(新教材)统编人教版高中生物必修一第五章第4节《光合作用与能量转化》优

(新教材）统编人教版高中生物必修一第五章第4节《光合作

用与能量转化》优质教案

一、教材分析

本课是人教版高中生物必修1第五章《细胞的能量供应和利用》第四

节内容。“光合作用与能量转化”是高中生物必修课程中的核心内容

之一，是高中一年级学习的重点内容，属于必修模块一的组成部分。

细胞的能量供应和利用知识是生物学方面最基本的知识，是学习其他

模块和章节的基础。本课以问题探讨导入，分两小节讲解。第一小节

讲述捕获光能的色素和结构。先通过探究实践活动讲解捕获光能的色

素种类，又通过实验介绍了这些色素吸收的差别，然后讲解了这些色

素的部位。接下来讲解了叶绿体的结构适用于进行光合作用。第二小

节讲解光合作用的原理和应用。先通过介绍科学家做过的一是实验，

讲解了光合作用的原理；最后讲述了光合作用原理的应用。通过本节

课内容的学习，学生不仅需要将以前所学的知识由点构成线合理关联

起来，更需要在掌握的事实性知识的基础上开始建构并逐步形成基本

的科学自然观。

二、教学目标

1.说出绿叶中色素的种类、作用和部位；知道叶绿体的结构和功能。

2.理解光合作用的原理，知道光反应和暗反应的区别和联系，知道影

响光合作用强度的环境因素、光合作用原理的应用。

三、核心素养

【生命观念】通过学习光合作用的原理知识，阐明生命活动不仅具有

物质基础，还需要能量驱动，而能量的供应和利用都离不开物质的变

化(化学反应)，物质是能量的载体，能量是物质变化的动力，初步形

成生物学的物质和能量观，并尝试运用这一观念解释细胞的生命活

动。

【科学思维】通过本节的探究实践，进一步学会控制自变量，观察和

检测因变量的变化，能设置对照组和重复实验，并能将这些方法和技

能应用于其他的探究活动。进一步掌握学习比较、归纳等生物学科的

科学方法。

【科学探究】基于光合作用的原理的探索历程的学习，掌握科学探究

的思路和方法，形成合作精神，善于从实践的层面探讨或尝试解决现

实生活问题。

【社会责任】举例说明光合作用的科学知识与生活和生产紧密联系，

关注这些原理的广泛应用，认同科学技术的重要价值。

四、教学重难点

1.重点：说出绿叶中色素的种类、作用和部位；知道叶绿体的结构和

功能；理解光合作用的原理，知道影响光合作用强度的环境因素、光

合作用原理的应用。

2.难点：知道光反应和暗反应的区别和联系。

五、学情分析

学生已经学习了组成细胞结构和功能、物质的输入和输出知识，本节

要在这些知识的基础上从细胞的能量供应的角度进一步学习细胞知

识。在教学过程中考虑新旧知识的相互衔接，注意充分发挥理论知识

对细胞知识的指导作用。学习相关内容时应用理论知识加以解释，应

用的过程也是进一步加深理解这些理论的过程。通过介绍一些生活中

的应用，进一步加深学生对这些知识的理解。

六、教学方法：启发式、自主探究式、问题诱导法

七、教学准备：图表、课件等。

八、教学课时：3

教学过程

第一课时

环节一：导入新课。

1.师出示《植物工厂》图片，生观察图片，师提出问题，生探讨：

你参观或听说过植物工厂吗?植物工厂在人工精密控制光照、温度、

湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。

有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色

和白色的光源。①靠人工光源生产蔬菜有什么好处?②为什么要控制

二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件?

2.今天我们就来探究这些奥秘。

环节二：讲授新课。

过渡：在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能

量。在自然界，则是万物生长靠太阳。太阳光能的输人、捕获和转化，

是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能

的生物学途径。因此,有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应”。

无论是在植物工厂里，还是在自然界，植物捕获光能要依靠特定的物

质和结构。下面我们先来学习第一小节内容：捕获光能的色素和结构。

第一小节：捕获光能的色素和结构

（一）捕获光能的色素

过渡：对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主要器官。这些植

物的叶片多数是绿色的，说明其中有绿色的色素。在玉米地里，有时

可以看到叶片中不含绿色色素的白化苗。这样的白化苗，待种子中储

存的养分耗尽就会死去。可见，叶片中的色素可能与光能的捕获有关。

绿叶中究竟有哪些色素呢?接下来我们通过探究实践活动来得出结

论。

1.探究实践活动：绿叶中色素的提取和分离

绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙

醇提取绿叶中的色素。由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能

释放出色素。绿叶中的色素不只有一-种，它们都能溶解在层析液中，

但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，

反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分

开。

（1）目的要求

①进行绿叶中色素的提取和分离。

②探究绿叶中含有几种色素。

（2）材料用具

新鲜的绿叶(如菠菜的绿叶)。

干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，

毛细吸管，剪刀，药匙，量简(10mL)，天平等。

无水乙醇(也可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代

替)，层析液(由20份在60~90C下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1

份苯混合而成)，二氧化硅和碳酸钙。

（3）方法步骤

①提取绿叶中的色素

a.称取5 g绿叶,剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。.

b.向研钵中放人少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5~ 10 mL无水乙醇，

迅速、充分地进行研磨(二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止

研磨中色素被破坏)。

c.将研磨液迅速倒人玻璃漏斗(漏斗基部放一块单层尼龙布)进行过

滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。

②制备滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略

小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一-端

底部1 cm处用铅笔画一条细的横线。

③画滤液细线：用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条

细线(也可将滤液倒入培养皿，冉用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压

出均匀的细线)。待滤液干后，再重画一到两次。

④分离绿叶中的色素：将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条(有滤

液细线的一端朝下 )轻轻插人层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注

意:不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液

溶解，而不能在滤纸上扩散。也可用小烧杯代替试管，用培养m盖住

小烧杯。

⑤观察与记录：观察试管内滤纸条，上出现了几条色素带，以及每条

色素带的颜色和宽窄。将观察结果记录下来。

（4）讨论：

①滤纸条上有几条色素带?它们是按照什么次序分布的?

