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2019-2020年高一生物新人教版必修1示范教案：《能量之源光與光合作用》第1課時 ●從容說課 光合作用是生物界乃至整個自然界最基本的物質代謝和能量代謝，光合作用也真實地顯示出生命系統(tǒng)的自主性和高度有序性。初中階段，學生通過一系列探索性實驗，初步形成光合作用的概念。高中生物學課本將為學生提供光合作用的研究史料，期望學生不僅能從光合作用的發(fā)現(xiàn)過程中深化對概念的理解，而且能受到科學家崇高的精神境界的熏陶，領悟科學探究的方法。因此，教學中要組織學生認真學習和討論這一部分史料。光合作用內容的學習始于綠葉中色素吸收和轉化光能，教學中要指導學生做好《綠葉中色素的提取和分離》的探究性實驗，并借助投影機、三棱鏡和新鮮菠菜葉片濾液和新鮮胡蘿卜濾液等材料做好綠葉中色素吸收光譜的演示實驗，通過葉綠體結構的學習讓學生進一步體會到生物體結構與功能的相統(tǒng)一。光合作用的光反應和暗反應過程是本小節(jié)的重點和難點，要讓學生重點掌握這兩個過程中的物質變化和能量變化以及發(fā)生的部位和條件，并從物質和能量轉變的高度去認識光合作用的意義。為了更好地讓學生認識光合作用原理在農業(yè)生產中的應用，可通過自主與合作學習的方式，嘗試讓學生利用各種媒體去調查和收集農業(yè)生產上有哪些提高光合作用強度的措施，并組織好學生完成教材中的探究活動——環(huán)境因素對光合作用強度的影響。 ●三維目標 1.知識與技能 （1）說出綠葉中色素的種類和作用。 （2）說出葉綠體的結構和功能。 （3）說明光合作用以及對它的認識過程。 （4）嘗試探究影響光合作用強度的環(huán)境因素。 （5）說出光合作用原理的應用。 （6）簡述化能合成作用。 2.過程與方法 （1）自主與合作學習：利用各種媒體調查和收集資料，學會鑒別、選擇、運用和分享 信息。 （2）訓練表達能力：嘗試將你所獲得的信息表達出來。 （3）活動與探究：通過探究“環(huán)境因素對光合作用的影響”，初步學會科學研究的一般方法，發(fā)展科學探究能力。 3.情感態(tài)度與價值觀 （1）通過光合作用發(fā)現(xiàn)史的學習，使學生受到科學家們崇高的精神境界的熏陶，并養(yǎng)成質疑、求實、創(chuàng)新及勇于實踐的科學精神和科學態(tài)度。 （2）通過了解光合作用原理在農業(yè)生產上的應用，使學生認識生物科學的價值，從而樂于學習生物科學。 ●教學重點 1.綠葉中色素的種類和作用。 2.光合作用的發(fā)現(xiàn)及研究歷史。 3.光合作用的光反應、暗反應過程及相互關系。 4.影響光合作用的環(huán)境因素。 ●教學難點 1.光反應和暗反應的過程。 2.探究影響光合作用強度的環(huán)境因素。 ●教具準備 多媒體課件、各種實驗器材、學生實驗設計報告和相關照片等，教學掛圖。 ●課時安排 3課時 第一課時 捕獲光能的色素和結構 ●教學過程 課前準備］ （1）制作多媒體課件； （2）《綠葉中色素的提取與分離》實驗所需的材料用具； （3）收集菠菜、韭菜、黃瓜葉、空心菜、生菜、油菜、白玉蘭、番薯葉等新鮮綠葉； （4）色素在濾紙條上分離的樣品； （5）投影機、三棱鏡； （6）新鮮菠菜葉片濾液和新鮮胡蘿卜濾液。 （7）學生2人為一組，在課前采集新鮮幼嫩綠葉20 g。 情境創(chuàng)設］ 教師：我們經常聽到這樣的一句話：萬物生長靠太陽。