高中生物必修一：5.4光合作用1

《光合作用的原理》教学设计一、教学内容分析《光合作用的原理》是人教版高中《生物学·必修1·分子与细胞》第5章“细胞的能量供应和利用”的第4节第2课时内容，分为光合作用的原理和应用两部分，根据学情计划分别用两个课时完成。

主要的目的是认识细胞生命活动中物质和能量的统一，探索该过程中发生的物质变化和能量转化。

结合本章第3节“细胞呼吸的原理和应用”，共同体现生命系统的物质与能量观。

二、学情分析授课对象是高一学生，学生通过对前面知识的学习已经了解了光合色素、叶绿体的结构、酶、ATP等相关知识，在初中阶段的学习已经对光合作用有了大体的认识，如“光合作用制造氧气，制造营养”，但是学生对光合作用详细的过程有待深入探究。

高中学生具备了一定的观察、认知能力以及小组合作能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善。

所以在教学过程中，应创设学生活动的机会，并进行适当的引导，让学生成为学习活动的主体。

三、教学目标及重难点《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确要求学生能“从物质和能量的视角，探索光合作用，阐明光合作用过程中贯穿的物质和能量变化”。

因此，物质与能量观是“光合作用的过程”教学要向学生渗透和阐释的一项重要的生命观念。

依据上述要求，结合学生学情，制订本节课的教学目标如下。

（1）阐明光反应和暗反应阶段的物质和能量变化；认同细胞生命活动过程始终贯穿着物质和能量的变化，形成物质和能量观等生命观念。

（2）分析科学史资料，在问题串的驱动下不断进行小组合作探究，进行光合作用概念的模型建构，深化对概念的理解，培养搜集处理信息以及表达交流能力，发展科学思维。

（3）课外查阅资料和搜集信息，将课堂探究与课外探究相结合，对现实问题进行科学分析，学会科学解决现实生活中的问题，担负社会责任。

四、教学策略本节课通过分析科学家研究光合作用的科学史资料，在问题串的不断驱动下，引导学生自主建构光合作用的概念模型，理解光合作用的原理，提高学生解决问题的能力，发展学生的科学思维。

光合作用速率的测定方法一、“半叶法”-测光合作用有机物的生产量。

即单位时间、单位叶面积干物质的量【例1】某研究小组用番茄进行光合作用实验，采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定。

其原理是：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理（见图1），并采用适当的方法（可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤，或用呼吸抑制剂处理）阻止两部分的物质和能量转移。

在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片。

烘干称重，分别记为M A—M B，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg (dm2·h)。

问题：若M=M B—M A，则M表示____ 。

【解析】如图l所示，A部分遮光，这半片叶片虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。

另一半B部分叶片既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。

设初始质量为a，呼吸作用消耗质量为b，净光合质量为b，则：M A=a—b，M B=a+c，所以：M=M B -M A=c+b，即M表示总光合作用质量。

这样，真正光合速率（单位：mg/dm2．h）就是M值除以时间再除以叶面积。

【答案]B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量二、气体体积变化法—一测光合作用O2产生（或CO2消耗）的体积【例2】某生物兴趣小组设计了如图2所示的装置进行光合速率的测试实验（忽略温度对气体膨胀的影响）。

(1)测定植物的呼吸作用强度：在该装置的小烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液适量；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；th后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得X值。

(2)测定植物的净光合作用强度：在该装置的小烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液适量；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中；1h后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得Y值。

请你预测在植物生长期红墨水滴最可能移动的方向并分析原因，并将结果填入表中：项目红墨水滴移动原因分析测定植物呼吸作用 a． C．测定植物净光合作 b． d．【解析】(1)测定植物的呼吸作用强度时，将玻璃钟罩遮光处理，绿色植物只进行呼吸作用。

第5章细胞的能量供应和利用第4节能量之源----光与光合作用一、实验：绿叶中色素的提取和分离1、原理:(1) 利用色素溶于有机溶剂而不溶于水的性质，可以用无水乙醇、丙酮等有机溶剂提取绿叶中的色素。

(2) 利用各种色素在层析液中溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同的原理可以使各种色素在滤纸上相互分离，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。