②滤纸条上色素带的分布情况说明了什么?

2.师根据探究情况和做“阳光透过三棱镜”实验讲解：

①绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类:叶绿素和类胡萝卜素。

叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要

吸收蓝紫光。这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合

作用。

②叶绿素并非遍布整个植物细胞，而是集中在一个更小的结构里，这

个结构就是叶绿体。

环节三：全课总结。

第二课时

环节一：复习导入新课。

环节二：讲授新课

（二）叶绿体的结构和功能

1.师指导学生观察：电子显微镜下叶绿体的结构

（1）生说出叶绿体的结构。

（2）小组内交流。

（3）师指导讲解：基质、基粒、内膜、外膜

2.师出示资料1：恩格尔曼的实验。资料2在类囊体膜上和叶绿体基

质中，含有多种进行光合作9用所必需的酶。生思考讨论：

①恩格尔曼第一个实验的结论是什么?

②恩格尔曼在选材、实验设计，上有什么巧妙之处?

③在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什

么?

④综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能?

3.师指导性讲解：

①恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。

结合其他的实验证据，科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结

论。

②在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，

在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。

这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。

环节三：全课总结。

第三课时

环节一：复习导入新课。

环节二：讲授新课

第二小节：光合作用的原理和应用

过渡：光合作用是怎样进行的?光合作用过程中物质变化与能量转化

有什么关系?光合作用原理在生产中有哪些应用?我们接下来探究这

些问题。

（一）光合作用的原理

1.生阅读教材第二部分相关内容，思考探究问题：什么是光合作用？

写出光合作用的化学反应式。

2.生小组内交流分享。

3.师结合示意图讲解归纳：

①光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转

化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

②这一过程可以用下面的化学反应式来概括，其中(CH₂0)表示糖类。

光能

CO₂+H₂O———→ (CH₂0)+O₂

叶绿体

过渡：自然界中到处都有二氧化碳、水和阳光，然而，能够利用它们

合成有机物的却只有进行光合作用的细胞。完成这一神奇过程的就是

叶绿体。叶绿体如何将光能转化为化学能?又是如何将化学能储存在

糖类等有机物中的?光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二

氧化碳呢?我们先来分析科学家做过的一些实验。

4.生阅读“探索光合作用原理的部分实验”材料。思考讨论问题：

①希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的

氧气中的氧元素全部都来自水?②希尔的实验是否说明水的光解与糖

的合成不是同一个化学反应?③分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出

什么结论?④尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。

5.师根据材料，结合光合作用示意图讲解：

①上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产

生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。实际上，

光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。根据是否需要光

能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应，现在也称为碳反

应两个阶段。

②光反应阶段。光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，

这个阶段叫作光反应阶段。光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。

叶绿体中光合色素吸收的光能，有以下两方面用途。一是将水分解为

氧和H⁺，氧直接以氧分子的形式释放出去，H⁺与氧化型辅酶II (NADP

⁺) 结合，形成还原型辅酶II (NADPH)。NADPH作为活泼的还原剂，

参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用;

二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP。

这样，光能就转化为储存在ATP中的化学能。这些ATP将参与第二个

阶段合成有机物的化学反应。

③暗反应阶段。光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进

行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的

基质中进行的。在这一阶段，CO2被利用，经过一系列的反应后生成

糖类。

6.拓展提升，生思考讨论：光反应和暗反应的区别与联系。

7.师指导性讲解。

（二）光合作用的原理的应用

光合作用的强度(简单地说，就是指植物在单位时间内通过光合作用

制造糖类的数量)，直接关系农作物的产量，研究影响光合作用强度

的环境因素很有现实意义。下面通过探究实践活动来探究此问题。

1.探究实践活动：探究环境因素对光合作用强度的影响

影响光合作用强度的因素有很多，我们可以选择其中某种因素，探讨

它与光合作用的强度有什么关系。我们可以参考以下案例的思路，通

过小组讨论，决定本小组要探究的环境因素和实验方案。

（1）生阅读“探究光照强度对光合作用强度的影响”案例（见教材）

（2）生通过小组讨论，决定本小组要探究的环境因素和实验方案。

（3）展开实验。

（4）生得出实验结论，生小组间交流分享。

（5）师结合实验讲解归纳：

根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原料——水、CO₂、动

力——光能，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、

能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。例如，环境中CO2

浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响CO2的供应量而影响光合作用

的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的形成和结构的因素,

如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要

众多的酶参与，因此影响酶活性的因素(如温度),也是影响因子。

环节三：练习巩固。

板书设计

第4节 光合作用的原理和应用

色素——叶绿素、类胡萝卜素

一、捕获光能的色素和结构：

结构——双层膜包被、基粒、基质

二、叶绿体的结构适于进行光合作用

三、光合作用的原理：光反应和暗反应

四、光合作用原理的应用

教学反思：教师在处理因课前无法预计学生的知识点的迁移方式和思

维深度而暴露的问题时，能时刻关注并追随学生的思维活动，不断调

整自己的思维活动，及时有目的地组织学生相互交流和讨论，巧妙诱

导。点拨的方式也有一定的技巧性，既有利于培养学生交流与合作的

能力，也有利于发展学生的评价能力，达到师生互动、主动建构的目

的。