光與光合作用

1、5.4能量之源-一光與光合作用1教材結(jié)構(gòu)解讀在人教版高中生物學教材生物必修1分子與細胞的第5章，在“細胞的能量供應(yīng)和利 用”的內(nèi)容中，安排了第4節(jié)“能量之源 光與光合作用” 1的教學內(nèi)容，本內(nèi)容包含 了兩個重要的知識塊，一是捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)，二是光合作用的原理和應(yīng)用，這節(jié)教學 內(nèi)容編著緊緊圍繞第五章“細胞的能量供應(yīng)和利用”為主題而設(shè)定，由于第4節(jié)在第5章的 地位重要，又在教學中存在與其它學科之間聯(lián)系多，高一又未開設(shè)有機化學，因而成為第5 章的教學難點，同時也是高考命題的重點，現(xiàn)將對本節(jié)內(nèi)容的教材結(jié)構(gòu)進行解讀，提出教學 建議，呈給廣大讀者。1教材的基本情況統(tǒng)計根據(jù)“能量之源一-光與合作用”不

2、同欄目統(tǒng)計，為實施課堂教學提供參考（見表1）。表1能量之源光與合作用不同欄目的統(tǒng)計表教學內(nèi)容問題 探討本節(jié) 聚焦資料分析生物插圖 總數(shù)實驗思考與 討論練習題拓展題生物插圖問題討論基礎(chǔ)題I捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1個3個2幅3個5幅1個2個3個2個II光合作用的原理和應(yīng)用04個006幅1個3個8個2個合計1個7個2幅3個11幅2個7個11個4個從表1中可觀察到，內(nèi)容II的中插圖總數(shù)、基礎(chǔ)題數(shù)、本節(jié)聚焦的指標數(shù)均高于I,但從兩 節(jié)內(nèi)容的聯(lián)系來看，I是基礎(chǔ)知識，11是I的深化和提高，兩個內(nèi)容都加強了生物實驗，不 同點為：1為驗證性實驗，11為探究性實驗。2教學重難點分析 根據(jù)教材的編著特點，分析兩個教學

3、內(nèi)容中的重點、難點（見表2）。表2能量之源光與光合作用教學的重點和難點分析教學內(nèi)容捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)光合作用的原理和應(yīng)用1.綠葉中色素的提取和種類（驗證性實驗）1.光合作用的發(fā)現(xiàn)及研究歷史教學重點2.色素對光譜吸收存在的差異2.光合作用過程中光反應(yīng)、暗反應(yīng)的區(qū)別3.葉綠體的結(jié)構(gòu)和光能3.光反應(yīng)、暗反應(yīng)的聯(lián)系教學難點光反應(yīng)、暗反應(yīng)的過程及聯(lián)系探究影響光合作用強度的環(huán)境因素（探 究性實驗）葉綠體色素的提取和分離（驗證實驗）中，培養(yǎng)學生對實驗的動手能力和對實驗結(jié)果的 分析能力，證明色素種類有4種，先引入物理學中的波峰、波谷的知識分析P99頁圖510葉 綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜，再通過4種色素溶液

4、，放在陽光與三棱鏡之間的實驗介紹， 由于色素吸收不同光譜而變暗，證明不同色素對光譜的吸收存在差異，進一步了解色素位于 葉綠體的類囊體結(jié)構(gòu)薄膜上，由于葉綠體基質(zhì)和基粒中都含有酶，從而得出結(jié)論，葉綠體是 進行光合作用的場所，這是構(gòu)建學習“光合作用原理和應(yīng)用”的基礎(chǔ)，沒有特別使學生難掌 握的內(nèi)容，故沒有教學難點；本節(jié)內(nèi)容教學難點集中分布在“光合作用的原理和應(yīng)用”中, 根據(jù)對教材的重點和難點分析，來確定教學中的三維目標。2確定三維目標由于本節(jié)內(nèi)容為4課時，根據(jù)教材的具體內(nèi)容，結(jié)合重點和難點，確定教學中的三維目 標如下。1知識目標 通過“綠葉中色素的提取和分離”實驗，學生能說出色素種類和作用; 通過識圖

