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2019-2020年高中生物 第四節(jié)能量之源 光合作用教案 新人教版必修1 教學目的：光合作用的發(fā)現(xiàn)過程（知道） 葉綠體中色素的種類和作用（理解） 教學重點：葉綠體中色素的種類和作用 教學難點：光合作用發(fā)現(xiàn)過程的幾個著名實驗的設計思想 教學媒體：各個實驗過程的投影片、葉綠體結(jié)構(gòu)的投影片、色素吸收光譜的投影片 教學方法：講述法與科學探索活動相結(jié)合 教學過程： 教師活動 教 學 過 程 學生活動 引言 出示問題 板書 提問 板書 通過初中生物課的學習，我們已經(jīng)知道，植物的每一片綠葉就好像是一個“綠色工廠”源源不斷地生產(chǎn)有機物，綠色在植物生產(chǎn)有機物的過程是通過什么生理過程完成的呢？ 第三節(jié)：光合作用 什么是光合作用呢？(答：略) 那么，如果我們將綠葉比喻為綠色工廠，其中的廠房、動力、原料和產(chǎn)物各是什么？ （答：葉綠體，光能，二氧化碳和水，有機物和氧。） 光能 CO2+H2O （CH2O）+O2 葉綠體 我們可以將光合作用的生理過程總結(jié)成這樣一個化學反應式 這個生理過程到底是怎樣的呢？這就是今天我們所要學習的內(nèi)容。首先我們來了解一下科學家們是怎樣發(fā)現(xiàn)光合作用這一生理過程的。 一、光合作用的發(fā)現(xiàn) 這要追溯到很久以前。過去，人們一直以為，種子之所以能夠長成參天大樹，完全依靠于土壤。1648年，一位比利時的科學家海爾蒙特對此產(chǎn)生了懷疑，于是他設計了這樣一個實驗：他把一棵重2．5kg的柳樹苗栽種到一個木桶里，木桶里盛有事先稱過重量的土壤。以后，他每天只用純凈的雨水澆灌樹苗。為防止灰塵落入，他專門制作了桶蓋。五年以后，柳樹增重80多千克，而土壤卻只減少了100g，海爾蒙特為此提出了建造植物體的原料是水分這一觀點，但是當時他卻沒有考慮到空氣的作用。是誰首先想到植物的生長與空氣的作用有關(guān)的呢？是一位英國科學家普利斯特利。（學生閱讀“普利斯特利”后回答： 蠟燭燃燒和小白鼠呼吸需要的是什么氣體呢？ 　 實驗說明了什么問題？（答：綠色植物在光照下吸收了二氧化碳，產(chǎn)生了氧氣。） 思考、回答 自學、思考、回答 自學、思考、回答 自學、思考、回答 教師活動 教 學 過 程 學生活動 提問 提問 提問 板書 由于當時科學發(fā)展水平的限制，普利斯特利只聯(lián)想到植物可以更新空，但不知道是空氣的成分，也沒有認識到光在其中的關(guān)鍵作用。后來，又經(jīng)過許多科學家的實驗，才逐漸發(fā)現(xiàn)了光和作用的場所、條件、原料和產(chǎn)物。下面我們再來介紹其中幾個著名的實驗。同學們注意這些實驗的設計思想。 學生閱讀 “綠葉在光下制造淀粉的實驗” 后回答： 1．為什么對天竺葵先進行暗處理？ 2．為什么讓葉片的一半曝光，另一半遮光呢？ 3．這個實驗的說明什么問題？（答：1．將葉片內(nèi)原有的淀粉運走耗盡。2．進行對照。3．證明綠葉在光下制造了淀粉。） 學生閱讀“德國科學家恩吉爾曼實驗” 后回答 1．好氧細菌集中于葉綠體所有受光部位的周圍，這說明了什么問題呢？2．為什么選用水綿做實驗材料？3．為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？4．為什么先用極細光束照射水綿，而后又讓水綿完全曝露在光下？ （答：1．氧是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所2．選用水綿作為實驗材料，是因為水綿不僅有細而長的帶狀葉綠體，而且螺旋分布于細胞中，便于進行觀察和分析研究。3．先選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，是為了排除實驗前環(huán)境中光線和氧的影響，確保實驗的準確性。4．先選極細光束，用好氧細菌檢測，能準確判斷水綿細胞中釋放氧的部位；而后用完全曝光的水綿與之做對照，從而證明了實驗結(jié)果完全是光照引起的，并且氧是由葉綠體釋放出來的。） 隨著科技手段的進步，人們對光合作用的認識也越來越深刻，到20世紀30年代，隨著物理學和化學的發(fā)展，一些先進的科學技術(shù)手段被廣泛采用，如用同位素標記法來研究光合作用的問題，這使人們對光合作用的認識更深入了一步。那么，什么是同位素標記法？請同學們閱讀課本中的小資料。 20世紀30年代，美國科學家魯賓和卡門，利用同位素標記去成功地進行了另一個光合作用的實驗。（用幻燈演示。）這個實驗目的是為了弄清楚在光合作用中產(chǎn)生的氧到底是來自水還是二氧化碳？同學們考慮一下，應標記哪一種元素？如何設計這個實驗呢？ （引導學生討論，與學生共同完成實驗設計，同時演示幻燈片：用氧的同位素18O分別標記 H2O和CO2，使它分別 思考、回答 自學、思考、回答 自學、思考、回答 自學、思考、回答 教師活動 教 學 過 程 學生活動 出示問題 板書 提問 提問 提問 成為H218O和C18O2，然后進行兩組光合作用的實驗：第一組向綠色植物提供H218O和CO2；第二組向同種綠色植物提供H2O和 C18O2。