高中生物_光合作用的过程教学设计学情分析教材分析课后反思

必修一 第五章 细胞的能量供应和利用

第4节 能量之源——光与光合作用

一、教学目标确立依据

（一）课程标准要求

说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化

碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。

（二）教材分析

本节内容是人教版高中生物必修１分子与细胞第5章第4节《能

量之源──光与光合作用》的教学内容。光合作用在高中生物的整个

教材中都是处于重要地位。“光合作用”在绿色植物的新陈代谢以及

生态系统的物质循环和能量流动中，具有十分重要的意义，是本章的

重点，也是高考的重要内容。绿色植物的新陈代谢包括水分代谢、矿

质代谢、有机物和能量的代谢三个部分，其中有机物和能量的代谢是

通过光合作用和呼吸作用共同实现的。光合作用是合成有机物、储存

能量的过程，呼吸作用是分解有机物、释放能量的过程。绿色植物的

光合作用具有非常重要的意义，是生物界最基本的新陈代谢。

（三）学情分析

学生在初中生物课中学习过有关光合作用的知识，而且生活实践

中也对光合作用有所了解。但是，对于光合作用的发现历史却很陌生，

关键对于我们这节课要达到的目标“科学探究的一般方法”知之甚少。

高中学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性

1

和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往

具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成

缺乏理性的思考。在教学过程中，教师要尽量创设学生活动的机会，

让学生成为学习活动的主体，教师只是为学生的学习提供必要的指导

和知识铺垫。

二、教学目标

1.通过资料分析，探究光合作用的过程。（科学思维、科学探究）

2.阐明光合作用过程中贯穿着物质变化和能量变化。（生命观念、科

学思维、科学探究）

3.树立良好的生态意识，参与环境保护实践，保护好我们的地球。（社

会责任）

三、评价设计

1.在了解生物学事实的前提下，通过分析、归纳、推理等活动，自主

构建光合作用过程的概念体系。

2.通过达标检测掌握学生的学习情况。

四、教学方法

本节教学过程采取教师引导下的学生自主探究式学习。在学生已

有的初中知识的基础上，以科学家研究光合作用的经典实验为主线，

通过不断提出探究课题创设探究情境，在分析实验结果的基础上，归

纳得出结论，进而构建光合作用的概念。同时可以使学生在学习知识

的同时，学习探索生命科学的基本方法，体验科学的设计思想，感悟

科学的思维方法，发展科学探究的能力，养成思考、实践和创新的学

2

习习惯，提高自身的科学素养。

五、教学流程设计

教师的组织和引导 学生活动 设计意图

导入 PPT展示。 学生选取一以名人名

绿色植物是窃取天火的普罗米修斯，它名代表有感言导入本

所获取的光和热不仅养育了地球上的其情地朗读。 节的内容，

他生物，而且使巨大的涡轮机旋转，使 可以增加

诗人的笔挥舞。 ——季米里亚捷夫 生答：绿色植学生的学

师问：为什么季米里亚捷夫对绿色植物物可以进行习兴趣。同

这么高的评价呢？ 光合作用。 时也可以

师板书：光合作用的过程 学生阅读。 增加生物

PPT展示学习目标。 生答：反应物学的人文

师：我们回顾一下初中学习的光合作用是CO和HO，情怀。

22

的过程，反应物、产物是什么呢？ 产物是糖类

师板书反应式。 和O

2

师：你能想象向一台机器中加入CO和

2

HO，就能制造出有机物吗？那叶绿体是

2

如何做到的呢？这个问题太复杂了，我

们把它具体化，分解为若干可以研究的

问题。这也是我们处理复杂问题行之有

效的手段。

一.光师：我们研究的第一个问题是：O来源生答：3个。让学生把

2

合作用于什么？请大家推测一下，你认为O可①来源于CO所有可能

22

释放的能有几个来源？分别是什么？ ②来源于HO的情况分

2

O来源师：我们来看一下科学家是如何研究这③来源于CO 析出来，再

22

于CO 一问题的。 和HO 借助史实

22

还是PPT展示实例1。 进行分析，

HO 排除可能

2

实例1：1930年， Van Niel 发现某些

的情况，就

光合细菌在光照下，可利用CO、硫化氢

2

可以得出

光

正确的答

3

进行细菌光合作用，在产生有机物的同

时，产生单质硫，但不释放氧气。

CO ＋ HS 有机

22

物 ＋ S

师问：请参照光合作用的反应式，你能

推测出O 来源于CO还是HO？

22 2

师：我们是根据这2个过程有部分相同

的属性，从而推出它们的其他属性也相

同。这种方法叫做类比推理。类比推理

的结果一定是正确的吗？

师：虽然类比推理的结果不一定正确，

但它为我们以后的研究指明了方向，这

也是科学研究中必不可少的方法之一。

科学家又陆续做了多组实验来探究这一

过程。

PPT展示实例2。

实例2：1937年， 英国植物学家希尔

（）从绿色植物的叶肉细胞中分

离出叶绿体制成悬浮液，发现在适宜的

条件下给分离出的叶绿体溶液以光照，

离体的叶绿体在没有CO存在的条件下，

2

放出了唯一的气体——O。

2

案。

生答：来源于

HO

2

生答：不一

定。

生答：可能会根据实例2

有2种情况。可以排除

①来源于HOO来源于

22

②来源于CO CO这种情

22

和HO 况。让学生

2

学会科学

的思维方

法。

让学生体

会科学是

4

不断发展

师问：通过实例2你认为O 来源于谁？

2

生答：1.同位的。

素标记法

师：在这一实验的基础上，1941年鲁宾

2.HO

2

和卡门又进行了一组更有说服力的实

验。

PPT展示实例3。

实例3：1941年，鲁宾(美)和卡门(美)

