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高中生物《光合作用的原理和应用》教学设计新人教版必修1

高中生物《光合作用的原理和应用》教学设计生物必修1 分子与细胞第五章细胞的能量供应和利用第四节能量之源——光与光合作用

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高中生物《光合作用的原理和应用》教学设计生物必修1 分子与细胞第五章 细胞的能量供应和利用第四节能量之源——光与光合作用

一、教学设计

（一）、教学思想

本节课的设计紧贴课程标准强调的宗旨：培养学生的科学素养；结合探究实验，使得学生对知识的认识从感性过渡到理性；充分发挥学生的自主性学习，通过自主学习完成对知识的初步认识和理解，充分体现了学生在课堂中的主体地位；充分发挥教师的主导作用，通过教师的重点指引和难点突破，帮助学生完成从对知识的初步认识和理解升华到对知识的综合理解和应用，从而真正转化为能力和素养。

由于本节课的知识侧重在理解水平，所以在课堂练习的选择上也应侧重于知识的应用，在选题上应同时侧重知识的发展和学生的发展。

（二）、学情分析

本届学生在初中接触到生物学，但本节课的生物学知识支撑上比较薄弱，不过对于生物学也有一定的了解，加上本届学生思维较敏捷，对学习生物学有着浓厚的兴趣，所以能够组织学生在学习过程中开展自主探究。

本课时强调对于知识的理解和了解，由于我校学生大多是城市孩子，对于农业生产的田间管理感性认识不足，所以本节课的知识点应紧密结合学生熟知的社会生活（诸如光照充足的地方植物生长好、室内不适宜栽培开花植物等），从而能够通过创设学生熟悉的情景来激发学生学习的积极性和探究问题的主动性。

（三）、教材分析

光合作用的原理和应用一课，主要介绍了光合作用的探究历程，光合作用的过程和应用等知识。教材介绍的与光合作用有关的几个经典实验，有利于培养学生的科学精神和严谨的科学态度，培养学生掌握生物科学的研究方法。光合作用的过程介绍了光反应和暗反应过程中物质和能量的变化，光合作用原理的应用通过学习光合作用强度，引导学生探究环境因素对光合作用的影响，使知识得到迁移和应用。

知识结构：

（四）、教学目标

1.知识目标。

了解光合作用的发现过程，并能简述出光合作用的原料、产物、条件和反应场所和化能合成作用。

2.能力目标。

学习各位科学家的发现过程，帮助学生学会运用探究的手段发现问题、解决问题，并完成教材的探究活动—探究环境因素对光合作用强度的影响。

3.情感目标。

（1）通过光合作用发现过程的学习，使学生认识到科学发现的艰辛、科学研究方法的重要性，进而说明学习方法的重要性，领悟自然界生命活动的复杂性和有序性。

（2）学生通过体验科学探究一般过程，了解科学研究的一般方法、养成勇于实践的科学精神，培养学生严谨的科学态度，激发创新意识和创新精神。

（五）、教学方法

自主性学习；自主探究和合作探究；评价学习。

（六）、课前准备

多媒体课件（演示光合作用的探究历程和光合作用过程），优美的风景图片等。

（七）、课时按排

二课时

第一课时：光合作用的探究历程

第二课时：光合作用的过程、光合作用原理的应用、化能合成作用

（八）、教学流程

第一课时：

过程设计

教学内容

设计意图

教师指导（主要包括问题的设置和学习任务的布置）

学生活动

导入新课

提问：叶绿体的结构及功能是什么？

多媒体展示一组优美的风景图片

同学们了解了叶绿体的结构和功能，植物的每一片绿叶就好像是一个 “绿色工厂”源源不断地生产者有机物。在自然界中绿色植物随处可见，你看到过植物正在进行光合作用吗？没有。那么，科学家们到底是怎样发现光合作用这一生理过程的呢？

创设问题情境，激发兴探究兴趣，导入新课。

光

合

作

用

的

探

究

历

程

(一) 光合作用的探究历程：

多媒体展示下面资料

1、公元前3世纪古希腊学者亚里士多德的结论：植物的物质积累来源于土壤。

2、1648年比利时医生van helmont的柳树实验。将一株2.3重的柳树苗种在90.8㎏的干土中，只用纯净的雨水浇灌，5年后柳树的质量增加了80㎏多，而土壤减少了不到100g。van helmon的结论是什么?