在相同的條件下，對兩組光合作用實驗釋放出的氧進行分析，結(jié)果表明，第一組釋放的氧全部是18O2，第二組釋效的氧全部是O2。） 這個實驗證明了光合作用中釋放的氧全部來自水。 由此可以看到。幾代科學家歷經(jīng)二百多年，才對光合作用的生理過程有了比較清楚的認識。可見，科學的發(fā)展道路是很艱難，這里不僅包含著科學家們的艱辛勞動與智慧，還與社會科學技術(shù)的進步與發(fā)展密切相關(guān)。 前面我們已經(jīng)了解了光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，那么，在綠葉這個“綠色工廠”中，光合作用這一生理過程，到底是怎樣進行的呢？在學習這個問題以前，我們還是先來認識一下它的“廠房”——葉綠體。 我們已經(jīng)學習過葉綠體的有關(guān)知識，同學們回憶一下，葉綠體存在于植物的哪一個部位？它有什么功能？葉綠體的結(jié)構(gòu)是怎樣的？電子顯微鏡下觀察葉綠體的超薄切片，看到的葉綠體的基粒，是不是一個單純的圓柱體呢？（不是，是由一層一層的結(jié)構(gòu)重疊而成的。） 講述：很好，這個圓柱體是由一個個囊狀的結(jié)構(gòu)垛疊而成的。（取出一硬幣。）假如這就是一個由膜圍成的囊狀結(jié)構(gòu)；將其一個個垛疊起來，就形成了一個圓柱體，也就是一個基粒。葉綠體內(nèi)含有的幾個到幾十個基粒擴大了葉綠體內(nèi)的膜面積，這有什么作用呢？（答：有利于光合作用的一系列化學反應的進行。） 為什么春夏兩季植物的葉子翠綠醉人，而深秋樹葉則金黃斑斕呢？葉綠體中的色素分為兩大類：葉綠素和類胡蘿卜素。葉綠素又分為兩類：葉綠素a，呈藍綠色；葉綠素b，呈黃綠色。類胡蘿卜素也分為兩類：胡蘿卜素，呈橙黃色；葉黃素，呈黃色。由于葉綠素含量約占總量的四分之三，而類胡蘿卜素僅占四分之一，所以通常植物的葉子總是翠綠醉人的。這是由于葉綠素掩蓋了類胡蘿卜素顏色的緣故。但是，葉綠素很容易被破壞。秋天葉綠素會因為“忍受”不了氣溫下降等因素的影響而分解消失；胡蘿卜素和葉黃素則比較穩(wěn)定，終于在沒有葉綠素干擾時“重見天日”。（教師在這里可簡要介紹黃櫨、楓樹“霜葉紅于二月花”的原因，指出是由于葉綠素分解時，葉中的糖分轉(zhuǎn)變成紅色的花青素造成的。） 學生閱讀 自學、思考、回答 自學、思考、回答 思考、回答 教師活動 教 學 過 程 學生活動 出示問題 板書 提問 提問 提問 講述 提問 講述 提問 　 囊狀結(jié)構(gòu)上存在的這些色素有什么作用呢？可以吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能。同學們觀察哪些波長的光吸收量大，哪些波長的光吸收量最少？ 　　（答：主要吸收紅橙光和藍紫光，而對綠光吸收量最少。） 　 色素吸收的光，都能用于光合作用。由于色素對綠光的吸收量最少，綠光會被反射出來，所以葉綠體才呈現(xiàn)出綠色。 　　色素能夠吸收光能，還能傳遞和轉(zhuǎn)化光能。根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一，光合作用中與光有關(guān)反應會發(fā)生在什么部位？為什么？ 　　細胞內(nèi)的任何化學反應都需要酶來催化。科學家發(fā)現(xiàn)在囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上不僅分布有色素，還分布有大量的酶。同時在葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中也分布有多種酶。那么，光合作用是否只在囊狀結(jié)構(gòu)的薄膜上進行呢？ 　　（答：不是，根據(jù)還有一些酶分布在基質(zhì)中這一結(jié)論，肯定光合作用還可以在與光無關(guān)的部分即基質(zhì)中進行。） 　　很好，通過以上學習我們可以看到，葉綠體這個廠房，不僅為光合作用的進行在結(jié)構(gòu)方面做好了準備，同時也為光合作用的進行做好了物質(zhì)上的準備。當我們了解這一切時，不得不贊嘆大自然的神奇！ 　　今天這節(jié)課里，我們首先介紹了光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程。對于這部分內(nèi)容，同學們不要只記住結(jié)論，更重要的是理解科學家們的設計思想。同時，同學們應該從結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點出發(fā)，掌握第二個大問題——葉綠體和其中的色素。 　鞏固練習：教材中的復習題 評講 課堂作業(yè)：課課練P39 評講 課堂檢測：15分鐘P11、12 評講 思考、回答 學生閱讀 自學、思考、回答 自學、思考、回答 思考、回答