為什么這么說呢？請同學們觀察以下數據：據統(tǒng)計：①地球表面上的綠色植物每年大約制造了4 400億噸有機物；②地球表面上的綠色植物每年儲存的能量約為7.111018 kJ，這個數字大約相當于240 000個三門峽水電站每年所發(fā)出的電力，相當于人類在工業(yè)生產、日常生活和食物營養(yǎng)上所需能量的100倍。 教師：根據以上資料，我們可以得出什么結論？ 學生：對絕大多數生物來說，活細胞所需能量的最終源頭來自太陽的光能。 教師：那么太陽的光能又是通過什么途徑進入植物體內的呢？ 學生：光合作用。 教師：對。這就是我們今天開始學習的新內容：光與光合作用。 （顯示板書：第4節(jié) 能量之源——光與光合作用） 師生互動］ 1.綠葉中色素的提取與分離 教師：本節(jié)內容分兩個部分，今天我們先來學習第一部分：捕獲光能的色素和結構。 （顯示板書：一 捕獲光能的色素和結構） 教師：同學們已經知道生物生命活動所需要的能量歸根到底來自植物通過光合作用所吸收的光能，不知同學們有沒有思考過這樣的問題：植物是靠細胞中的哪些物質去捕獲光能的？ 學生：不知道。 教師：那大家又是否想過為什么不同植物葉片的顏色會不同，以及相同植物的葉片在不同時期也會不同這些問題呢？ 學生：那是因為植物含有色素。 教師：對啦。正是因為植物含有色素，才讓我們看到一個五彩繽紛的世界，也正是植物含有色素，才能捕獲太陽光能。我們先來學習“捕獲光能的色素”這一內容。 （顯示板書：1.捕獲光能的色素） 教師：綠葉中的色素究竟有哪些不同種類？它們分別又是什么顏色的？以及各種色素在綠葉中的含量是否相同呢？帶著這些問題我們一起來做《綠葉中色素的提取與分離》實驗。 教師：研究葉綠體中的色素，我們首先要做的就是把色素從綠葉中提取出來，色素提取量的多少與實驗的成敗有沒有關系？ 學生：有。 教師：那我們應選擇什么樣的葉片作為實驗材料呢？ 學生：應選擇葉色較深，也就是濃綠色的新鮮葉片作為實驗材料。 教師：很好?，F(xiàn)在每兩個同學為一組，以你們課前在校園里所采集到的新鮮幼嫩綠葉或用我收集到的菠菜、韭菜、黃瓜葉、空心菜、生菜、油菜、白玉蘭、番薯葉等新鮮綠葉為實驗材料。 學生選擇葉片。 教師：接下來我們要考慮的是如何才能把綠葉中的色素提取出來。不知同學們是否還記得，我們在學習《生物學》（人教版，七年級上冊）《綠葉在光下制造淀粉》實驗時知道，可以用酒精溶解葉綠素，從而使葉片變成黃白色。為什么會這樣？ 學生：說明酒精可以溶解葉綠素。 教師：非常好。綠葉中的色素不僅能溶解于酒精，還可以溶解于丙酮、石油醚等有機溶劑。所以我們今天的實驗有酒精、丙酮、石油醚三種有機溶劑供大家選擇，看看哪種實驗效果最好。 教師：當我們把綠葉中的色素溶解于丙酮等有機溶劑以后，又可以利用什么方法將它們分離開來呢？其實，綠葉中的色素不只一種，而且它們在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快；反之則慢。這樣，幾分鐘之后，綠葉中的色素就會隨著層析液在濾紙上的擴散而分離開。 教師：下面我們按以下步驟進行實驗。同學們在實驗過程中思考相關問題： 步驟 操作方法 學生思考 （1）提取綠葉中的色素 5 g綠葉放入研缽中快速研磨研磨液 ①加入SiO2、CaCO3的作用是什么？ ②研磨時為什么要迅速而充分？ ③將濾液收集到試管后，為什么要用棉塞將試管口塞嚴？ 