用小球藻进行实验：向第一组小球藻提

供CO和HO，向第二组小球藻提供CO

18

222

和HO。在其他条件都相同的条件下，

2

18

分析两组实验释放出来的O。

2

师问：1.鲁宾和卡门采取的科学方法是

什么？

2.通过实例2你认为O 来源于谁？

2

二、叶师：我们解决了O 的来源，那么伴随着

2

绿体HO分解的同时还发生了哪些变化？

2

中，伴PPT展示实例4。 让学生学

随HO 会探索生

2

实例4： 1954年， 美国科学家阿尔农

分解的 命科学的

同时还 基本方法。

（D.I.）用离体的叶绿体做实验，同样

发生了

无CO，在给分离的叶绿体以光照时，当

2

哪些变

Pi和H受体时，向反应体系中供给ADP、

自主完成后化？

小组讨论

发现除生成O外，会有ATP和[H]产生。

2

1. HO

2

2. 光能 光

5

能

3. 物质变

不会产生。

化：水的光

解、ATP的合

【思考】

成。能量变

1. [H]中的H元素来源于什么？

化：光能→

ATP中活跃

2. ATP生成需要的能量来源于什么？HO

2

的化学能。

分解的能量来源于什么？

如果不提供光照的话，O、ATP和[H]都

2

3. 请总结出在这个过程中有哪些物质变

化？能量变化？

师：请先独立完成思考题，然后小组统

一答案。

师总结：1.[H]在呼吸作用是NADH，还原

型辅酶Ⅰ。在光合作用为NADPH，还原型

辅酶Ⅱ。

2. 水的光解、ATP的合成需要光能才能

进行，所以我们把这个过程称为光反应。

水的光解、ATP的合成所需的光能必须由

色素吸收、传递、转化之后才能被利用。

我们知道色素存在于类囊体薄膜上，所

以光反应的场所在类囊体薄膜。

PPT展示光反应的过程。

师：刚才我们已经研究了水参与反应的

过程，另外一位主角CO还未登场，那么

2

下面我们就来研究一下CO发生了哪些

2

变化？这个过程发生在叶绿体基质中。

在这个过程中，做出巨大贡献的科学家

是卡尔文。因为这个过程有光无光都可学生阅读。 让学生培

进行，我们称之为暗反应。为了纪念卡 养出对科

尔文做出的巨大贡献，我们也把这个过 学家的热

程称之为卡尔文循环。PPT展示卡尔文生生答：1.同位爱和崇拜

平及照片。 素标记法。 之情。

6

让学生体

会结构和

功能相适

应的生物

学观。

三、CO

2

是如何

转化为

葡萄糖

等有机

物的？

2. C元素。因让学生学

师问：1.如果你是卡尔文，你会选择什为C元素只会科学的

么方式来追踪CO的去向？ 参与了暗反思维方法，

2

2.你会选择标记C元素或是O元素？原应。 掌握科学

因是？ 探究的能

力。

PPT展示卡尔文的实验装置并进行介绍。 生答：代谢

师：卡尔文实验装置中有一个扁平的内强；培养条件

含小球藻的透明玻璃容器。卡尔文选择容易控制；物

了小球藻进行实验，前面我们介绍的鲁质容易提取。

宾和卡门也选取小球藻作为实验材料，

小球藻作为实验材料有何优点呢？

师：事实上，卡尔文还选择了其他高等

