資源簡介

光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
【教學(xué)目標(biāo)分析】
1．知識與技能：說明光反應(yīng)和碳反應(yīng)過程及相互聯(lián)系；概述光合作用的意義；說出綠葉中色素的種類和作用。
2．過程與方法：培養(yǎng)處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力；訓(xùn)練語言表達(dá)能力、思維能力和掌握思維的方法。
3．情感態(tài)度與價值觀：通過光合作用發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)，形成科學(xué)的精神和態(tài)度，認(rèn)同科學(xué)方法在科學(xué)發(fā)展上的重要性。
【教學(xué)重難點(diǎn)】
重點(diǎn)：光反應(yīng)和碳反應(yīng)過程與意義；綠葉中色素的種類和作用。
難點(diǎn)：光反應(yīng)和碳反應(yīng)的過程與聯(lián)系
【教學(xué)流程設(shè)計】
教師活動
學(xué)生活動
教學(xué)意圖
一、創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣
教師出示一個盛有清水的燒杯并提問：什么方法能利用燒杯中的水釋放氧氣？
并根據(jù)學(xué)生的描述進(jìn)行引導(dǎo)，書寫板書
思考并回答初中學(xué)過的有
關(guān)光合作用知識：原料、
產(chǎn)物、條件及場所。
利用實(shí)物，導(dǎo)入新課，引起學(xué)生的興趣。
二、搭建支架，學(xué)習(xí)新知
（一）出示葉綠體圖，說出各結(jié)構(gòu)名稱
（二）以資料的形式展示葉綠體中色素的種類、顏色、含量及功能
1.問：葉綠體中含量最多的色素種類和顏色分別是什么？
2.問：推測色素位于葉綠體的哪個結(jié)構(gòu)上？
3.告知學(xué)生：與光合作用有關(guān)的酶位于類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中。
觀察圖片,回憶舊知：思考并回答學(xué)過葉綠體的具體結(jié)構(gòu)。
通過資料內(nèi)容推斷葉綠體中含量最多的色素為葉綠素a（藍(lán)綠色），從而根據(jù)葉綠體的結(jié)構(gòu)圖推知色素位于類囊體膜上。
PPT中對于結(jié)構(gòu)名稱采取先隱去后逐步呈現(xiàn)的方法激起了學(xué)生的挑戰(zhàn)欲望，從而積極提取已有知識。簡單介紹色素，確定色素及酶的具體場所，為光反應(yīng)和碳反應(yīng)具體場所、條件的推導(dǎo)埋下伏筆。
三、展現(xiàn)科學(xué)史，體會探究樂趣
（一）探究光合作用產(chǎn)生的中O的來源
1.分組討論：光合作用釋放的是來自同是氣體的，還是，還是兩者兼有？如何用實(shí)驗(yàn)證明？
2.在副板上根據(jù)學(xué)生描述畫出實(shí)驗(yàn)簡圖。
3.PPT展示經(jīng)典實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請學(xué)生說出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
（二）借助科學(xué)史探究光反應(yīng)過程
1.探究光反應(yīng)的物質(zhì)變化
（1）光反應(yīng)中除了水的分解之外，是否還存在其他物質(zhì)變化？
以音頻的形式配合圖片展示科學(xué)史——資料1：美國科學(xué)家阿爾農(nóng)將葉綠體從植物中分離出來，加到添加了ADP、Pi和NADP+的水溶液中，在沒有的的條件下給予光照，發(fā)現(xiàn)葉綠體中有氧氣放出，并且會有ATP和NADPH產(chǎn)生。
（2）引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)音頻資料、已學(xué)知識及物質(zhì)守恒定律推斷光反應(yīng)物質(zhì)變化的具體過程并展示在板書上。
2.PPT展示光反應(yīng)的產(chǎn)物—NADPH的相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生推斷光反應(yīng)中的能量變化
