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二光合作用的原理和应用

课程:高中生物学

教材:高中生物人教版(2019)必修1分子与细胞

章节:二光合作用的原理和应用

教材分析

本节课主要围绕光合作用的原理及其应用展开,重点落实光合作用的过程、光反应与暗反应的联系、光合作用的影响因素以及化能合成作用的基本概念。教材通过科学家探索光合作用历程的实验分析,帮助学生理解光合作用中氧气来源、能量转化和物质合成的关系,体现了科学发现的逻辑性和实证性。通过示意图和化学反应式,引导学生建立光反应与暗反应之间物质与能量转换的系统观念,培养结构与功能相适应的生命观念。实验设计案例引导学生提出问题、设计方案、观察结果,提升科学探究能力。同时,联系农业生产实际,探讨影响光合作用强度的因素,增强学生将生物学知识应用于生活实践的意识,体现社会责任。最后介绍化能合成作用,拓展学生对生物制造有机物方式多样性的认识,形成更完整的物质与能量观。

学情分析

学生在初中阶段已经学习过光合作用的基本概念和反应式,知道光合作用是绿色植物利用光能将二氧化碳和水转化为有机物并释放氧气的过程。高中阶段学生已经具备一定的化学基础,能够理解氧化还原反应和能量转换的概念,但对光合作用的具体机理和实验证据仍缺乏系统认识。本节的重难点在于理解光反应和暗反应的具体过程及其联系,特别是希尔反应、同位素示踪实验等科学证据的分析,以及ATP和NADPH在能量转换中的作用。要求学生能够将实验现象与理论解释相结合,培养科学思维能力和实验分析能力。

教学目标

生命观念:

通过分析光合作用的光反应与暗反应过程,理解能量转化与物质变化的辩证关系;结合硝化细菌的化能合成作用,认识生物代谢途径的多样性。

科学思维:

运用同位素标记实验证据,归纳光合作用中氧气来源的结论;比较光反应与暗反应的场所、条件及产物,构建光合作用两阶段的逻辑模型。

科学探究:

基于希尔反应与卡尔文循环的实验现象,推测叶绿体功能与能量转换机制;通过讨论环境因素对光合作用的影响,提出合理假设并设计验证思路。

社会责任:

联系农业生产中光照与二氧化碳浓度调控实例,说明提高光合作用效率对粮食安全的意义;关注化能合成作用在生态循环中的作用,树立可持续发展观念。

重点难点

教学重点

光合作用的基本过程及反应式。

光反应与暗反应的物质变化和能量转化。

影响光合作用强度的环境因素。

教学难点

光反应中水的光解与氧气来源的实验分析。

暗反应中二氧化碳的固定及卡尔文循环的理解。

光合作用中ATP和NADPH的作用及相互关系。

课堂导入

1771年,英国科学家普利斯特利做了一个有趣的实验:他把一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到密闭的玻璃罩里,蜡烛不久就熄灭了,小白鼠很快也死去了。接着,他把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻璃罩里,他发现植物能够长时间地活着,蜡烛也没有熄灭。把一盆植物和一只小白鼠一同放到一个密闭的玻璃罩里,植物和小白鼠都能够正常地活着。普利斯特利通过这个实验得出,植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气。但他并不知道植物更新了空气的什么成分。那植物究竟是如何更新空气的呢?这就涉及到光合作用的原理,接下来让我们一起深入探究。

探究新知

光合作用的原理

实验准备

实验原理:

光合作用是绿色植物通过叶绿体将光能转化为化学能的过程,其反应式为:

6C

光合作用的强度受多种环境因素的影响,如光照强度、CO?浓度、温度等。本实验通过观察叶片在不同光照条件下释放氧气的速率(以叶片浮起的数量为指标),探究光照强度对光合作用强度的影响。

实验目的:

探究光照强度对光合作用强度的影响。

学会使用打孔器获取标准圆形小叶片的方法。

掌握利用气体逸出法判断光合作用产生氧气的能力。

培养学生设计实验、分析数据和得出结论的能力。

实验器材:

打孔器(直径0.6cm)

注射器

5WLED台灯

米尺

烧杯若干

清水

富含CO?的清水(可用NaHCO?溶液或吹气法获得)

绿叶材料(如菠菜、吊兰等)

化学传感器(可选)

实验开展

(一)叶片处理

取生长旺盛的绿叶,使用打孔器打出圆形小叶片30片,注意避开大的叶脉,以保证叶片结构的均一性。

将圆形小叶片置于注射器内,注入清水后排出空气,堵住前端小孔并缓慢拉动活塞,使叶片内部气体逸出,细胞间隙充满水,叶片沉入水底。

将处理好的叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中备用,避免提前进行光合作用。

学生正在用打孔器打出圆形小叶片

(二)设置实验组

准备三个小烧杯,分别倒入富含CO?的清水。

向每个烧杯中放入10片处理好的圆形小叶片。

设置三种光照条件:强光、中光、弱光。可通过调节LED灯与烧杯的距离实现,例如分别为10cm、30cm、50cm。

(三)开始实验

将三个烧杯分别置于设定的光照条件下。

记录相同时间段内各组叶片浮起的

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