5、，并能簡述葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能；通過多位科學家對光合作用探究的歷程加深對 光合作用原理的認識過程及其原理的應(yīng)用;通過實驗探究，認識環(huán)境因素對光合作用的影響; 通過人工控制環(huán)境因素中光照強度、溫度、C0?農(nóng)度介紹，認識增加農(nóng)作物產(chǎn)量應(yīng)采取的措 施；通過化能合成作用的學習，認識自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物的本質(zhì)區(qū)別。2. 2情感態(tài)度和價值觀的目標 通過以科學家對光合作用先后研究的時間為序，認同 科學與技術(shù)的相互支持；認同科學是在不斷觀察，多次實驗探索中前進，是科學家在繼承前 人的科研成果上，開拓創(chuàng)新,踐行科學精神和科學態(tài)度的結(jié)果；認同科學家是平凡而偉大的 人；認同自己將來通過努力，也可以成為一名科學家。3能力

6、目標以恩格爾曼實驗和科學家對光合作用過程的探究實驗，厘清對比實驗和 對照實驗的區(qū)別；學會科學實驗中，自變量的控制來觀察因變量的變化；學會提取和分離色 素的方法，在本節(jié)內(nèi)容的資料分析、思考與討論、實驗探究等問題討論中，注重語言表達能 力和分享信息能力的培養(yǎng)。為了達到以上的目標，建議采取以下的教學策略。3課堂教學策略內(nèi)容“捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)”的教學策略定位：用生物學中“物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決 定功能”和“結(jié)構(gòu)與功能和諧統(tǒng)一的學科思想”引領(lǐng)該內(nèi)容教學。內(nèi)容“光合作用的原理和應(yīng)用”的教學策略定位:以科學家的實驗設(shè)計思想引領(lǐng)“光合 作用的探究歷程”的教學，通過加強圖文轉(zhuǎn)換能力的培養(yǎng)，來實施“光合作用過程

7、”的教 學，使難點得到突破。3. 1捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)在本節(jié)內(nèi)容教學中,要引入物理學、化學、哲學等基礎(chǔ)知識，使本內(nèi)容的重點內(nèi)容得到有效突破。1. 1課時安排第一課時（學生實驗）：綠葉中色素的提取和分離，要求學生將實 驗成果（具有色素帶的濾液紙條）夾在書中避光下保存，備用；第二課時，除實驗以外的內(nèi) 容，全部在一節(jié)課內(nèi)完成。1. 2設(shè)置導言以種在山坡陽面的小麥地比陰面的小麥長得好，和課本中大棚蔬菜 用紅色的日光燈照時來引入課題，并進行光與植物生長關(guān)系的簡單介紹，說明光的重要性， 是植物生長不可缺少的外因，并處理好“問題探討”欄目中的內(nèi)容。（我是通過教室的日光 燈來引入的）3. 1. 3全程教學中

8、注重構(gòu)建一個完整的，符合生物學科的邏輯體系即第二課時通過 “綠葉中色素的提取和分離”實驗復(fù)習，證明綠葉含有4種色素，展示自己的實驗成果，但 綠葉中色素隨時間、隨葉齡不同，4種色素的含量是不同的。邏輯體系為：綠葉中4種色素一 對光譜吸收存在的差異（葉綠素吸收主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光）一 色素存在部位（葉綠體）上一葉綠體結(jié)構(gòu)一葉綠體的功能（光合作用的場所），這是“結(jié)構(gòu) 與功能和諧統(tǒng)一”體現(xiàn)之一。3. 1. 4幻燈片制作教材中除練習題中的插圖外，利用全部插圖制作幻燈片，解決因圖 片小，多數(shù)學生無法觀察的難題，有利于學生識圖，培養(yǎng)學生的圖文轉(zhuǎn)換能力，還增加一幅 葉綠體圖，該幅圖片

9、還重點用于“光合作用過程”的教學（見圖1）。3. 1. 5色素對光譜吸收差異的教學流程展示P99頁圖510葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜的幻燈片一學生認識5種不同波長 的光譜一通過不同色素吸收光譜的波峰、波谷一得到結(jié)論：葉綠素主要吸收紅光和藍紫光, 類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。3. 1. 6指導學生觀察圖1學生識圖歸納葉綠體的結(jié)構(gòu)特點為:圖1葉綠體結(jié)構(gòu)與功能的和諧統(tǒng)類囊體薄膜面積大；色素多；酶分布在基質(zhì)、基粒上；這樣的結(jié)構(gòu)特點就決定了光合作用的場所是葉綠體。3. 1. 7資料分析在思格爾曼實驗中示意圖，要注意實驗的順序，介紹該實驗設(shè)計最 巧妙的地方，同樣體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能和諧統(tǒng)一思想，色素的存在，是

