(新教材)統編人教版高中生物必修一第五章第4節《光合作用與能量轉化》優

(新教材）統編人教版高中生物必修一第五章第4節《光合作

用與能量轉化》優質教案

一、教材分析

本課是人教版高中生物必修1第五章《細胞的能量供應和利用》第四

節內容。“光合作用與能量轉化”是高中生物必修課程中的核心內容

之一，是高中一年級學習的重點內容，屬于必修模塊一的組成部分。

細胞的能量供應和利用知識是生物學方面最基本的知識，是學習其他

模塊和章節的基礎。本課以問題探討導入，分兩小節講解。第一小節

講述捕獲光能的色素和結構。先通過探究實踐活動講解捕獲光能的色

素種類，又通過實驗介紹了這些色素吸收的差別，然后講解了這些色

素的部位。接下來講解了葉綠體的結構適用于進行光合作用。第二小

節講解光合作用的原理和應用。先通過介紹科學家做過的一是實驗，

講解了光合作用的原理；最后講述了光合作用原理的應用。通過本節

課內容的學習，學生不僅需要將以前所學的知識由點構成線合理關聯

起來，更需要在掌握的事實性知識的基礎上開始建構并逐步形成基本

的科學自然觀。

二、教學目標

1.說出綠葉中色素的種類、作用和部位；知道葉綠體的結構和功能。

2.理解光合作用的原理，知道光反應和暗反應的區別和聯系，知道影

響光合作用強度的環境因素、光合作用原理的應用。

三、核心素養

【生命觀念】通過學習光合作用的原理知識，闡明生命活動不僅具有

物質基礎，還需要能量驅動，而能量的供應和利用都離不開物質的變

化(化學反應)，物質是能量的載體，能量是物質變化的動力，初步形

成生物學的物質和能量觀，并嘗試運用這一觀念解釋細胞的生命活

動。

【科學思維】通過本節的探究實踐，進一步學會控制自變量，觀察和

檢測因變量的變化，能設置對照組和重復實驗，并能將這些方法和技

能應用于其他的探究活動。進一步掌握學習比較、歸納等生物學科的

科學方法。

【科學探究】基于光合作用的原理的探索歷程的學習，掌握科學探究

的思路和方法，形成合作精神，善于從實踐的層面探討或嘗試解決現

實生活問題。

【社會責任】舉例說明光合作用的科學知識與生活和生產緊密聯系，

關注這些原理的廣泛應用，認同科學技術的重要價值。

四、教學重難點

1.重點：說出綠葉中色素的種類、作用和部位；知道葉綠體的結構和

功能；理解光合作用的原理，知道影響光合作用強度的環境因素、光

合作用原理的應用。

2.難點：知道光反應和暗反應的區別和聯系。

五、學情分析

學生已經學習了組成細胞結構和功能、物質的輸入和輸出知識，本節

要在這些知識的基礎上從細胞的能量供應的角度進一步學習細胞知

識。在教學過程中考慮新舊知識的相互銜接，注意充分發揮理論知識

對細胞知識的指導作用。學習相關內容時應用理論知識加以解釋，應

用的過程也是進一步加深理解這些理論的過程。通過介紹一些生活中

的應用，進一步加深學生對這些知識的理解。

六、教學方法：啟發式、自主探究式、問題誘導法

七、教學準備：圖表、課件等。

八、教學課時：3

教學過程

第一課時

環節一：導入新課。

1.師出示《植物工廠》圖片，生觀察圖片，師提出問題，生探討：

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。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?

