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1、第五章 细胞的能量供应和利用 5.4 光合作用的原理一、 教学目标1.说明光合作用以及对它的认识过程。2.说出光合作用过程。二、 教学重点和难点1.教学重点（1）光合作用的发现及研究历史。（2）光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。2.教学难点光反应和暗反应的过程三、教学方法探究法、实验法、讲述法、对比法四、课时安排 1五、【课前准备】 1、制作多媒体课件。2、课前教师提供一份预习学案，布置学生预习课本的内容。六、教学过程教师：通过上一节课的学习，我们已经知道光合作用的场所是叶绿体，请问叶绿体有哪些结构特点与其功能相适应呢？回顾叶绿体的亚显微结构。学生：第一，叶绿体内有许多基粒和类囊体，扩大
2、了叶绿体的受光面积，类囊体膜表面分布着许多吸收光能的色素分子，便于光能的吸收；第二，类囊体膜表面以及基质内还分布着多种光合作用所必需的酶，有利于光合作用的进行。教师：初中我们曾经学习过有关光合作用的知识，请问你们对光合作用的知识还有哪些方面的了解？学生：（七嘴八舌）光合作用的原料是CO2和H2O；光合作用的条件是光；光合作用的产物是糖类和氧气；等等。教师：很好。看来大家对光合作用的知识还了解不少。请一位同学根据幻灯片内容来归纳光合作用的概念。学生：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。教师：很好，看来同学们对光合作用的具体过程掌握得不错。但是
3、有哪位同学知道光合作用的过程是怎样被人发现和了解的吗？教师：这个问题看来大家了解得不多。人们对光合作用的认识经历了一个漫长的过程，科学家们用了200多年的时间经过无数次的实验才对光合作用的过程有了比较清楚的认识。下面我们将沿着科学家们探寻的足迹，去体验他们认识问题的思维过程和科学探索的乐趣。板书 光合作用的探究历程教师：这部分内容我们将以小组合作学习的方式来进行。请大家结合课本P101P102的内容，根据提供一份预习学案，然后分组讨论表格中所提出的问题。请看大屏幕。多媒体课件出示小组合作学习要求：（1）每个小组推选一名组长，组织本组同学讨论学习；（2）推选一名记录员记录本组同学讨论的结果；（3
4、）推选一名交流代表发言，汇报本组讨论结果；（4）每位同学在讨论时都要积极思维、踊跃发言，帮助本组代表准备好发言提纲。附：生物小组合作学习记录卡小组编号时 间月 日 第 节组 长记录员组 员课 题讨 论结 果交流代表讲述结合课本的图，一步一步的引导。旁栏思考题学生思考讨论回答，教师提示。提示持这种观点的人，很可能是在无光条件下做的这个实验。无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就是使空气变污浊了。年代科学家实验情况结论思考1771年英国普利斯特利密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死他的实验有时成功，有时失败，试想
5、一下可能的原因是什么？1779年荷兰英格豪斯密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在光照条件下，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死；密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在黑暗中，一段时间后，蜡烛熄灭，小鼠死亡；重复500多次英格豪斯的实验设计与前人相比，改进在什么地方？1845年德梅耶略梅耶在得出这个结论的依据是什么？1864年德 萨克斯暗处理后的叶片一半叶变蓝，遮光一半不变蓝萨克斯的实验目的是什么？为什么对天竺葵先进行一昼夜的暗处理？通过萨克斯的实验我们可得到什么结论？此实验是否采取了对照实验？如果是其对照组和实验组分别是什么?在用碘蒸气鉴定之前,为什么对叶片进行脱色?20
6、世纪30年代美 鲁宾和卡们用了同位素18O标记水即H218O，进行光合作用实验，发现生成的氧全部是18O2，用素18O标记co2，即C18O2，H2O不作标记，则生成的氧全部是O2鲁宾和卡门实验主要证明什么？鲁宾和卡门采用什么先进方法来进行实验？鲁宾和卡门采用相互对照实验，实验的自变量与因变量分别是什么？1、人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学有什么联系？与技术手段的进步有什么关系？试举例说明。2、分析人类对光合作用的探究历程，你还有那些感悟？请与同学交流。3、光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？你能用一个化学反应式表示出来吗？结 论思 考植物可以更新空气可能是在无光条
7、件下做的这个实验。因为无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，所以实验失败。植物只有在阳光照射下才能更新空气设计了对照实验；控制单一变量（即唯一自变量）；对实验过程进行重复植物在进行光合作用时把光能转变成了化学能储存起来依据是“能量的转换和守恒定律”证明绿叶在光合作用中制造了淀粉，同时光合作用需要光为了验证光合作用的产物是什么？暗处理是为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽。自身对照实验,对照组为暴光,实验组为遮光，一半遮光一半曝光，是为了进行对照。可以用酒精脱色,因为叶绿素可以溶解在酒精溶液里,而且在热酒精里溶解速度更快,去除叶绿素目的是在下面进行的显色反应里
