜樣，以努力作為基石，

向自己心目中的理想目標邁進。現(xiàn)在我

們回過頭來接著研究這個過程，我們把

7

過程簡化，研究里面幾種物質的變化。

請閱讀導航中的實例5,獨立完成思考題生答：CO2f

后，小組統(tǒng)一答案。C3-(CH20)

PPT展示實例5。+C5

實例5：卡爾文給予實驗裝置不同時間的

光照，分別檢測裝置中的放射性物質。

結果如下：

(1)光照30秒后，檢測到了多種帶汽

學生小組討

標記的化合物。

論。

(2)將光照時間縮短到5秒時，檢測到對學生進

行科學思

"C出現(xiàn)在一種五碳化合物(C5)和葡萄

維的培養(yǎng)，

糖中。生答：運用科學

"C02+C5-C3的思維方

(3)將光照時間繼續(xù)縮短為0.5秒時，法來解決

發(fā)現(xiàn)一種三碳化合物(C3)占全部放射問題。

性的90%。

【思考】請根據實驗結果，分析CO2中C

的轉移路徑是什么？

師：接下來科學家開始研究CO?是如何生

成C3的，在這個過程中卡爾文發(fā)現(xiàn)當突

然降低汽。2的供給時，短時間內三碳化

合物含量會降低，五碳化合物會積累。

怎么會出現(xiàn)這種情況呢？小組討論。

PPT展示實例6。

生先獨立完

8

實例6：卡爾文發(fā)現(xiàn)當突然降低久。2的成后小組統(tǒng)

一答案。

供給時，短時間內三碳化合物含量會降

低，五碳化合物會積累。

生答：

思考：為什么突然降低氣。2的供給時，1.C3+ATP+EH

]-*(CHO)

五碳化合物會積累？那么推測一下J/2

+C5

0.1CO2%0.03C02%2.物質變化:

CO2的固定和

。化合物一

C3的還原。

J化合物能量變化：

ATP中活躍

種物質結合形成三碳化合物的？的化學能變

成有機物中

穩(wěn)定的化學

能。

師：根據光合作用的反應式，

CO:+H;Oirf1^(CH2O)+O2

CO2是反應物，C3是中間產物，而葉綠體

中原本就存在著C5,在整個暗反應過程

中C5可以循環(huán)使用。這一步成為CO?的

固定。接下來我們來研究C3是如何變化

的？

PPT展示實例7O

9

實例7：阿爾農(D.I.)用離體的葉綠體

做實驗，在黑暗條件下，只要給分離的

葉綠體提供了C3、ATP和［H］,葉綠體就

能生成糖類等有機物，同時ATP和［H］含

量急劇下降。如果不提供ATP和［H］,葉

綠體無法產生糖類等有機物?？栁陌l(fā)