2.今天我們就來探究這些奧秘。

環節二：講授新課。

過渡：在植物工廠里，人工光源可以為植物的生長源源不斷地提供能

量。在自然界，則是萬物生長靠太陽。太陽光能的輸人、捕獲和轉化，

是生物圈得以維持運轉的基礎。光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能

的生物學途徑。因此,有人稱光合作用是“地球上最重要的化學反應”。

無論是在植物工廠里，還是在自然界，植物捕獲光能要依靠特定的物

質和結構。下面我們先來學習第一小節內容：捕獲光能的色素和結構。

第一小節：捕獲光能的色素和結構

（一）捕獲光能的色素

過渡：對于高等植物來說，葉片是進行光合作用的主要器官。這些植

物的葉片多數是綠色的，說明其中有綠色的色素。在玉米地里，有時

可以看到葉片中不含綠色色素的白化苗。這樣的白化苗，待種子中儲

存的養分耗盡就會死去。可見，葉片中的色素可能與光能的捕獲有關。

綠葉中究竟有哪些色素呢?接下來我們通過探究實踐活動來得出結

論。

1.探究實踐活動：綠葉中色素的提取和分離

綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以，可以用無水乙

醇提取綠葉中的色素。由于色素存在于細胞內，需要先破碎細胞才能

釋放出色素。綠葉中的色素不只有一-種，它們都能溶解在層析液中，

但不同的色素溶解度不同。溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，

反之則慢。這樣，綠葉中的色素就會隨著層析液在濾紙上的擴散而分

開。

（1）目的要求

①進行綠葉中色素的提取和分離。

②探究綠葉中含有幾種色素。

（2）材料用具

新鮮的綠葉(如菠菜的綠葉)。

干燥的定性濾紙，試管，棉塞，試管架，研缽，玻璃漏斗，尼龍布，

毛細吸管，剪刀，藥匙，量簡(10mL)，天平等。

無水乙醇(也可用體積分數為95%的乙醇加入適量無水碳酸鈉來代

替)，層析液(由20份在60~90C下分餾出來的石油醚、2份丙酮和1

份苯混合而成)，二氧化硅和碳酸鈣。

（3）方法步驟

①提取綠葉中的色素

a.稱取5 g綠葉,剪去主葉脈，剪碎，放入研缽中。.

b.向研缽中放人少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入5~ 10 mL無水乙醇，

迅速、充分地進行研磨(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)。

c.將研磨液迅速倒人玻璃漏斗(漏斗基部放一塊單層尼龍布)進行過

濾。將濾液收集到試管中，及時用棉塞將試管口塞嚴。

②制備濾紙條：將干燥的定性濾紙剪成寬度略小于試管直徑、長度略

小于試管長度的濾紙條，再將濾紙條一端剪去兩角，并在距這一-端

底部1 cm處用鉛筆畫一條細的橫線。

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(也可將濾液倒入培養皿，冉用蓋玻片蘸取濾液，在橫線處按壓

出均勻的細線)。待濾液干后，再重畫一到兩次。

④分離綠葉中的色素：將適量的層析液倒入試管中，將濾紙條(有濾

液細線的一端朝下 )輕輕插人層析液中，隨后用棉塞塞緊試管口。注

意:不能讓濾液細線觸及層析液，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m蓋住

小燒杯。

⑤觀察與記錄：觀察試管內濾紙條，上出現了幾條色素帶，以及每條

色素帶的顏色和寬窄。將觀察結果記錄下來。

（4）討論：

①濾紙條上有幾條色素帶?它們是按照什么次序分布的?

②濾紙條上色素帶的分布情況說明了什么?

2.師根據探究情況和做“陽光透過三棱鏡”實驗講解：

①綠葉中的色素有4種，它們可以歸為兩大類:葉綠素和類胡蘿卜素。

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。

②葉綠素并非遍布整個植物細胞，而是集中在一個更小的結構里，這

個結構就是葉綠體。

環節三：全課總結。

第二課時

環節一：復習導入新課。

環節二：講授新課

（二）葉綠體的結構和功能

1.師指導學生觀察：電子顯微鏡下葉綠體的結構

（1）生說出葉綠體的結構。

（2）小組內交流。

（3）師指導講解：基質、基粒、內膜、外膜

2.師出示資料1：恩格爾曼的實驗。資料2在類囊體膜上和葉綠體基

質中，含有多種進行光合作9用所必需的酶。生思考討論：

①恩格爾曼第一個實驗的結論是什么?

②恩格爾曼在選材、實驗設計，上有什么巧妙之處?

③在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域，為什

么?

④綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能?

3.師指導性講解：

①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。

結合其他的實驗證據，科學家們得出葉綠體是光合作用的場所這一結

論。

②在葉綠體內部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，

在類囊體膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的酶。

這是葉綠體捕獲光能、進行光合作用的結構基礎。

環節三：全課總結。

第三課時

環節一：復習導入新課。

環節二：講授新課

第二小節：光合作用的原理和應用

過渡：光合作用是怎樣進行的?光合作用過程中物質變化與能量轉化

有什么關系?光合作用原理在生產中有哪些應用?我們接下來探究這

些問題。

（一）光合作用的原理

1.生閱讀教材第二部分相關內容，思考探究問題：什么是光合作用？

寫出光合作用的化學反應式。

2.生小組內交流分享。

3.師結合示意圖講解歸納：

①光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉

化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。

②這一過程可以用下面的化學反應式來概括，其中(CH?0)表示糖類。

光能

CO?+H?O———→ (CH?0)+O?