植物进行平行实验。在所有的植物中，

机理是相同的。在实验中，通过计时，

时间到了之后可以打开阀门，小球藻就

进入热酒精中被杀死。然后把小球藻中

的物质通过双向纸层析法进行分离，再 对学生进

通过放射自显影进行检测。 行情感态

PPT展示卡尔文双向纸层析法和放射自 度价值观

显影的结果。 教育，让学

PPT展示卡尔文发现的部分中间产物。 生明白科

师：这是卡尔文发现的部分中间产物。 学发展的

这是一项浩大的工程。植物光合作用的 历程，培养

几分钟，卡尔文用了十年的时间才弄清 学生的优

楚它的机理。卡尔文的成功得益于C的 良品质。

14

发现和双向纸层析法的发明，生物学的生先独立完

发展离不开技术的推动。但是所有的成成后小组统

功，努力都是必不可少的。希望同学们一答案。

也能以卡尔文为榜样，以努力作为基石，

向自己心目中的理想目标迈进。现在我

们回过头来接着研究这个过程，我们把

7

过程简化，研究里面几种物质的变化。

请阅读导航中的实例5，独立完成思考题生答：CO→

后，小组统一答案。 C3→（CHO）

PPT展示实例5。 +C5

实例5：卡尔文给予实验装置不同时间的

光照，分别检测装置中的放射性物质。

结果如下：

（1）光照30秒后，检测到了多种带C

14

标记的化合物。

（2）将光照时间缩短到5秒时，检测到

14

C出现在一种五碳化合物（C5）和葡萄

糖中。

（3）将光照时间继续缩短为0.5秒时，

发现一种三碳化合物（C3）占全部放射

性的90%。

【思考】请根据实验结果，分析CO中C

2

的转移路径是什么？

师：接下来科学家开始研究CO是如何生

2

成C3的，在这个过程中卡尔文发现当突

然降低CO的供给时，短时间内三碳化

14

2

合物含量会降低，五碳化合物会积累。

怎么会出现这种情况呢？小组讨论。

PPT展示实例6。

2

2

学生小组讨

论。

对学生进

行科学思

维的培养，

生答： 运用科学

14

CO+C5→C3 的思维方

2

法来解决

问题。

生先独立完

8

成后小组统

一答案。

供给时，短时间内三碳化合物含量会降

低，五碳化合物会积累。

生答：

思考：为什么突然降低CO的供给时，

14

2

1.C3+ATP+[H

]→（CHO）

2

14

五碳化合物会积累？那么推测一下，CO

2

+C5

是

2.物质变化：

CO的固定和

2

与

C3的还原。

何

能量变化：

ATP中活跃

种物质结合形成三碳化合物的？

的化学能变

成有机物中

稳定的化学

能。

实例6：卡尔文发现当突然降低CO的

14

2

师：根据光合作用的反应式，

CO是反应物，C3是中间产物，而叶绿体

2

中原本就存在着C5，在整个暗反应过程

中C5可以循环使用。这一步成为CO的

2

固定。接下来我们来研究C3是如何变化

的？

PPT展示实例7。

9

实例7：阿尔农（D.I.）用离体的叶绿体

做实验，在黑暗条件下，只要给分离的

叶绿体提供了C3、ATP和[H],叶绿体就

能生成糖类等有机物，同时ATP和[H]含