8、不会影响显现的颜色,有利于实验结果的判断.光合作用释放的氧全部来自水采用了“同位素标记法”来进行实验。自变量为标记物质（ H218O与C18O2），因变量为O2放射性1、提示：从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学的研究进展关系很密切。例如：直到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳，这个事实说明生物学的发展与化学领域的研究进展密切相关。又如，基于核科学的进展，鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水，而不是来自二氧化碳。这些都说明在科学发展的进程中，相关学科的互相促进，以及技术手段的进步对科学发展有巨大的推动
9、作用。2、提示：许多科学家为了研究光合作用进行了辛勤的探索，他们不断地探索研究，从不放弃，坚持到底，这种献身科学的精神值得我们学习；使我们体验到了科学探究的一般过程是：通过观察、发现问题提出问题、进行假设指定计划、设计实验观察实验、获取证据检验假设、得出结论，并认识到科学发现的艰难，科学研究方法的重要性，能及综合利用各学科的成果和研究手段的重要性；科学家所设计的实验不仅有整体的设想、清晰的思路和操作的可行性，而且他们的实验都遵循了对照性原则、控制变量原则、重复性原则等原则，这些科学实验方法都是值得我们借鉴的。叶绿体光照3、CO2 + H2O* （CH2O）+ O2*【师生互动】自主探究：请设计
10、实验探究光合作用的过程中需要二氧化碳。总结：科学探究的一般过程（二、）光合作用的过程教师：下面我们先来看看光合作用是怎样在叶绿体中进行的。（显示板书：光合作用的过程）教师：用多媒体课件演示发生在一个叶绿体中的光合作用全程的动态过程。教师：我们在观察课件的时候，是不是觉得有点“眼花缭乱”呀，这说明光合作用是个很复杂的过程。其实刚才课件中显示的只是光合作用的简化过程，其具体过程还要复杂得多。学生：叶绿体基粒的类囊体薄膜上。教师：利用到了哪种原料？学生：水。教师：水在光反应阶段发生了怎样的变化？学生：水被分解成了H和O2。教师：水是化学性质非常稳定的化合物，它为什么会在常温下常压下分解？学生：一方面
11、有色素吸收的光能做“动力”；另一方面类囊体薄膜上分布着相应的酶作催化剂。教师：回答得很好。我们再仔细观察一下，色素吸收的光能除了使水分解以外，还发生了什么变化？教师：重新演示光合作用光反应的动态画面，并指导学生观察。学生：还有一部分转移到了ATP中，即利用光能把ADP和Pi合成为ATP。教师：刚才的一系列变化都需要什么参与？学生：光。教师：对啦。所以我们把发生在叶绿体类囊体薄膜上的这一化学变化称为光反应。那么，同学们能不能归纳一个，整个光反应阶段物质和能量是怎样转变的？学生：从物质变化的角度来看，一是把水分解成了O2和具有强还原性的H，二是把ADP和Pi合成了ATP；从能量变化的角度来看，把光
12、能转化成了ATP中活跃的化学能。教师：很好。光反应一共产生了三种产物，其中我们看到O2作为光合作用的第一个终产物释放到了大气中，还原性很强的H和储存有活跃化学能的ATP又到哪里去了呢？学生：提供给暗反应利用。教师：下面我们就继续看看暗反应是怎样进行的。（显示板书：暗反应）教师：演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。教师：暗反应在哪里发生？学生：在叶绿体基质中。教师：利用了哪种原料？学生：二氧化碳。教师：在暗反应过程中，二氧化碳发生了怎样的变化？学生：首先CO2与一个C5结合形成两个C3，这一步称为“二氧化碳的固定”。教师：二氧化碳的化学性质是非常稳定的，在空气中很难与其他化合物发生
13、反应，为什么在叶绿体基质中可以顺利地与C5结合形成两个C3呢？学生：因为在叶绿体基质中存在多种催化暗反应的酶。教师：请大家仔细观察，经二氧化碳固定所产生的C3又发生了什么变化呢？教师：继续演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。学生：C3经过一系列变化转变成了（CH2O），这一步称为“三碳化合物的还原”。教师：这一步除了形成（CH2O），还有什么产物？教师：注意引导学生观察，这一步学生很容易忽略。学生：还有C5。教师：对啦。C5作为一种中间产物，在暗反应的固定阶段用到，同时在暗反应的还原阶段又产生，这对于光合作用有什么意义？学生：保证暗反应不会缺乏原料，能够持续进行下去。教师：还原阶
14、段需要哪些条件？学生：需要相应的酶催化，还需要光反应提供的H作还原剂以及ATP供能。教师：刚才的一系列变化需不需要光？学生：不需要。教师：那是不是一定要在黑暗中进行呢？学生：也不是，有光无光都可以进行。教师：对。“暗”并不是指暗反应一定要在黑暗中进行，而是相对于光反应来说，这一阶段不需要光。故我们把光合作用第二阶段所发生的、在有光无光条件下都可以进行的化学反应称为“暗反应”。现在哪位同学来归纳一下整个暗反应阶段物质和能量进行了怎样的转变？学生：从物质变化的角度来看，二氧化碳经过“固定”和“还原”两个过程，最终被还原成（CH2O）和C5；从能量转变的角度来看，ATP中活跃的化学能变成了稳定的化学
15、能储存在糖类等有机物中。教师：好。综合我们刚才讨论的光反应和暗反应，我们可以把光合作用过程用下面的示意图表示。教师：出示光合作用过程示意图并作适当讲解。教师：从上图中可以看出，光合作用是由“光反应”和“暗反应”两个阶段组成的。那么这两个阶段有什么关系呢？教师：出示光反应和暗反应关系的比较表，并组织学生回答。比较项目光 反 应暗 反 应区别场所囊状结构薄膜上基质中条件光、色素、酶、水酶、ATP、CO2、H反应时间短促、以毫微秒计较缓慢反应产物H、ATP、O2有机物、ADP、Pi反应性质光化学反应酶促反应与光的关系必须在光下进行与光无直接关系与温度的关系与温度无直接关系温度影响酶的活性，关系密切物质水的光解 2