學生也可自主選擇等量的丙酮、石油醚 （2）制備濾 紙條 將干燥的定性濾紙剪成長與寬小于試管長與寬的濾紙條，將濾紙條的一端剪去兩角，放入試管下端，并在距這一端1 cm處用鉛筆畫一條細的橫線 若濾紙條的一端不剪去兩角，則實驗結果如何？可設置對照實驗探究 （3）畫濾液 細線 用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細線。待濾液干后，再重復一兩次 重復畫一兩次的目的是什么？ 可用蓋玻片的垂直邊代替 （4）分離綠葉中的色素 將3 mL層析液倒入試管中，將濾紙條（有濾液細線的一端朝下）輕輕插入層析液中，隨后用棉塞塞緊試管口。注意：不能讓濾液細線觸及層析液 ①為什么不能讓濾液細線觸及層析液？如濾液細線沒入層析液中，實驗結果如何？可設置對照實驗探究。 ②為什么要用棉塞塞緊試管口？ 可用小燒杯代替試管，用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯 （5）觀察與 記錄 觀察試管內濾紙條上出現(xiàn)了幾條色素帶，以及每條色素帶的顏色、排序和寬窄 根據實驗結果，可得出什么結論？ （6）實驗結果展示 將實驗結果（濾紙條）貼在課本P98左下角空白處 在課本P98左下角空白處畫出如右圖的濾紙條，繪出你觀察到的色素帶，并在每條色素帶旁邊標明顏色。注意每條色素帶的寬窄比例 教師在指導學生實驗的過程中，可適當地提示學生如何合作學習，如一名同學提取綠葉中的色素，另一名同學則制備濾紙條；又如一名同學做濾紙條剪去兩個角的實驗，另一名同學則做濾紙條不剪去兩個角的實驗，然后比較實驗結果的不同。 教師：實驗結束啦，現(xiàn)在讓我們一起來看看實驗結果是怎么樣的。下面請每個小組將你們認為最好的其中一條濾紙條交到我這里來。 教師將學生交上來的濾紙條與自己所做的樣品一起用實物投影儀顯示出來。 教師：剛才實驗過程中，提取色素所用的有機溶劑有酒精、丙酮、石油醚三種，但結果卻相同，這說明什么問題呢？ 學生：說明了綠葉中的色素能溶于酒精、丙酮、石油醚等有機溶劑。 教師：對啦。雖然我們每個組所用綠葉的品種是不同的，但現(xiàn)在我們所看到的實驗結果卻基本上是相似的，這又說明了綠葉中的色素主要有幾種？ 學生：4種。 教師：沒錯。濾紙條上的色素由上至下，分別是什么顏色？ 學生：依次是橙黃色、黃色、藍綠色和黃綠色。 教師：很好。橙黃色的是胡蘿卜素，黃色的是葉黃素，藍綠色的是葉綠素a，而黃綠色的是葉綠素b。其中胡蘿卜素和葉黃素合稱為類胡蘿卜素，葉綠素a與葉綠素b則合稱為葉綠素。 （顯示板書：見下） （如果學生得不到正確的結果，則可組織學生分析討論實驗失敗的可能原因） 教師：實驗過程中我們做了兩種濾紙條，一種是剪去兩個角的，一種則不剪去兩個角。色素在濾紙條上的擴散有什么不同？ 學生：剪去兩個角的濾紙條上的色素帶擴散速度一致，色素在濾紙條上平行排列；而沒有剪去兩個角的濾紙條上的色素帶，邊緣擴散得比較快，中間擴散得慢，所以看起來色素帶是兩邊高中間低。 教師：因此我們在制備濾紙條時要將一端剪去兩個角的目的是什么啊？ 學生：使色素在濾紙條上的擴散速度一致。 教師：說得好。 教師：剛才有沒有哪位同學把濾液細線浸入層析液中的？ 學生：有。 教師：實驗結果如何？ 學生：得不到4種色素帶。 教師：為什么會這樣？ 學生：是不是濾液細線上的色素溶解到層析液當中啦？ 教師：正是如此。所以本實驗成功的關鍵之一就是不能讓層析液沒及濾液細線。 2.色素對光的吸收 教師：既然綠葉中含有4種不同顏色的色素，那為什么我們所看到的葉子往往是綠色 的呢？ 學生：可能是因為葉綠素的含量較多的原因吧。 