高中生物必修一教案-4.2.2光合作用的过程4-苏教版

“光合作用的过程”教学设计 摘要：采用启发式教学法，将光合作用发现过程中的科学史进行简化及再设计，拓展 学生的理性思维能力，引导学生像科学家一样思考，在分析合作的基础上自主构建光 合作用的过程。 关键词：启发式教学法 理性思维 教学设计 1 教材分析 “光合作用”这节出现在介绍过“叶绿体的结构和功能”、“酶与 ATP”之后， “光合作用”第一课时在初中学习的基础上回顾其科学发现史，通过边做边学探索叶 绿体中的色素，“光合作用的过程”为“光合作用”的第二课时，是学生学习细胞呼 吸、生态系统中物质循环和能量流动的基础。 本内容结合前面所学的科学史和相关知识，帮助学生一步步发现光合作用的产 物、场所、原料、物质和能量的变化等，引导学生比较光反应和暗反应极其相互关系， 进而建立光合作用的概念，有助于促进学生对结构和功能相适应的理解，拓展学生理 性思维的能力，培养学生实事求是的科学态度和科学探究的精神。 2 学情分析 2.1 知识方面 学生已知光合作用基本过程、反应方程式、酶和 ATP 在新陈代谢中的 作用，叶绿体的结构和功能、色素的种类和功能，光合作用的科学发现史但学生不了 解光合作用过程中物质和能量的转变。 2.2 能力方面 学生具有一定科学探究的能力但探究的层次仅限于感性层次，缺乏更 高级的推理综合能力。 2.3 情感态度价值观方面 学生对科学家的故事有一定的兴趣但缺乏勇于探索，不断 创新的科学精神。 3 教学目标 课标要求为说明光合作用以及对它的认识过程。 3.1 知识与技能 写出光合作用的总反应式；列表比较光反应和暗反应的条件、场所、 物质和能量变化。 3.2 过程与方法：通过阅读教材示意图或观看视频，理解光反应和暗反应中的物质变 化和能量转换，并能举例说明光反应与暗反应之间的紧密联系；通过设计或分析实 验构建光合作用的过程。 3.3 情感态度价值观：感悟科学家的科学思维和方法，真正领会光合作用在自然界中 的地位。 4、教学重难点 教学重点：光合作用的过程和实质，光反应和暗反应的区别和联系。 教学难点：光反应、暗反应过程中物质和能量的转变。 光反应、暗反应的过程及物质变化和能量转化，既是理解光合作用实质的前提， 又是探究影响光合作用的环境因素的基础。所以把教学的重难点设定为光反应、暗反 应的过程及物质变化和能量转化。此外，对高中学生来讲，学会分析与处理信息，并 获得其核心内容也是重要，必备的能力。所以本节的另一个重点，就是让学生学习分 析与处理信息，并获得其核心内容的方法。 光合作用的过程是一个比较复杂的问题，从表面上看，光合作用的总反应式似乎 是一个简单的氧化还原过程（二氧化碳被还原成糖类，水被氧化成氧气）。但实质上 包括一系列的物质、能量的转变问题。光反应和暗反应过程的物质变化和能量转化比 较抽象，学生仅通过课本的描述和图示，很难将这些知识建构到自己的知识体系中。 5 教学过程 5.1 复习导入 用问题串的形式梳理学生关于光合作用的前知识，共四问：第一问从整体上认识 光合作用，第二问了解光合作用的场所——叶绿体的结构和功能，尤其突出光合色素 的存在场所和功能，第三问和第四问分别为光反应和暗反应的学习埋下伏笔。 光合作用的总反应式： 叶绿体包括双层膜、类囊体和基质，光合色素存在于类囊体膜上，功能是吸收、传 递、转换光能。 鲁宾和卡门运用同位素标记法，证明了光合作用释放的氧气来自于水。 卡尔文用 14C 标记二氧化碳，发现二氧化碳被用于合成糖类等有机物。 5.2 光反应的过程 包括资料分析、列表归纳光反应的特点、关于光反应场所的探究活动三个步骤。 5.2.1 利用简化科学史创设问题情境 在鲁宾和卡门实验的基础上为学生提供更多光合作用发现过程的科学史，希尔的实 验：有光照无 CO2 的条件下，叶绿体悬液中有氧气放出，且 Fe3+变为 Fe2+。阿尔农的实 验：有光照无 CO2 的条件下，向叶绿体悬液中供给 ADP、Pi 和 NADP＋时，会有 ATP 和 NADPH 产生。（NADP＋与 H＋和电子结合生成 NADPH，简写为“[H]”）笔者将希尔和 阿尔农的实验进行了适当的简化，避开过于专业的名词，避不开的例如 NADPH 也进行 了补充说明，结论也以填空的形式呈现：资料 1 说明氧气的释放与 CO2 无关，Fe3+变 为 Fe2+说明有还原性物质产生，结合资料 2 推测该物质为[H]。资料 2 结果说明光能 可以转变为化学能储存在直接能源物质 ATP 中。根据最近发展区原理，学生在现有 的认知基础上促进其理性思维，进而较为轻松的得出结论。 5.2.2 利用归纳总结的方式建构知识体系 在得出结论之后，用列表的方法对光反应的过程进行归纳总结，帮助学生系统的建构 与光合作用有关的知识体系： 项目 光反应阶段 物质变化 2H2O → O2+4[H]（条件：光） AAD P+Pi+能量 → ATP（条件：酶） 能量变化 光能转变为 ATP 中活跃的化学能 条件 光、色素、酶、水、ADP、Pi 场所 推测：类囊体膜上 5.2.3 设计实验锻炼学生的探究能力 在归纳至光合作用场所时，学生在前面的系列铺垫下可以得出假设：光反应的场所 在类囊体膜上。