3.請學(xué)生歸納光反應(yīng)的條件
4.請學(xué)生推測光反應(yīng)的具體場所
（三）借助科學(xué)史探究碳反應(yīng)過程
1.引出“碳反應(yīng)”
提出問題：ATP和NADPH作為光反應(yīng)的產(chǎn)物，并沒有出現(xiàn)在總方程式中，說明它們在光合作用過程中可能有什么作用？
2.探究碳反應(yīng)的物質(zhì)變化
（1）以音頻的形式配合圖片展示科學(xué)史——資料2：美國科學(xué)家阿爾農(nóng)繼續(xù)用離體葉綠體做實(shí)驗(yàn)，在黑暗條件下，供給二氧化碳、ATP和NADPH，發(fā)現(xiàn)葉綠體能將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)槿继牵珹TP和NADPH含量急劇下降。這個過程因?yàn)椴恍枰猓郧氨环Q為暗反應(yīng)，后改為碳反應(yīng)。
（2）提出問題：可以用什么方法來研究碳反應(yīng)過程中是如何轉(zhuǎn)化為三碳糖的？
（3）音頻配合展示科學(xué)史——資料3：美國科學(xué)家卡爾文利用同位素標(biāo)記法進(jìn)行了探究實(shí)驗(yàn)，研究小球藻在光合作用時轉(zhuǎn)化為三碳糖的路線。卡爾文將標(biāo)記的通入到盛有小球藻的玻璃器皿中，給予充足的光照，每隔一段時間取樣，并立即殺死小球藻。將小球藻中被標(biāo)記的化合物提取出來。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：光照后檢測產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)有多種帶標(biāo)記的化合物（三碳酸、三碳糖等）；若將光照時間逐漸縮短至幾分之一秒時發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在三碳酸中。
（4）提出問題：說明在碳反應(yīng)過程中，首先轉(zhuǎn)化成什么物質(zhì)？
追問：可能是由幾份參與反應(yīng)形成一份三碳酸？
（5）以音頻的形式展示科學(xué)史——資料4：實(shí)驗(yàn)證明，事實(shí)并非如此。當(dāng)卡爾文對這種三碳化合物分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn)，只有一個C有放射性，而另外兩個C沒有。那么這兩個碳只能來自小球藻細(xì)胞本身。那小球藻細(xì)胞中是不是存在二碳化合物呢？卡爾文及其同事通過改變實(shí)驗(yàn)條件來搜尋二碳化合物，但卻始終沒有找到。然后在研究中卻發(fā)現(xiàn)有一種五碳化合物呈現(xiàn)規(guī)律性變化。
（6）與學(xué)生一起歸納碳反應(yīng)的物質(zhì)變化：
①的固定及三碳酸的還原。
請學(xué)生推測三碳酸的還原中的還原劑。
②請學(xué)生思考：若碳反應(yīng)只有這兩步反應(yīng)，碳反應(yīng)能否長時間順利進(jìn)行？
③說明碳反應(yīng)中的物質(zhì)變化過程：的固定、三碳酸的還原、五碳化合物的再生，所有反應(yīng)都需要酶的催化。由于科學(xué)家卡爾文在該過程的研究中的卓越貢獻(xiàn)，碳反應(yīng)也被稱為卡爾文循環(huán)，卡爾文也因此獲得了1961年的諾貝爾化學(xué)獎。
3.請學(xué)生推斷碳反應(yīng)中的能量變化
4.請學(xué)生歸納碳反應(yīng)的條件
5．請學(xué)生推測碳反應(yīng)的具體場所
6.展示科學(xué)史——資料4，請學(xué)生分小組討論：卡爾文當(dāng)時可能通過改變什么實(shí)驗(yàn)條件使得化合物含量出現(xiàn)相應(yīng)的變化？
展示科學(xué)史——資料4：卡爾文及其同事通過改變實(shí)驗(yàn)條件來搜尋二碳化合物，但卻始終沒有找到。然后在研究中卻發(fā)現(xiàn)有一種五碳化合物呈現(xiàn)規(guī)律性變化。由此提出上述問題。
開展合作學(xué)習(xí)：學(xué)生四人一組就實(shí)驗(yàn)方法和具體實(shí)驗(yàn)操作步驟展開討論。