教師：葉綠素含量較多是其中一方面的原因。據分析，綠葉中葉綠素的含量約占3/4，而類胡蘿卜素約占1/4。 （補充顯示板書：葉綠素含量約占3/4，類胡蘿卜素含量約占1/4） 教師：另一個主要原因則是因為色素對不同波長的光的吸收是有差別的，由于葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射出來，所以葉片呈現(xiàn)綠色。那么，這4種色素主要吸收哪些波長的光呢？我們來看看以下的實驗： 演示實驗A ①利用投影儀的光源和三棱鏡，可見到清晰的七色光譜可見光； ②將已制備好的新鮮的菠菜色素濾液（濾液中的色素主要是葉綠素）倒入培養(yǎng)皿中（薄薄的一層），將培養(yǎng)皿放在投影儀的光源和三棱鏡之間，讓學生觀察光譜區(qū)的變化。 教師：通過以上實驗，我們可以發(fā)現(xiàn)當葉綠素提取液放在光源與三棱鏡之間，光譜區(qū)出現(xiàn)什么樣變化？ 學生：兩頭光譜（紅光光譜區(qū)和藍紫光光譜區(qū)）變暗，其他變化不大。 教師：為什么會這樣？ 學生：被色素吸收了，所以變暗。 教師：從這里我們可以得出什么結論？ 學生：葉綠素主要吸收紅光與藍紫光。 教師：總結得很好。接下來我們繼續(xù)觀察另一個實驗。 演示實驗B ①利用投影儀的光源和三棱鏡，可見到清晰的七色光譜可見光； ②將已制備好的新鮮的胡蘿卜素提取液（取胡蘿卜，制取濾液，濾液中色素多數是類胡蘿卜素），將提取液倒入培養(yǎng)皿中（薄薄的一層），將培養(yǎng)皿放在投影儀的光源和三棱鏡之間，讓學生觀察光譜區(qū)的變化。 教師：通過這個實驗，我們可以發(fā)現(xiàn)光譜區(qū)出現(xiàn)了什么變化？ 學生：藍紫光光譜區(qū)變暗，其他變化不大。 教師：說明什么結論？ 學生：類胡蘿卜素主要吸藍紫光。 教師：正確。 教師顯示葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜圖。 教師：人們用更加精密的儀器測定得知，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光。 （補充顯示板書：類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光） 3.葉綠體的結構 教師：現(xiàn)在我們已經知道綠葉中含有4種色素，那么，這些色素分布在細胞中的哪些部位呢？直到1865年，德國植物學家薩克斯研究葉綠素在光合作用的功能時，發(fā)現(xiàn)葉綠素并非普遍分布在植物的整個細胞中，而是集中在一個個更小的結構里，后來人們稱之為葉綠體。1880年德國科學家恩格爾曼用水綿作實驗材料進行光合作用的實驗，發(fā)現(xiàn)了葉綠體是光合作用的場所。那么，葉綠體的結構如何，它又有哪些結構特點是與作為光合作用場所相適應 的呢？ （顯示板書：2.捕獲光能的結構——葉綠體） 教師顯示葉綠體立體結構示意圖。 教師：首先讓我們回憶一下，哪些細胞才含有葉綠體？ 學生：綠色植物的葉肉細胞。 教師：除了綠色植物的葉肉細胞，還存在于哪些細胞之中？ 學生：植物幼嫩的莖也有葉綠體。 教師：對啦。 （顯示板書：①分布：主要在綠色植物的葉肉細胞） 教師：葉綠體的形狀又是怎樣的？ 學生：一般呈扁平的橢球形或球形。 教師：對。而且葉綠體可以根據光照的強弱來改變自己的形狀，如外界光照較強，葉綠體則以側面接受光照，如果外界光照較弱時則以正面接受光照。