10、光合作用進行的內(nèi)因之 一，光則是外因，內(nèi)因通過外因而起作用，有光照無色素或者有色素無光照，光合作用都是 不能進行的。實驗中既有對比實驗，又有對照實驗，要注意分析自變量與因變量的關(guān)系。3. 2光合作用的原理和運用在本內(nèi)容中，由于有二個教學難點，一課一難點，共安排二課 時完成，第一課時：光合作用的探究歷程（重點）一光合作用的過程（難點）；第二課時： 光合作用原理的應(yīng)用（環(huán)境因素對光合作用的影響，難點）一化能合成作用。3. 2. 1光合作用的探究歷程在介紹該內(nèi)容之前，先處理好光合作用的概念，教學流程為： 提問初中的光合作用相關(guān)知識f再現(xiàn)初中文字描述的反應(yīng)式f教師板書（或?qū)W生板書）f引 導學生用反應(yīng)式

11、說出光合作用概念的不同描述一與教材中光合作用的概念形成對比一學生 朗讀教材中光合作用的概念（黑體字）f教師要求記住反應(yīng)式。在“光合作用的探究歷程”中,主要向?qū)W生介紹每位科學家對光合作用研究方法及其成 果，尤其是每位科學家科學實驗思想的介紹，用理性思維正確看待和分析不同時代背景（技 術(shù)手段的應(yīng)用）下取得的成果，同樣是一個偉大的成果，從而推動了光合作用研究的歷史進 程，研究方法呈現(xiàn)出簡單到復(fù)雜的趨勢，體現(xiàn)了技術(shù)手段的進步對生命科學研究的支持，以 時間為順序，總結(jié)科學家的研究成果（見表3）。表3不同年代科學家對光合作用的研究方法及其成果表年代科學家（發(fā)現(xiàn)者）研究方法研究成果（結(jié)論）1771 年普利斯

12、特利直接實驗法植物能更新空氣1779年英格豪斯直接實驗法植物只有在光下，才能更新空氣1845年梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)換與守恒植物將光能轉(zhuǎn)變成化學能1864年薩克斯化學檢測法植物葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉1941 年魯賓和卡門同位素標記法植物進行光合作用釋放氧氣來自于水20世紀40年代卡爾文同位素標記法co中的C在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中C在表3中同位素標記法的二個實驗，都是經(jīng)典的，先進的技術(shù)手段的應(yīng)用，標志著能提升科 學研究的能力，魯賓和卡門在科學研究中，在研究方法上，得到了先進的技術(shù)手段的支持。3. 2. 2光合作用的過程由于高一未開設(shè)有機化學課，學生無法知道什么是C、C化合物，3教師只能簡要說明，

13、分別是含有5個、3個碳原子的有機物，如熟悉CH O，為六碳化合物，12 6因為碳是有機化合物的骨架，其他原子未標出，這樣的介紹，使該內(nèi)容的教學難度降低了。教學思路：展示本文中圖1所制作的幻燈片（該圖對教學難點知識的呈現(xiàn)一目了然，光 反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的發(fā)生部位、條件定性更準確，更有利于難點的突破）f引導學生發(fā) 現(xiàn)，在葉綠體中，光反應(yīng)階段的發(fā)生部位、條件、物質(zhì)和能量的變化f引導學生發(fā)現(xiàn)，在葉 綠體中，暗反應(yīng)階段的發(fā)生部位、條件、物質(zhì)和能量的變化f展示教材中P103頁圖515所 制作的幻燈片（強化對光合作用的過程的理解，進一步加強圖文轉(zhuǎn)換的教學，突破教學難點， 也有利于光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的對

14、比）f學生找出光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的區(qū)別和聯(lián) 系f教師引導下，進一步形成表格，使知識更加具有系統(tǒng)性。3. 2. 3光合作用原理的應(yīng)用環(huán)境因素對光合作用強度的影響，是第二課時教學中的 一個難點,教學策略為：展示本文中圖1所制作的幻燈片，引導學生思考，特別要注意邏輯推 理，其一，如果光反應(yīng)階段沒有光，將會帶來什么樣的后果（水不能光解fH不能產(chǎn)生、 ATP不能形成f暗反應(yīng)階段C3不能還原f（CH2O）不能生成f光合作用停止）？其二，在圖 中，如果暗反應(yīng)階段停止C02供應(yīng)，又會帶來什么樣的后果（C3不能形成f（CH2O）同樣不能 生成f光合作用也會停止）？其三，光合作用整個過程中的化學反應(yīng)，始終都有酶的催化， 溫度高低同樣影響化學反應(yīng)的進行，同樣導致光合作用強度下降，甚至停止。從而認識環(huán)境 因素對光合作用的影響，通過人