葉綠體

過渡：自然界中到處都有二氧化碳、水和陽光，然而，能夠利用它們

合成有機物的卻只有進行光合作用的細胞。完成這一神奇過程的就是

葉綠體。葉綠體如何將光能轉化為化學能?又是如何將化學能儲存在

糖類等有機物中的?光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二

氧化碳呢?我們先來分析科學家做過的一些實驗。

4.生閱讀“探索光合作用原理的部分實驗”材料。思考討論問題：

①希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的

氧氣中的氧元素全部都來自水?②希爾的實驗是否說明水的光解與糖

的合成不是同一個化學反應?③分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出

什么結論?④嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系。

5.師根據材料，結合光合作用示意圖講解：

①上述實驗表明，光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產

生和糖類的合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的。實際上，

光合作用的過程十分復雜，它包括一系列化學反應。根據是否需要光

能，這些化學反應可以概括地分為光反應和暗反應，現在也稱為碳反

應兩個階段。

②光反應階段。光合作用第一個階段的化學反應，必須有光才能進行，

這個階段叫作光反應階段。光反應階段是在類囊體的薄膜上進行的。

葉綠體中光合色素吸收的光能，有以下兩方面用途。一是將水分解為

氧和H?，氧直接以氧分子的形式釋放出去，H?與氧化型輔酶II (NADP

?) 結合，形成還原型輔酶II (NADPH)。NADPH作為活潑的還原劑，

參與暗反應階段的化學反應，同時也儲存部分能量供暗反應階段利用;

二是在有關酶的催化作用下，提供能量促使ADP與Pi反應形成ATP。

這樣，光能就轉化為儲存在ATP中的化學能。這些ATP將參與第二個

階段合成有機物的化學反應。

③暗反應階段。光合作用第二個階段中的化學反應，有沒有光都能進

行，這個階段叫作暗反應階段。暗反應階段的化學反應是在葉綠體的

基質中進行的。在這一階段，CO2被利用，經過一系列的反應后生成

糖類。

6.拓展提升，生思考討論：光反應和暗反應的區別與聯系。

7.師指導性講解。

（二）光合作用的原理的應用

光合作用的強度(簡單地說，就是指植物在單位時間內通過光合作用

制造糖類的數量)，直接關系農作物的產量，研究影響光合作用強度

的環境因素很有現實意義。下面通過探究實踐活動來探究此問題。

1.探究實踐活動：探究環境因素對光合作用強度的影響

影響光合作用強度的因素有很多，我們可以選擇其中某種因素，探討

它與光合作用的強度有什么關系。我們可以參考以下案例的思路，通

過小組討論，決定本小組要探究的環境因素和實驗方案。

（1）生閱讀“探究光照強度對光合作用強度的影響”案例（見教材）

（2）生通過小組討論，決定本小組要探究的環境因素和實驗方案。

（3）展開實驗。

（4）生得出實驗結論，生小組間交流分享。

（5）師結合實驗講解歸納：

根據光合作用的反應式可以知道，光合作用的原料——水、CO?、動

力——光能，都是影響光合作用強度的因素。因此，只要影響到原料、

能量的供應，都可能是影響光合作用強度的因素。例如，環境中CO2

濃度，葉片氣孔開閉情況，都會因影響CO2的供應量而影響光合作用

的進行。葉綠體是光合作用的場所，影響葉綠體的形成和結構的因素,

如無機營養、病蟲害，也會影響光合作用強度。此外，光合作用需要

眾多的酶參與，因此影響酶活性的因素(如溫度),也是影響因子。

環節三：練習鞏固。

板書設計

第4節 光合作用的原理和應用

色素——葉綠素、類胡蘿卜素

一、捕獲光能的色素和結構：

結構——雙層膜包被、基粒、基質

二、葉綠體的結構適于進行光合作用

三、光合作用的原理：光反應和暗反應

四、光合作用原理的應用

教學反思：教師在處理因課前無法預計學生的知識點的遷移方式和思

維深度而暴露的問題時，能時刻關注并追隨學生的思維活動，不斷調

整自己的思維活動，及時有目的地組織學生相互交流和討論，巧妙誘

導。點撥的方式也有一定的技巧性，既有利于培養學生交流與合作的

能力，也有利于發展學生的評價能力，達到師生互動、主動建構的目

的。