小組代表發(fā)言：①可以利用同位素標(biāo)記法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明中的O的來源。②O的同位素為。③描述實(shí)驗(yàn)思路：取兩支試管，編號為A和B。A試管加入和，B試管加入和。觀察產(chǎn)生的是否帶有標(biāo)記。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光合作用釋放的氧全部來自參加反應(yīng)的水。
根據(jù)資料1推斷出光反應(yīng)中的物質(zhì)變化：水的分解、ATP的合成、NADPH的合成。
在教師的引導(dǎo)下，說出光反應(yīng)中物質(zhì)變化的三條反應(yīng)式。
根據(jù)已學(xué)知識（ATP）和新學(xué)的知識（NADPH）及光反應(yīng)的物質(zhì)變化推斷出光反應(yīng)中的能量變化：光能轉(zhuǎn)化為ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能。
根據(jù)音頻資料1推斷光反應(yīng)的條件：光、色素、酶。
根據(jù)光反應(yīng)的條件推斷光反應(yīng)的場所：葉綠體的類囊體薄膜。
學(xué)生經(jīng)過思考，認(rèn)識到ATP和NADPH可能既是光反應(yīng)的產(chǎn)物，又是下一個階段的反應(yīng)物。
學(xué)生明確了“下一個階段”的名稱為“碳反應(yīng)”，光合作用的直接產(chǎn)物為“三碳糖”，而不是總方程式中的“葡萄糖”。
學(xué)生經(jīng)過思考回答：同位素標(biāo)記法，標(biāo)記C元素。
學(xué)生根據(jù)音頻資料回答：三碳酸。
根據(jù)物質(zhì)守恒，學(xué)生回答:3份。
學(xué)生根據(jù)科學(xué)家卡爾文的研究結(jié)果，明確了碳反應(yīng)過程中，首先是與五碳化合物反應(yīng)生成三碳酸，三碳酸再經(jīng)過反應(yīng)生成三碳糖。
學(xué)生根據(jù)前面的NADPH的知識，意識到NADPH為還原劑，并且由于產(chǎn)物三碳糖中含有大量能量，故ATP也參與了這一步的反應(yīng)。
學(xué)生回答：由于五碳化合物的含量是有限的，所以為了保證碳反應(yīng)的順利進(jìn)行，還應(yīng)有五碳化合物的再生。
推斷出碳反應(yīng)能量變化：ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。
歸納出碳反應(yīng)的條件為：需要，不需要光直接參與。
根據(jù)與光合作用有關(guān)的酶在葉綠體中的分布，推測出碳反應(yīng)的場所為：葉綠體基質(zhì)。
學(xué)生四人一組就該問題展開討論。
小組代表1發(fā)言：濃度。理由是當(dāng)濃度升高時，的固定反應(yīng)速率加快，而短時間內(nèi)五碳化合物的再生反應(yīng)速率不變，所以五碳化合物含量會降低。
小組代表2發(fā)言：光照強(qiáng)度。理由是當(dāng)光照強(qiáng)度增強(qiáng)時，
光反應(yīng)速率加快，產(chǎn)物ATP和NADPH增加，三碳酸的還原反應(yīng)速率加快，產(chǎn)生的三碳糖增加，所以五碳化合物的再生反應(yīng)速率加快。而短時間內(nèi)，的固定反應(yīng)速率不變，所以五碳化合物的含量會升高。
學(xué)生通過分組討論，鍛煉了實(shí)驗(yàn)設(shè)計的能力，也明白了光合作用產(chǎn)生的氧氣全部是來自水。引出了本課第一個重點(diǎn)內(nèi)容：光反應(yīng)。
經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的展示，也是科學(xué)史的展示，驗(yàn)證了學(xué)生的探究，使學(xué)生體會到了探究的樂趣。
給學(xué)生再現(xiàn)了光反應(yīng)過程研究的科學(xué)史，在短時間內(nèi)直觀、形象地顯現(xiàn)出探究的全過程，突出體現(xiàn)了科學(xué)研究的精密、嚴(yán)謹(jǐn)和巧妙，充分培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。
借助科學(xué)史，學(xué)生自己歸納出光反應(yīng)的場所、條件、物質(zhì)變化及能量變化，解決了本節(jié)課的第一個重點(diǎn)及難點(diǎn)，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，發(fā)揮了學(xué)生的主體地位。