這樣的特點有什么好處？ 學生：保證接受到充分的光照，又可避免被較強的光照灼傷。 教師：回答得很好。 （顯示板書：②形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形） 教師：現(xiàn)在同學們仔細觀察葉綠體的立體結構示意圖，說說它由哪些結構組成？ 學生：包括外膜、內膜、基粒和基質4部分。 教師：很好。葉綠體的外表有雙層膜，雙層膜是一種透明膜，膜是透明的，有什么好處？ 學生：有利于光線的透過且被色素吸收。 教師：葉綠體內部有許多基粒，基粒與基粒之間充滿了基質。每個基粒都是由一個個圓餅狀的囊狀結構堆疊而成，這些囊狀結構稱為類囊體。吸收光能的四種色素，就分布在類囊體的薄膜上。 （顯示板書：見下） 教師：每個基粒都含有2個以上的類囊體，多者可達100個以上。據計算，1 g菠菜葉片中的類囊體的總面積竟達60 m2左右。同學們思考一下，葉綠體內有如此多的基粒和類囊體，有什么作用？ 學生：極大地擴展了受光面積。 教師：沒錯。葉綠體中除含有吸收光能的4種色素外，還應該含有哪種物質？ 學生：酶。 教師：為什么？ 學生：因為光合作用是一系列復雜化學反應的過程，光合作用的順利進行需要酶的參與。 教師：既然光合作用需要酶的參與，那么哪個外界因素肯定會影響到光合作用的效率？ 學生：溫度。 教師：如何影響？ 學生：適當提高溫度有利于提高光合作用效率，降溫則會使光合作用效率降低。 教師：綜上所述，我們可以得出葉綠體的功能是什么？ 學生：光合作用的場所。 教師：非常好。 （顯示板書：④功能：光合作用的場所） 教師：最后同學們能不能總結一下葉綠體作為光合作用場所，在結構與功能上有什么相適應的特點？ 學生：葉綠體的雙層膜是透明的，有利于光照的透過；葉綠體內部巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進行光合作用所必需的酶。 教師：同學們歸納得很好。在初一的《生物學》（人教版，七年級上冊）中我們已經知道，光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。那么，對于光合作用的過程是如何被人們一步步所揭示的呢？綠色植物又是如何通過光合作用把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的呢？我們下一節(jié)課繼續(xù)學習。 教師精講］ 1.關于《綠葉中色素的提取與分離》實驗 濾紙條上有4條不同顏色的色帶，從上往下依次是：胡蘿卜素（橙黃色）、葉黃素（黃色）、葉綠素a（藍綠色）、葉綠素b（黃綠色），這說明綠葉中的色素有4種。葉綠體中色素是光合作用的物質基礎，色素吸收光能則是光合作用的動力。原核生物（自養(yǎng)型，如藍藻等）沒有葉綠體的結構，但這些生物細胞中同樣含有能進行光合作用的色素。 2.關于色素吸收光譜特點 太陽輻射中含有紫外光（150～400 nm）、可見光（400～760 nm）和紅外光（760～ 3 000 nm）。植物光合作用中所能利用的光主要是可見光中的紅光、橙光和藍紫光，其中對紅橙光吸收最多，這些光稱為生理有效光。射到葉片上的可見光中的綠光大部分被反射或透射掉，很少被吸收利用，所以綠光被稱為生理無效光。因此，在農業(yè)生產中，有些蔬菜大棚用紅色或藍色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，或在溫室中懸掛發(fā)紅色或藍色光的燈，可以有效地提高蔬菜產量，道理就在這里。 