亚里士多德的结论只是一个经验的推测，并没有进行相应的科学实验。然后科学家又做了相关的实验。

请学生评价：你同意他们的结论吗？（a、亚里士多德的观点缺少科学依据；b、柳树实验则体现了比较科学的研究方法。）

科学的方法体现在那些方面？（对照原则）

你对van helmont的实验结论认同吗？（不认同）

为什么？从实验设计的过程看是不是有不严密之处？（没有对实验中某些因素（无关变量）严格控制）

植物生长所需的物质从哪里来的呢？先请生物活动小组一组同学介绍一下他们模拟普利斯特利和英格豪斯所作的实验过程并展示一下实验结果。同学可以向他们提问：

投影展示实验结果

蜡烛熄灭时间（分钟）

试验次数	放天竺葵的玻璃罩	不放天竺葵的玻璃罩
1	5.2	0.5
2	6.1	0.4
3	6.5	0.3
4	5.8	0.4

思考一下实验组蜡烛熄灭时间的长短与玻璃罩内植株的大小、数量和光照强度有关吗？如有关系，有兴趣的同学课下可以去实验室做某一因素的探究实验。

多媒体课件依次演示光合作用的四个经典实验过程。

1、1771年普利斯特利的实验：

点燃的蜡烛与绿色植物，密闭，蜡烛不熄灭。

小鼠与绿色植物，密闭，小鼠不易窒息

老师质疑：（大屏幕）

（1）、该实验的结论是什么？

（2）、为什么有人认为植物也能使空气变浑浊？他们忽略了什么条件？

2、1779年英格豪斯的实验：

植物更新空气

老师质疑：（大屏幕）

（1）、普利斯特利的实验为什么在光下才能成功？

（2）、为什么植物只有具有绿叶才能更新空气？

（3）、植物吸收了空气中的什么气体？放出的气体是什么？

（4）、在这个过程中光能转变成了什么能？

讲述：直到1785年人们才明确绿叶在光下放出氧气，吸收二氧化碳，1845年，梅耶根据能量转换和守恒定律指出，在植物进行光合作用时把光能转换成化学能储存起来。

过渡：那么光能变成化学能储存于什么物质呢？吸收的二氧化碳转变成了什么物质？

3、1864年萨克斯的实验

碘

黑暗一半暴光深蓝

绿叶碘

24小时一半遮光无变化

老师质疑：（大屏幕）

（1）、为什么要把绿叶放在暗处几小时？

（2）、该实验的巧妙之处是什么？

（3）、这个实验是否设置了对照组？哪组是？

（4）、实验中所需控制的单一变量是什么？

（5）、实验中哪些处理用于排除干扰？

（6）、这个实验可以得出什么结论？

（7）、如果遮光部位也变蓝，可能的结果？

过渡：知识的拓宽与延伸

光合作用的原料有水和二氧化碳，那么光合作用释放的氧气来自水还是二氧化碳？

建议：阅读课本同位素标记法

4、1939年鲁宾和卡门用放射性同位素示踪法证明这一问题

h₂o和 c¹⁸o₂ o₂

向植物提供

h₂¹⁸o和co₂ ¹⁸o₂

提问：（大屏幕）

（1）、用¹⁸o分别标记什么物质？

（2）、该实验的结论是什么？

学生相互讨论、交流、评价。

学生可以讨论。

展示实验结果

积极思维，回答教师提出的问题。

仔细阅读资料，观察课件演示。让各小组把观察到的经典实验过程用语言表达出来。

学生形成新的质疑，对老师的设疑进行讨论探究。

学生讨论过程中人人参与，生生互动，学生相互启发，共同探究，学会学习。

学生分组讨论交流，回答老师的提问并思考污浊的空气指哪种成分？光被植物的哪种结构吸收？该结构含有哪些色素？作用是什么？

引导学生思考萨克斯的实验假设是什么？利用萨克斯的装置还可以探究什么问题？

学生主动展示学习成果，阐明自己的观点和见解，交流合作，形成最佳答案，达到对知识的深入理解和拓宽。

各小组成员对老师的质疑进行自评和互评。

培养学生从资料中获取信息的能力，对实验的评价能力。

培养学生动手能力，感悟成功的喜悦。

深化教材资源，引导学生思维，激发学生探索意识。

设计的目的和策略：通过多媒体课件展示，学生能够直观地感受科学家的探究历程，同时深刻体验科学家们科学的探究方法和思想，即：发现问题——做出假设——实验验证——分析得出结论的探究思路。通过经典实验，进一步理解实验设计中的实验变量、实验遵循的原则。