接着引导学生以小组合作的模式按照科学探究的一般过程设计实 验，在此笔者将阿尔农的实验进行改编和简化，以小知识+图解（图 1）的形式提供 给学生，让 学生可以参照这个实验进行 设 计 进而得出结论：若 1 号试管 有 气 泡产生， 且 收 集 后 能使点燃的卫生香复燃，2 号 无 此现象，则说明光反应的场 所 在 叶 绿 体的 类囊体（图 2） 此外，本实验也起到了承上启下的作用，将 此 实 验 略 作 迁 移就能得 出暗反应 的场 所 在 叶 绿 体 基 质 中，这也顺 利 过 渡到了暗反应 过 程 的 学 习。 图 1 图 2 5.3 暗反应的过程 5.3.1 利用环环相扣的资料拓展学生的理性思维 在探究光反应过程的基础上继续以资料分析的形式探究暗反应的过程。这里呈现 了环环相扣且难度递进的三个资料： 资料 1：（图 3）阿尔农继续用离体叶绿体做实验，在黑暗条件下，供给 CO2 、ATP 和 【H】，1、3 号试管中 CO2 转变为糖类，同时 ATP 和 【H】含量急剧下降。 图 3 学生经分析思考得出结论 ATP 和【H】被用于将 CO2 转变为糖类等有机物的过程， 且该过程的场所为叶绿体基质。 资料 1 延续了光反应最后一个科学探究，让学生体会到成功的喜悦——原来科学 家也是像我一样来设计实验的，同时也引出了暗反应的基本概念、原料、场所以及与 光反应的关系 资料 2：卡尔文向反应体系中充入一定量的 14CO2，光照 30 秒后检测产物，检测 到了多种带 14C 标记的化合物。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90％的放 射性出现在一种三碳化合物（C3）中。在 5 秒钟的光照后，卡尔文等同时检测到了含 有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖（C6） 资料 2 是将前面学习过的卡尔文的实验略加补充，从而揭示暗反应过程的一个重 点和难点——C 原子的转移：14CO2→ 14C3→ 14C5+ 14C6 资料 3：卡尔文及其同事通过改变实验条件，发现 C5 化合物呈规律性变化：当停止 CO2 供应时，C3 的浓度快速降低，C5 的浓度快速升高；停止光照时，C3 的浓度快速升高， C5 的浓度快速降低。 教师引导学生思考： （1）若光下把 CO2 浓度突然降低，作为 CO2 受体的化合物会积累起来。CO2 的受 体是什么？(CO2 + ？→C3) （2） ATP 和 【H】参与了暗反应的哪一个步骤？ 最后一个资料则是说明了暗反应的两个重要过程：二氧化碳的固定和三碳化合物 的还原。这个资料分析必须结合前两个资料得出的结论，尽管已经将卡尔文的真实实 验进行了简化，但是依然涉及多种物质的变化，而这些诸如受体、三碳化合物、五碳 化合物等物质都是学生第一次接触，不仅要认识它们，还要学会比较分析它们，因此 难度较大，在这部分教学过程中教师要注意引导，多一些铺垫，或者鼓励学生小组合 作，多提问多交流，尽可能帮助学生自己得出结论。在三个资料分析之后，列表归纳 暗反应的特点，水到渠成。 5.3.2 利用比较总结的方式建构暗反应阶段的过程 在教师的引导下，学生仿照光反应阶段归纳总结的条目梳理暗反应阶段的场所、 条件、物质和能量变化。 项目 暗反应阶段 物质变化 CO2+C5 →2C3 能量变化 ATP 中活跃的化学能转变为有机物 中稳定的化学能 条件 多种酶、[H] 、ATP、CO2 场所 叶绿体基质 5.4 光反应与暗反应的关系 在分别学习过光反应和暗反应的过程之后，教师提问：有同学认为，光反应在白 天进行，暗反应在晚上进行。你是如何看待这个问题的？学生在前面的诸多资料中其 实也已经体会到光反应与暗反应之间的紧密联系，这里是对于知识的再加工过程，也 有助于提升学生的学习能力。最后教师小结并得出结论：光反应为暗反应提供了[H] 和 ATP；暗反应为光反应提供 ADP 和 Pi。因此，没有光反应，暗反应无法正常进行； 没有暗反应，光反应也无法正常进行。 5.5 建构光合作用的过程模型 学生自主构建光合作用过程图解，这是本课最后一个环节，具有画龙点睛的作用。 在前面的教学过程中，教师不时地可以把光反应和暗反应的一些物质和能量变化的关 键词画到黑板上，最后由学生负责把这些散乱的关键词用线条、箭头画成一个完整的 光合作用过程图解，这也是符合建构主义的基本理念的，最后再次呈现光合作用的概 念和方程式，与上课开始想呼应，不过此时学生的感受必然与上课开始不同，对于光 合作用的认识也更加深入，这是对于事物不断的循环提升的认知过程。 6 教学反思 本节课精心选择并再加工了许多光合作用的科学史资料，为学生认识光合作用的 复杂过程进行层层铺垫，采用启发式教学的方式引导学生分析资料，理性思维，自主 得出结论，并最终构建光合作用过程的图解。在此过程中，笔者对于学生认知水平进 行了细致的调查研究，对于问题的设计也仔细的推敲，科学史的选择和使用也经过了 精心的斟酌，力求创设更加适合学生的情境，让学生像科学家一样思考，并从中体会 收获新知的喜悦。 参考文献： [1]李新毅.光合作用的探究历程和光合作用的过程教学设计. [J].案例集萃：110-112 [2]孙梅.光合作用的过程教学设计[J].科教文汇，2014，第 270 期:188-189 [3]王吉文.光合作用过程一节的探究教学设计[J].生物学教学，2015（40）12：30-31