3.葉綠體結構分析 在分析綠葉中色素的種類和吸收光譜的特性后，再進一步分析葉綠體的成分和結構特點與光合作用的關系。如葉綠體的雙層膜是透明的，有利于光照的透過；葉綠體中的每個基粒由2～100個類囊體組成，可增大葉綠體內的膜表面，擴大色素的附著面，有利于提高光能的利用效率；葉綠體內的類囊體上和基質中含有多種與光合作用有關的酶，有利于光合反應高效地進行等。使學生理解生物的結構與功能相統(tǒng)一的特點。 評價反饋］ 1.從葉綠體中提取色素，選取下列哪一種葉片效果最好 A.厚硬似革質的綠色葉片 B.衰老、黃綠色的葉片 C.新鮮、幼嫩、色濃綠的葉片 D.多漿汁或有特殊氣味的綠色葉片 2.在葉綠體色素的提取實驗中，研磨綠葉時要加入丙酮，其目的是 A.防止葉綠素被破壞 B.使葉片充分磨碎 C.使各種色素充分溶解在丙酮里 D.為了使葉綠素溶解在丙酮里 3.在圓形濾紙的中央點上粘葉綠體的色素濾液，進行色素分析，會得到近似同心環(huán)狀的四個色素圈，排在外圈的色素呈 A.橙黃色 B.黃色 C.藍綠色 D.黃綠色 4.葉綠體中的色素能夠在濾紙上彼此分離的原因是 A.色素提取液中色素已經分層 B.陽光的照射使不同色素彼此分開 C.丙酮有使色素溶解并彼此分離的特性 D.各種色素在濾紙上的擴散速度不同 5.對綠色植物光合作用最有效的一組光是 A.紅光和黃綠光 B.黃光和藍紫光 C.紅光和橙光 D.紅光和藍紫光 6.關于葉綠體和線粒體的共同敘述中，不正確的是 A.都是雙層膜結構的細胞器 B.所含酶的功能都相同 C.都有基質和基粒 D.都不存在于原核細胞中 7.綠色植物細胞中，與能量轉換有關的一組細胞器是 A.線粒體和葉綠體 B.核糖體和高爾基體 C.中心體和內質網 D.高爾基體和葉綠體 8.研磨過程中加入少許SiO2與CaCO3的作用是________________________________。 9.將濾液收集到小試管中，必須用______________將試管口塞緊，目的是為了__________________________。 答案：1.C 2.C 3.A 4.D 5.D 6.B 7.A 8.加入SiO2的目的是為了研磨得充分；加入CaCO3是為了防止研磨時防止葉綠素被破壞 9.棉塞 防止丙酮揮發(fā) 課堂小結］ 布置作業(yè)］ （1）完成課后P100練習；（2）回答課本P97、P98和P100的討論題。 課后拓展］ 1.實驗設計：探究不同顏色新鮮葉片中色素的種類與含量 提示：根據當地實際情況，搜集不同顏色的常見新鮮幼嫩葉片，如大白菜、洋紫蘇、灑金榕、一品紅等蔬菜或植物的葉片，參照課本P97《綠葉中色素的提取和分離》的實驗原理、材料用具和方法步驟進行實驗，觀察不同顏色新鮮葉片中色素的種類與含量的相對 多少。 2.比較同一植物不同葉齡的葉片中色素的含量與種類 提示：以不同葉齡（如幼葉、成葉和老葉）的新鮮菠菜葉（或其他葉片）為實驗材料，實驗原理、材料用具和方法步驟參照課本P97《綠葉中色素的提取和分離》的實驗，觀察同一植物不同葉齡的葉片中色素的種類與含量的相對多少。 ●板書設計 第4節(jié) 能量之源——光與光合作用 第一課時 捕獲光能的色素和結構 1.捕獲光能的色素 2.捕獲光能的結構——葉綠體 （1）分布：主要在綠色植物的葉肉細胞 （2）形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形 ④功能：光合作用的場所