量急剧下降。如果不提供ATP和[H],叶

绿体无法产生糖类等有机物。卡尔文发

现：突然停止光照，C3的含量会升高，

C5的含量会降低，有机物的含量会降低。

【思考】

1. ATP和[H]可参与暗反应的哪一阶段？

2.请总结出暗反应过程中的物质变化？

能量变化？

PPT展示暗反应的过程。

四、光

合作用

的过程

的图

在导航中完使学生建

成，小组讨论立光合作

并进行修正。 用的整体

观点。

10

解。

展示光合作用整个过程的视频。

五、光师：科学家对光合作用分子机制的研究 让学生理

合作用经历了近百年的时间，诞生了多位诺贝生观看PPT。 解科学的

情况总尔奖的获得者。 发展道路

结及现PPT展示诺贝尔奖的获得情况。 是曲折的，

状 师：这也并不意味着我们已经完全清楚无止境的。

师：在光合作用的过程中，光反应为暗

反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提理解光反应

供ADP和Pi。如果没有光反应，暗反应和暗反应之

无法进行，如果没有暗反应，光反应也间的联系。

无法进行，它们是和谐统一的整体。

光合作用的机理。

PPT展示C4光合碳同化途径的发现。

师：植物的光合碳同化途径具有多样性，

反映了植物对生态环境多样性的适应。

同时我们也可以看到科学是无止境的，

人类对科学的探索也是无止境的，期待

你们取得更大的成绩。 对学生进

师：地球上所有生物的有氧呼吸都是吸行社会责

收O放出CO，而维持大气中O和CO的任的培养，

2222

平衡依赖于植物的光合作用，据计算，树立和践

三棵大树每天所吸收的CO，约等于一个行“绿水青

2

人每天呼出的CO。而我们又做了什么山就是金

2

呢？我国一年人均耗纸量为1.81棵12山银山”的

米高的大树。我国每年为生产一次性筷理念，形成

子要耗费木材166万立方米，需砍伐生态意识，

2500万棵大树，减少森林面积200万立参与环境

方米。这绝不是你想要的地球。 保护时间。

PPT展示生态环境被破坏的现状。

师：请爱护我们的地球，从点滴做起！

11

六、板书设计

5.4 光合作用的过

程

一、光合作用的反应式

二、光合作用的

过程

七、教学反思：

本节课以教师精心筛选编排的典型科学研究史为切入点，以众多

事实的支撑得出光合作用的过程。创设探究的问题情境，引导学生感

知科学史料中的生物学事实，并开展分析、推理等思维活动，自主构

建相关过程的概念体系。在学习知识的同时，学习探索生命科学的基

本方法，体验科学的设计思想，感悟科学的思维方法，发展科学探究

的能力，养成思考、实践和创新的学习习惯，提高生物学科核心素养。

《光合作用的过程》 学情分析

学生在初中生物课中学习过有关光合作用的知识，而且生活实践

中也对光合作用有所了解。但是，对于光合作用的发现历史却很陌生，

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关键对于我们这节课要达到的目标“科学探究的一般方法”知之甚少。