2、实验流程：(1) 提取色素：称重：称取5g新鲜绿叶剪碎：去掉叶柄和粗的叶脉研磨：加入少许SiO2、CaCO和10mL无水乙醇过滤：漏斗基部放单层尼龙布收集滤液：用棉塞将试管口塞严(2) 制备滤纸条：①将干燥的滤纸剪成略大于试管长度，略小于试管宽度的滤纸条，并在一端剪去两角②在距剪去两角的一端1cm处用铅笔画一条细的直线(3) 画滤液细线：①用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔画线处均匀地画一条直的滤液细线②干燥后，重复画2-3次(4) 色素分离：①烧杯中倒入3 mL层析液② 将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液中 ③ 用棉塞塞紧试管口(5) 观察结果：滤纸条上色素带有四条，分别是 素b 。

二、光合作用的发现：1.1771年普利斯特利实验 本实验缺点：缺乏空白对照，实验结果的说服力不强。

2.1864年萨克斯实验(1) 本实验中黑暗处理的目的：消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰。

(2) 本实验为自身对照，自变量为是否照光(一半曝光与另一半遮光)，因变量为叶片是否制造出淀粉，是否出现颜色变化(出现深蓝色)。

(由上到下)橙a ，黄绿色的叶绿3.1880年恩格尔曼实验⑴本实验的实验组为极细光束照射处的叶绿体，对照组为黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体。

（2）本实验中为自身对照，自变量为光照（照光处与不照光处；黑暗与完全曝光），因变量为好氧细菌分布。

4.1941年鲁宾、卡门实验（1）本实验方法为同位素标记法。

⑵本实验为相互对照，自变量为标记物质（H218O与C18C2），因变量为Q的放射性。

5.4.1 光合作用与能量转化1.北方秋季，银杏、黄栌、红枫等树种的叶片由绿变黄或变红，一时间层林尽染，分外妖娆。

低温造成叶肉细胞中含量下降最显著的色素是()A．叶黄素B．花青素C．叶绿素D．胡萝卜素【答案】C【解析】决定树叶颜色的是叶绿素和花青素，当叶绿素比较多的时候叶子是深绿色，比较少的时候是嫩绿色，花青素多了就会发红，发紫。

叶绿素的形成主要与光照有关，而北方秋季，银杏、黄栌等树种的叶片由绿变黄或变红，一时间层林尽染，分外妖娆，说明叶的色素中最易受低温伤害而被破坏的是叶绿素，故选C。

2．某同学在进行“叶绿体色素的提取与分离”实验时，进行了以下操作。

操作中正确的是() A．将新鲜菠菜叶片烘干粉碎后放入研钵中，加入95%乙醇后直接进行研磨B．将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处直接用毛细吸管重复画横线C．为增强实验效果，将滤液细线画粗些并进行多次重复D．将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，滤液细线不能浸入层析液【答案】D【解析】叶片剪碎后，应该加入二氧化硅(研磨充分)、碳酸钙(保护色素)，然后再加入无水乙醇研磨，A错误；制备滤纸条后，画滤液细线时应该先用铅笔画线，B错误；画滤液细线时，尽量画的又细又直，避免色素带重叠，影响实验观察，C错误；分离色素时，层析液不能接触滤液细线，否则会导致实验失败，D正确。

故选D。

3．利用乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素后，将叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如下图左所示)，将滤纸点样点以下部分浸入层析液后，最终滤纸条上各色素正确位置应为()A．A B．BC．C D．D【答案】C【解析】叶绿体中的四种色素，在层析液中的溶解度由小到大依次为叶绿素b＜叶绿素a＜叶黄素＜胡萝卜素。

溶解度越大，随层析液在滤纸条上扩散的速率越快，所形成的色素带距离点样处越远，据此依题意并分析各选项的实验结果可知：滤纸条从下到上的色素名称分别是：叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，C正确，A、B、D均错误。