通過對科學(xué)史的分析，培養(yǎng)了學(xué)生處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力等。
課件中聲、像、圖、文并茂地展示科學(xué)史的發(fā)展，學(xué)生仿佛置身當(dāng)時環(huán)境，感受到濃濃的學(xué)術(shù)研究氛圍，為自主研究和討論奠定基礎(chǔ)。
通過討論，學(xué)生的思路更開闊、更靈活、更深刻、更新穎。在討論過程中，訓(xùn)練學(xué)生的語言表達(dá)能力，訓(xùn)練了學(xué)生的思維能力和掌握思維的方法。
以音頻形式結(jié)合圖片，展現(xiàn)科學(xué)史——科學(xué)家對碳反應(yīng)的研究過程，從而讓學(xué)生探究出碳反應(yīng)過程中的物質(zhì)變化。
引導(dǎo)學(xué)生探究出完整的卡爾文循環(huán)過程。
借助信息技術(shù)，還原科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生真切地感受到科學(xué)的嚴(yán)密性，體會到了探究學(xué)習(xí)的快樂。并解決本節(jié)課的又一重點(diǎn)和難點(diǎn)。
學(xué)生通過對該問題的探討，有了外界因素能改變光合作用速率的初步意識，并且明確了光反應(yīng)速率能影響碳反應(yīng)速率。
提出光合速率，表光光合速率，真正光合速率的概念
提出影響光合作用的環(huán)境因素并分析其在生產(chǎn)上的應(yīng)用
復(fù)習(xí)呼吸作用和光合作用分析它們的反應(yīng)式，并通過細(xì)胞呼吸一節(jié)中提到的呼吸速率引出光合率；再通過分析反應(yīng)式，提出表光光合速率，真正光合速率的概念。
書寫光合作用反應(yīng)方程式，分析反應(yīng)式，學(xué)生小組合作總結(jié)歸納影響光合作用的環(huán)境因素，教師做適當(dāng)補(bǔ)充和總結(jié)；
繪制光照強(qiáng)度對光合作用速率的影響曲線并準(zhǔn)確描述；并分析其在生產(chǎn)上的應(yīng)用
讓學(xué)生自己繪制、溫度對光合作用速率的影響曲線并準(zhǔn)確描述，并分析其在生產(chǎn)上的應(yīng)用，教師點(diǎn)評。
復(fù)習(xí)呼吸作用和光合作用的要點(diǎn)，并提出光合速率等概念為下面的學(xué)習(xí)做鋪墊。
復(fù)習(xí)已有知識，學(xué)以致用；在原有知識基礎(chǔ)上引導(dǎo)歸納、繪圖、準(zhǔn)確表達(dá)。
四、小結(jié)延伸
（一）借助多媒體，展示光合作用全過程
借助圖片的動態(tài)過程復(fù)習(xí)光合作用的光反應(yīng)和碳反應(yīng)過程
（二）展示三碳糖的去路
在總反應(yīng)式中，光合作用的產(chǎn)物是葡萄糖，那三碳糖除了合成葡萄糖之外，還能合成其他物質(zhì)么？
借助動態(tài)過程學(xué)習(xí)三碳糖的去路。
（三）總反應(yīng)式的拓展
根據(jù)光反應(yīng)和碳反應(yīng)的過程，對方程式進(jìn)行修改。
所以高中階段光合作用的總方程式為：
與老師一起描述光合作用的過程，對整節(jié)課的重點(diǎn)知識進(jìn)行及時的回顧。
根據(jù)中的O全部都來自反應(yīng)物中的，可知產(chǎn)生6份，需要12份。反應(yīng)物12份和6份比產(chǎn)物一份和6份，多了12個H和6個O。說明產(chǎn)物還有6份。
利用信息技術(shù)形象模擬呈現(xiàn)光合作用時葉綠體內(nèi)部的物質(zhì)變化，既加深理解，又增強(qiáng)記憶。
歸納復(fù)習(xí)本課的重點(diǎn)：光反應(yīng)和碳反應(yīng)的過程，并且引到碳反應(yīng)的產(chǎn)物三碳糖。
明確光合作用的產(chǎn)物除了糖類外，還有其他有機(jī)物，并且說明這些有機(jī)物合成的場所。
在學(xué)生學(xué)習(xí)了光反應(yīng)和碳反應(yīng)的具體過程之后，經(jīng)過老師的引導(dǎo)，很容易得到這條更為科學(xué)和直觀的總方程式。
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