高中学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性

和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往

具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成

缺乏理性的思考。在教学过程中，教师要尽量创设学生活动的机会，

让学生成为学习活动的主体，教师只是为学生的学习提供必要的指导

和知识铺垫。

《光合作用的过程》效果分析

本节课以季米里亚捷夫的名言导入，学生一开始就表示出浓厚的

兴趣，使学生带着兴趣投入本节课的学习中。

本节课的内容比较抽象，从初中学过的知识逐渐过渡到高中的知

识体系中，由已知到未知，由简单到复杂。

通过本节课的学习，学生重温了光合作用的探索历程，对光合作

用的过程有了更新的理解，对这个过程本质的考虑也更透彻。学生自

主构建的光合作用的概念图，所有小组都能完成，部分小组完成得非

常漂亮。

达标检测学生完成得非常好，说明光合作用的核心已经完全掌握

了。

《光合作用的过程》 教材分析

本节内容是人教版高中生物必修１分子与细胞第5章第4节《能

量之源──光与光合作用》的教学内容。光合作用在高中生物的整个

教材中都是处于重要地位。“光合作用”在绿色植物的新陈代谢以及

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生态系统的物质循环和能量流动中，具有十分重要的意义，是本章的

重点，也是高考的重要内容。绿色植物的新陈代谢包括水分代谢、矿

质代谢、有机物和能量的代谢三个部分，其中有机物和能量的代谢是

通过光合作用和呼吸作用共同实现的。光合作用是合成有机物、储存

能量的过程，呼吸作用是分解有机物、释放能量的过程。绿色植物的

光合作用具有非常重要的意义，是生物界最基本的新陈代谢。

《光合作用的过程》 观课记录

这节课对学生的科学思维有很好的锻炼，整节课以科学史为主

线进行，学生在整个过程中体会到了科学发现的乐趣，让学生自己进

行探索，培养学生的科学思维和方法。教师在本节课中精心选择各种

史实，环环相扣，指令明确，让学生逐步构建光合作用的过程。

教师在教学过程中贯彻培养学生的社会责任，培养学生造福人

类的态度和价值观，形成良好的生态意识，参与环境保护实践。

整体来看，教师在教学过程中重视学生的主体地位，注重各方

面能力的培养。

《光合作用的过程》 评测练习

一、选择题

1. 如图是绿色植物内细胞代谢的某一阶段的简图，下列说法错误的是( )

A．a过程是指CO的固定

2

B．b过程是指三碳化合物的还原

C．c过程完全在线粒体内完成

D．a、b、c三过程都需要酶参与

14

c

CO＋HO――→ 物质A

22

2. 有关如图所示模拟实验的叙述，正确的是( )

A．甲和乙都不产生气泡

B．甲产生气泡与光有关

C．甲和乙都产生气泡，气泡成分不同

D．甲和乙都产生气泡，气泡成分相同

3. 如图表示3株脱淀粉（经充分“饥饿”处理）的长势

相同的同种植物放在透光的不同钟罩内，以下关于本

实验的目的最准确的叙述是

（ ）

A. 证明光合作用的必需条件是CO B. 证明光合作用的速率随CO浓度增高而增

22

大

C. 证明过多的CO阻碍光合作用 D. 证明NaOH能促进光

2

合作用

4. 下图表示光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换，下列有

关此图的叙述正确的是( )