第4节能量之源——光与光合作用●从容说课光合作用是生物界乃至整个自然界最基本的物质代谢和能量代谢，光合作用也真实地显示出生命系统的自主性和高度有序性。

初中阶段，学生通过一系列探索性实验，初步形成光合作用的概念。

高中生物学课本将为学生提供光合作用的研究史料，期望学生不仅能从光合作用的发现过程中深化对概念的理解，而且能受到科学家崇高的精神境界的熏陶，领悟科学探究的方法。

因此，教学中要组织学生认真学习和讨论这一部分史料。

光合作用内容的学习始于绿叶中色素吸收和转化光能，教学中要指导学生做好《绿叶中色素的提取和分离》的探究性实验，并借助投影机、三棱镜和新鲜菠菜叶片滤液和新鲜胡萝卜滤液等材料做好绿叶中色素吸收光谱的演示实验，通过叶绿体结构的学习让学生进一步体会到生物体结构与功能的相统一。

光合作用的光反应和暗反应过程是本小节的重点和难点，要让学生重点掌握这两个过程中的物质变化和能量变化以及发生的部位和条件，并从物质和能量转变的高度去认识光合作用的意义。

为了更好地让学生认识光合作用原理在农业生产中的应用，可通过自主与合作学习的方式，尝试让学生利用各种媒体去调查和收集农业生产上有哪些提高光合作用强度的措施，并组织好学生完成教材中的探究活动——环境因素对光合作用强度的影响。

●三维目标1.知识与技能（1）说出绿叶中色素的种类和作用。

（2）说出叶绿体的结构和功能。

（3）说明光合作用以及对它的认识过程。

（4）尝试探究影响光合作用强度的环境因素。

（5）说出光合作用原理的应用。

（6）简述化能合成作用。

2.过程与方法（1）自主与合作学习：利用各种媒体调查和收集资料，学会鉴别、选择、运用和分享信息。

（2）训练表达能力：尝试将你所获得的信息表达出来。

（3）活动与探究：通过探究“环境因素对光合作用的影响”，初步学会科学研究的一般方法，发展科学探究能力。

3.情感态度与价值观（1）通过光合作用发现史的学习，使学生受到科学家们崇高的精神境界的熏陶，并养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。

第四节能量之源-光与光合作用一、捕获光能的色素1.实验：绿叶中色素的提取和分离①绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。

②色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。

③实验过程中加入少许的二氧化硅和碳酸钙，二氧化硅有助于充分研磨，碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。

2.分类叶绿素a（蓝绿色）叶绿素（含量约占3/4）绿叶中的色素叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）类胡萝卜素（含量约占1/4）叶黄素（黄色）①最上层的是：胡萝卜素；②最下层是：叶绿素b；③最宽的色素带是：叶绿素a；3.叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要存在于叶绿体中。

【习题一】下列关于光合色素的叙述，错误的是（）A．叶绿素a和叶绿素b都含镁元素B．胡萝卜素在层析液中的溶解度最大C．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光【分析】1、叶绿体含有叶绿素和类胡萝卜素，是光合作用的场所．主要由叶绿体外被、类囊体和基质三部分构成，其中类囊体包括基粒类囊体和基质类囊体．光合色素都存在于叶绿体的类囊体膜上．2、叶绿素的组成元素为C、H、O、N、Mg．类胡萝卜素不含Mg．3、分离色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素．溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢．滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b．【解答】解：A、叶绿素a和叶绿素b都含镁元素，类胡萝卜素不含Mg．A正确；B、胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，在滤纸条上扩散的最快，B正确；C、叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C正确；D、植物呈现绿色是由于，叶绿素几乎不吸收绿光，绿光被反射回来的缘故，D 错误。

故选：D。

【习题二】为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果（I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）．下列叙述正确的是（）A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成C．四种色素在层析液中溶解度大小是I＜Ⅱ＜Ⅲ＜ⅣD．色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间【分析】析题图：滤纸条从上到下依次是：Ⅰ胡萝卜素、Ⅱ叶黄素、Ⅲ叶绿素a（最宽）、Ⅳ叶绿素b（第2宽），色素带的宽窄与色素含量相关．强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照．【解答】解：A、根据题图来看：强光照导致了该植物叶绿素含量降低，绿色变浅，A错误；B、强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；C、四种色素在层析液中溶解度大小是I＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ，C错误；D、素分离过程中如果滤液线触及石油醚，色素会溶解在层析液，D错误。