現(xiàn)：突然停止光照，C3的含量會升高，

C5的含量會降低，有機物的含量會降低。

【思考】

1.ATP和［田可參與暗反應的哪一階段？

2.請總結出暗反應過程中的物質變化？

能量變化？

PPT展示暗反應的過程。

四、光在導航中完使學生建

5sss

成，小組討論立光合作

合作用并進行修正。用的整體

觀點。

的過程

的圖

10

解。

展示光合作用整個過程的視頻。

師：在光合作用的過程中，光反應為暗

反應提供ATP和［H］，暗反應為光反應提理解光反應

供ADP和Pi。如果沒有光反應，暗反應和暗反應之

無法進行，如果沒有暗反應，光反應也間的聯(lián)系。

無法進行，它們是和諧統(tǒng)一的整體。

五、光師：科學家對光合作用分子機制的研究讓學生理

合作用經歷了近百年的時間，誕生了多位諾貝生觀看PPTo解科學的

情況總爾獎的獲得者。發(fā)展道路

結及現(xiàn)PPT展示諾貝爾獎的獲得情況。是曲折的，

狀師：這也并不意味著我們已經完全清楚無止境的。

光合作用的機理。

PPT展示C4光合碳同化途徑的發(fā)現(xiàn)。

師：植物的光合碳同化途徑具有多樣性，

反映了植物對生態(tài)環(huán)境多樣性的適應。

同時我們也可以看到科學是無止境的，

人類對科學的探索也是無止境的，期待

你們取得更大的成績。對學生進

師：地球上所有生物的有氧呼吸都是吸行社會責

收放出CO?，而維持大氣中O2和CO?的任的培養(yǎng)，

平衡依賴于植物的光合作用，據計算，樹立和踐

三棵大樹每天所吸收的C02,約等于一個行“綠水青

人每天呼出的CO?。而我們又做了什么山就是金

呢？我國一年人均耗紙量為1.81棵12山銀山”的

米高的大樹。我國每年為生產一次性筷理念，形成

子要耗費木材166萬立方米，需砍伐生態(tài)意識，

2500萬棵大樹，減少森林面積200萬立參與環(huán)境

方米。這絕不是你想要的地球。保護時間。

PPT展示生態(tài)環(huán)境被破壞的現(xiàn)狀。

師：請愛護我們的地球，從點滴做起！

11

六、板書設計

5.4光合作用的過程

g+Hg葉基體（CHq）+O2

一、光合作用的反應式

二、光合作用的

過程

七、教學反思：

本節(jié)課以教師精心篩選編排的典型科學研究史為切入點，以眾多

事實的支撐得出光合作用的過程。創(chuàng)設探究的問題情境，引導學生感

知科學史料中的生物學事實，并開展分析、推理等思維活動，自主構

建相關過程的概念體系。在學習知識的同時，學習探索生命科學的基

本方法，體驗科學的設計思想，感悟科學的思維方法，發(fā)展科學探究

的能力，養(yǎng)成思考、實踐和創(chuàng)新的學習習慣，提高生物學科核心素養(yǎng)。

《光合作用的過程》學情分析

學生在初中生物課中學習過有關光合作用的知識，而且生活實踐

中也對光合作用有所了解。但是，對于光合作用的發(fā)現(xiàn)歷史卻很陌生,

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關鍵對于我們這節(jié)課要達到的目標“科學探究的一般方法”知之甚少。

高中學生具備了一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續(xù)性

和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探索好奇，又往往

具有盲目性，缺乏目的性，并對探索科學的過程與方法及結論的形成

缺乏理性的思考。在教學過程中，教師要盡量創(chuàng)設學生活動的機會，

讓學生成為學習活動的主體，教師只是為學生的學習提供必要的指導

和知識鋪墊。

《光合作用的過程》效果分析

本節(jié)課以季米里亞捷夫的名言導入，學生一開始就表示出濃厚的

興趣，使學生帶著興趣投入本節(jié)課的學習中。

本節(jié)課的內容比較抽象，從初中學過的知識逐漸過渡到高中的知

識體系中，由已知到未知，由簡單到復雜。

通過本節(jié)課的學習，學生重溫了光合作用的探索歷程，對光合作

用的過程有了更新的理解，對這個過程本質的考慮也更透徹。學生自

主構建的光合作用的概念圖，所有小組都能完成，部分小組完成得非

常漂亮。

達標檢測學生完成得非常好，說明光合作用的核心已經完全掌握

了。

《光合作用的過程》教材分析

本節(jié)內容是人教版高中生物必修1分子與細胞第5章第4節(jié)《能

量之源——光與光合作用》的教學內容。光合作用在高中生物的整個

教材中都是處于重要地位。“光合作用”在綠色植物的新陳代謝以及

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生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動中，具有十分重要的意義，是本章的