A．在黑暗中A将停止生理作用

B．A结构能产生ATP，B结构不能产生ATP

C．植物正常生长时，B结构产生的O全部被A结构利用

2

D．夜晚适当降温，能降低 A结构的生理功能，白天适当升温，B结构的生理功能提

高比A结构更显著，故白天适当升温，夜晚适当降温能增加农作物的产量

5．关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是（ ）

A．无氧条件下，光合作用是细胞ATP的唯一来源

B．线粒体和叶绿体合成ATP都依赖氧

C．有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATP

D．细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体

6．科学家研究CO浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果

2

如右图。请据图判断下列叙述不正确的是（ ）

15

A．光照强度为a时，造成曲线II和III光合作用强度差异的原因是CO 浓度不同

2

B．光照强度为 b 时，造成曲线 I和 II光合作用强度差异的原因是温度的不同

C．光照强度为a～b，曲线 I光合作用强度随光照强度升高而升高

D．光照强度为a～c，曲线 I、III光合作用强度随光照强度升高而升高

7. 植物光合速率受多种环境因素的影响。下图表示在不同环境条件下某植物的光合速率变

化情况，相关叙述正确的是（ ）

A．光照强度为1时，植物光合速率极低，细胞中ATP的含量几乎为0

B．光照强度和CO浓度一定时植物光合速率随着温度升高而不断加快

2

C．光照强度在5~6时，植物光合速率随光照强度升高而升高

D．光照强度一定时，CO浓度对光合速率的影响比温度的影响明显

2

8．如图表示温度对植物光合作用和呼吸作用的影响，有关说法错误的是（ ）

A．随着温度的升高，呼吸作用速率将逐渐加快

B．温度从5℃变为35℃的过程中，有机物的积累量(CO相对值)先增加后减少

2

C．呼吸作用相关酶和光合作用相关酶的最适温度不同

D．温室栽培蔬菜时，温度最好控制在25～30℃

9. 右图表示光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系，下列说法错误的是（ ）

A. ②过程需多种酶参与，且需ATP供能 B. 适宜条件下，③过程在活细胞中都能进

行

C. ⑤过程产生的供生命活动能量最多 D. ①③④过程产生的[H]都能与氧气结合产

生水

16

10. 下列关于植物光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是（ ）

A. 光合作用和呼吸作用都是能量转化过程

B. 光合作用产生的ATP有一部分用于呼吸作用

C. 光合作用进行的同时不一定都伴随着呼吸作用的进行

D. 呼吸作用能产生大量ATP而光合作用却只是消耗

二、非选择题

1.如图表示在光照充足、CO浓度适宜的条件下，不同温度对某植物单位时间光照下CO吸收

22

量（实线）和黑暗中CO释放量（虚线）的影响。请回答下列问题：

2

（1）光合作用的酶存在于 和 中。在

光合作用的过程中，光反应为暗反应提供了 。

（2）若昼夜不停地光照，该植物生长的最适温度约为 。

（3）若温度均保持在40℃的条件下，长时间每天交替进行12h光照、12h黑暗，该植

物 （能或不能）正常生长。

（4）将植物置于35℃条件下，每天交替进行12h光照、12h黑暗，该植物一天内积累的有

机物质量为 （结果保留一位小数）。

（5）晴朗夏季，一天早晨测得某植物体干重为M1，傍晚测得其干重为M2，第二天早晨测得

其干重为M3，则三者由大到小排列为 。

答案：一、选择题1—5 CCBDC 6—10 DDADA

二、（1）类囊体薄膜；叶绿体基质；ATP、还原氢（2）30℃（3）不能（4）24.5mg(5)M2

《光合作用的过程》 教学反思

本节课以教师精心筛选编排的典型科学研究史为切入点，以众多

事实的支撑得出光合作用的过程。创设探究的问题情境，引导学生感

知科学史料中的生物学事实，并开展分析、推理等思维活动，自主构

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建相关过程的概念体系。在学习知识的同时，学习探索生命科学的基

本方法，体验科学的设计思想，感悟科学的思维方法，发展科学探究

的能力，养成思考、实践和创新的学习习惯，提高生物学科核心素养。

《光合作用的过程》 课标要求

课标：说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在

二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化

学能。

由此确立本节课的学习目标：

1.通过资料分析，探究光合作用的过程。（科学思维、科学探究）

2.阐明光合作用过程中贯穿着物质变化和能量变化。（生命观念、科

学思维、科学探究）

3.树立良好的生态意识，参与环境保护实践，保护好我们的地球。（社

会责任）

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