資源簡介

5.4.1捕獲光能的色素和結構的教案
【教材分析】
本節實驗課選自生物必修1《分子與細胞》第5章第4節《能量之源-光與光合作用》，學習了細胞基本結構和功能后，學生進行本實驗，利于他們了解葉綠體的結構和功能，也為學習光合作用的原理和應用奠定基礎。
【學情分析】
本節課的授課對象為高一學生，他們思維活躍，接受能力強，具有一定自學、觀察能力，可以通過自學說出實驗原理和步驟。學生已具備一定科學探究的能力，但動手能力差，實驗操作不規范。
基于此，教師課前采用導學案形式幫助學生了解實驗目的、原理和操作要領。提前培訓部分學生，讓他們在課堂實驗中擔任各實驗小組組長，以提高各小組實驗的規范性和成功率。
【教學目標】
（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）學會提取、分離綠葉色素的方法
（4）通過探究實驗，培養學生設計實驗的能力、分析和解決問題的能力以及培養語言表達能力。
（5）通過對葉綠體結構的學習，幫助學生樹立結構和功能相統-的生物學觀點
【教學重難點】
教學重點：“綠葉中色素的提取和分離”實驗的原理與方法；葉綠體適于進行光合作用的結構特點。
教學難點：植物捕獲光能的色素的種類和作用；葉綠體適于進行光合作用的結構特點。
【新課導入】
利用課本問題探討導入本節課，通過對植物工廠的了解，對植物生長所需的條件進行分析。了解在利用人工光源時，常見的是紅色、藍色、白色光源。
問題探討：你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養液成分等條件下，生產蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色的光源。
討論：
1、靠人工光源生產蔬菜有什么好處？
2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養液成分和溫度等條件？
答案： 1.可按照植物體的需要提供純正單色光與復合光；可人為控制光照強度和光照時間。
2.CO2是植物進行光合作用的原料，在一定范圍內，增加CO2濃度可加快光合作用的速率；營養液的成分對植物的生長起著重要作用；溫度主要通過影響酶的活性來影響光合作用。
通過對問題探討的交流討論，教師引導學生說明光可以為植物的生長提供能量。
【新課講解】
捕獲光能的色素
教師給出白化苗發病原因和白化表現相關資料：
白化苗即為葉片中不含有葉綠素的植物幼苗植物葉肉中有兩種質體，綠色和白色。
發病原因：第一種屬于生理性遺傳性病害；第二種是因秧苗受低溫傷害，引起葉綠素分解所致；第三種是營養因素引起。適宜水稻生長的土壤中有效鋅的臨界指標為0.05ppm，稻株正常含鋅量為20-120ppm，如果低于這一數值，就會出現缺鋅癥狀。水稻缺鋅時，主脈有失綠現象，沿主脈向葉緣擴大而多呈黃白色，最后整個葉片呈褐色。
白化表現：水稻白化苗有兩種：①零星散發的，葉片一出生就發生白化，或部分長條形白化，其中全白的苗，大多數在三葉期枯死；②葉色從黃到白，常從尖端開始，此時如果采取灌水、施肥等措施或天氣轉睛暖，又能恢復生長。
學生閱讀理解白化苗相關知識。教師利用玉米植株正常苗和白化苗的對比圖片，說明葉片中的色素可能與光能的捕獲有關。
教師指導學生對“綠葉中色素的提取和分離”實驗進行探究學習，以了解色素的種類和作用。
教師首先提出問題串：
1.為何選用新鮮的綠葉，否則會導致什么結果？
2.研磨時加入二氧化硅和碳酸鈣的作用是什么？
3.層析時層析液為何不能沒過濾液細線？
4.濾紙條上有幾條色素帶，它們是按照什么次序分布的？
5.綠葉中的色素在層析液中溶解度大小排序如何？
6.綠葉中的哪一種色素含量最多？
7.如果濾紙條上沒有色素帶，可能的原因是什么？
8.如果濾紙條上色素帶顏色偏淺，可能的原因是什么？
學生閱讀實驗過程，解決上述問題。學生通過對問題串的分析，可引導其將實驗結果和實驗操作相結合，提高學生分析問題的能力。
教師引導學生給出正確答案，并播放實驗視頻。
答案：1.選取新鮮綠葉的原因是新鮮綠葉中含色素多，綠葉久置后會導致色素分解
2. 二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞。
3. 不能讓濾液細線觸及層析液，否則濾液細線中的色素會被層析液溶解，而不能在濾紙上擴散。也可用小燒杯代替試管，用培養皿蓋住小燒杯。
4. 濾紙條上有4條不同顏色的色素帶，從上往下依次為胡蘿卜素（橙黃色、最窄）、葉黃素（黃色、較窄）、葉綠意a（藍綠色最寬）、葉綠素b（黃綠色、較寬）。
5.溶解度由大到小：胡蘿卜素、葉黃素、葉綠意a、葉綠素b。
6.葉綠素a含量最多。
7. ①忘記畫濾液細線。
②濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。
8. ①未加二氧化硅（石英砂）或研磨不充分，色素未充分提取出來。
②使用放置數天的綠葉或綠葉用量少，濾液中的色素（葉綠素）含量太少。
③一次加入大量的無水乙醇，導致提取液濃度太低（正確做法：分次加入少量無水乙醇來提取色素）。
④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。
教師和學生一起總結實驗結果：
教師總結：
教師提問：色素帶上有四種顏色，可是為什么正常情況下我們看到的葉片大多是綠色的？
教師帶領學生繼續探究4種色素對光的吸收的差別這一問題。
教師引導學生閱讀課本中色素的吸收光譜的相關資料，說明植物工廠里為什么不用發綠的光源？
教師和學生總結：
葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。這4種色素吸收的光波長有差別，但是都可以用于光合作用。植物工廠里不用發綠的光源是因為葉綠素對綠光的吸收最少。
葉綠體的結構適于進行光合作用
教師活動：為什么光合作用能夠在葉綠體中完成而其他結構不行呢？結構決定功能。所以這與葉綠體獨特的結構有關。
教師活動：展示葉綠體的相關圖片，講解葉綠體的形態結構。
教師活動：那么葉綠體除了吸收光能以外，還有什么其他的功能呢？
教師活動：展示課本思考討論中葉綠體的功能的相關資料，并講解實驗過程及現象。
教師活動：講解要點為：
1.提示：恩格爾曼第一個實驗的結論是：氧氣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.提示：實驗材料選擇水綿和好氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，用好氧細菌可確定釋放氧氣多的部位；沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾；用極細的光束照射，葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗；臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證了實驗結果，等等。
3.提示：這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于好氧細菌在此區域分布。
4.提示：葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。
教師活動：恩格爾曼的實驗直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。葉綠體是光合作用的場所。
教師活動：葉綠體共有兩層膜即內膜和外膜，內部有許多基粒，在基粒周圍充滿了基質。每個基粒都是由一個個圓餅狀的類囊體堆疊而成，通過這種類囊體的堆積，就大大增加了受光面積，而在這些類囊體的膜上就分布著大量吸收光能的色素分子和光合作用必需的酶。
教師提問：色素存在于植物細胞的什么部位呢？
結合必修一第三章《細胞的基本結構》中細胞器相關知識，教師利用課件對葉綠體從宏觀到微觀上進行講述，說明葉綠體適于進行光合作用的結構特征。
教師總結：
教師提問：葉綠體除了吸收光能外，還有其他功能嗎？
學生閱讀課本“葉綠體的功能”圖文資料。交流討論出葉綠體的功能有哪些？
教師利用課件，講解恩格爾曼的實驗。引導學生總結出葉綠體的功能。
總結：葉綠體能吸收光能，用于光合作用放氧，是光合作用的場所。
【板書】
5.4.1捕獲光能的色素和結構
一、捕獲光能的色素
1.色素的提取
取材→研磨→過濾→收集
2.色素的分離
制備濾紙條→畫濾液細線→分離濾液中的色素
3.色素的功能葉綠素和葉綠素b吸收藍紫光和紅光；胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。
二、葉綠體的結構適于進行光合作用
1.分布：葉肉細胞中
2.形態：扁平的橢球形或球形
3.功能：植物進行光合作用的場所。
【課后反思】
色素的提取和分離是高中階段必做實驗，也是重點實驗之一。在學生進實驗室之前，，就要給學生講明白研磨過程中加入石英砂、碳酸鈣、無水乙醇或丙酮的作用，讓學生明確儀器的原理，實驗原理，實驗的具體操作步驟，并由此能進行思考，最終實現清楚實驗操作并帶著問題進行探索。本節課就起到這樣一個作用。
通過本節課可以讓學生掌握探索實驗的方法。初步掌握提取和分離綠葉中色素的方法，探索高等植物綠葉中有幾種色素及其顏色。

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