重點，也是高考的重要內容。綠色植物的新陳代謝包括水分代謝、礦

質代謝、有機物和能量的代謝三個部分，其中有機物和能量的代謝是

通過光合作用和呼吸作用共同實現(xiàn)的。光合作用是合成有機物、儲存

能量的過程，呼吸作用是分解有機物、釋放能量的過程。綠色植物的

光合作用具有非常重要的意義，是生物界最基本的新陳代謝。

《光合作用的過程》觀課記錄

這節(jié)課對學生的科學思維有很好的鍛煉，整節(jié)課以科學史為主

線進行，學生在整個過程中體會到了科學發(fā)現(xiàn)的樂趣，讓學生自己進

行探索，培養(yǎng)學生的科學思維和方法。教師在本節(jié)課中精心選擇各種

史實，環(huán)環(huán)相扣，指令明確，讓學生逐步構建光合作用的過程。

教師在教學過程中貫徹培養(yǎng)學生的社會責任，培養(yǎng)學生造福人

類的態(tài)度和價值觀，形成良好的生態(tài)意識，參與環(huán)境保護實踐。

整體來看，教師在教學過程中重視學生的主體地位，注重各方

面能力的培養(yǎng)。

《光合作用的過程》評測練習

一、選擇題

1.如圖是綠色植物內細胞代謝的某一階段的簡圖,下列說法錯誤的是（）

A.a過程是指CO2的固定物質B

B.b過程是指三碳化合物的還原

C.c過程完全在線粒體內完成

D.a、b、c三過程都需要酶參與

14

c

CO2+1I2O---->,物質A

2.有關如圖所示模擬實驗的敘述，正確的是（）

A.甲和乙都不產生氣泡

B.甲產生氣泡與光有關

C.甲和乙都產生氣泡，氣泡成分不同

D.甲和乙都產生氣泡，氣泡成分相同

3.如圖表示3株脫淀粉（經充分“饑餓”處理）的長勢

相同的同種植物放在透光的不同鐘罩內，以下關于本

實驗的目的最準確的敘述是

（）

A.證明光合作用的必需條件是CO,B.證明光合作用的速率隨C0?濃度增高而增

大

C.證明過多的C02阻礙光合作用D.證明NaOH能促進光―CO?f—

合作用A二一

-210；

4.下圖表示光照下葉肉細胞中A、B兩種細胞器間的氣體交換，下列有

關此圖的敘述正確的是（）

A.在黑暗中A將停止生理作用

B.A結構能產生ATP,B結構不能產生ATP

C.植物正常生長時，B結構產生的02全部被A結構利用

D.夜晚適當降溫，能降低A結構的生理功能，白天適當升溫，B結構的生理功能提

高比A結構更顯著，故白天適當升溫，夜晚適當降溫能增加農作物的產量

5.關于葉肉細胞在光照條件下產生ATP的描述，正確的是（）

A.無氧條件下，光合作用是細胞ATP的唯一來源

B.線粒體和葉綠體合成ATP都依賴氧

C.有氧條件下，線粒體、葉綠體和細胞質基質都能產生ATP

D.細胞質中消耗的ATP均來源于線粒體和葉綠體

6.科學家研究CO,濃度、光照強度和溫度對同一植物光合作用強度的影響，得到實驗結果

如右圖。請據圖判斷下列敘述不正確的是（）

光

合

作

用

強(0.04X130P[

度

C0.04x)20PH

CQ濃度(0.0lx)20P[[]

abc光照強度

A.光照強度為a時，造成曲線II和HI光合作用強度差異的原因是C02濃度不同

B.光照強度為b時，造成曲線I和II光合作用強度差異的原因是溫度的不同

C.光照強度為a?b,曲線I光合作用強度隨光照強度升高而升高

D.光照強度為a?c,曲線I、III光合作用強度隨光照強度升高而升高

7.植物光合速率受多種環(huán)境因素的影響。下圖表示在不同環(huán)境條件下某植物的光合速率變

化情況，相關敘述正確的是（）

他糊值

A.光照強度為1時，植物光合速率極低，細胞中ATP的含量幾乎為0

B.光照強度和CO2濃度一定時植物光合速率隨著溫度升高而不斷加快

C.光照強度在5、6時，植物光合速率隨光照強度升高而升高

D.光照強度一定時\CO。濃度對光合速率的影響比溫度的影響明顯

8.如圖表示溫度對植物光合作用和呼吸作用的影響，有關說法錯誤的是（）

A.隨著溫度的升高，呼吸作用速率將逐漸加快

B.溫度從5℃變?yōu)?5℃的過程中，有機物的積累量（C0。相對值）先增加后減少

C.呼吸作用相關酶和光合作用相關酶的最適溫度不同

D.溫室栽培蔬菜時，溫度最好控制在25?30℃

A.②過程需多種酶參與，且需ATP供能B.適宜條件下，③過程在活細胞中都能進

行

C.⑤過程產生的供生命活動能量最多D.①③④過程產生的［H］都能與氧氣結合產

生水