教与学的方法：引导学生联系初中已有知识，对材料进行分析，表达交流释疑质疑并学会概括总结分析归纳得出结论。培养学生分析问题和语言表达能力。

启发学生学会思考,使学生认识生物学的发展与物理化学密切相关，解相关学科之间的相互促进作用。体会科学技术进步是科学发展的推动力，培养学生知识迁移能力。

培养学生严谨的探究精神和科学态度，提高学生生物学素养。

养学生团结协作勇敢有为，探索创新的精神，共同分享学习成果。

通过观察图像增加学生的感性认识，有利于学生掌握光合作用的过程，培养学生的观察能力和将图像转化成文字语言的能力。

通过层层设疑，学生对知识的理解逐步加深加宽，为学习光合作用的过程奠定了基础。

课堂小结

这节课我们共同学习光合作用的探究历程的经典实验，大家学习后都有什么感悟？请交流。

课下作业：

1、填写科学家对光合作用探究历程实验表格的内容。（附表1）

2、上网收集影响光合作用因素的资料。

第二课时：

过程设计

教学内容

设计意图

教师指导（主要包括问题的设置和学习任务的布置）

学生活动

光合作用的过程

提问：上节课我们学习科学家对光合作用探究历程，谁能说出光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？能用一个化学反应式表示？

（）

反应式表示出光合作用条件、场所、反应物、生成物各是什么，它并不能表达光合作用具体过程，那么光合作用的具体过程怎样？

(二)光合作用的过程

人们常常根据反应过程是否需要光这个条件，将光合作用全过程分为光反应和暗反应两个大的阶段。

电脑演示类囊体上光反应的动态变化过程，引导学生观察，并组织小组讨论：

1、光反应阶段

（1）、光反应的部位在何处？

（2）、光反应的条件是什么？

（3）、色素吸收的光能有哪两个方面的用途？

（4）、光反应中物质变化和能量变化是怎样？

试用反应式写出物质变化。

（5）、光反应中产生的[h]和atp到哪里去了？

【①发生部位:叶绿体片层结构薄膜上

②反应条件:光、水色素分子、酶

③水的光解和atp的形成

④物质变化

a.水的光解:

b.atp形成:

能量转变:

⑤[h]和atp用于暗反应】

2、暗反应阶段

(1)、暗反应的场所在何处？

(2)、暗反应的条件是什么？是否一定不能有光?

(3)、co₂发生了哪些变化？

(4)、暗反应中物质变化和能量变化是怎样？

试用反应式写出物质变化。

【 ①发生部位:叶绿体基质中

②反应条件:，不需要光

③co₂被固定和还原

④物质变化

a.co₂固定:；

b.c₃化合物还原:

。

能量转变:

atp中活跃化学能→有机物中稳定化学能。】

反应与暗反应并非是两个完全独立的过程而它们之间有联系吗?

引导学生列表比较光反应和暗反应的区别和联系。

幻灯片展示光反应阶段和暗反应阶段比较表格

比较项目		光反应阶段	暗反应阶段
区别	场所	类囊体的薄膜上	叶绿体的基质中
	条件	需光、色素和酶	有或无光均可、需多种酶
	物质变化		（略）
	能量转化	光能转变为atp中活泼的化学能	atp中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能
联系	1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供[h]和atp 2、暗反应是光反应的继续，暗反应为光反应的进行提供合成atp的原料adp和pi 3、两者相互独立又同时进行，相互制约又密切联系

学生总结光合作用反应式并熟记。

学生观看光合作用过程的多媒体演示，自学课本，独立思考，强化记忆，并给与评价。

在已有的知识背景下让学生主动构建新的知识体系，然后回答老师提出的问题。

归纳整理出本课的重要知识点，在此过程中全面掌握光合作用的全过程，注重反应式。

对照板书适时巩固，对较难理解的寻求老师帮助。

以组为单位展示交流自学成果。

学生讨论后列出表格。（见附表2）

对学生评价，通过回忆旧知识导入新课。

引导学生观察的方法。

通过观察图像增加学生的感性认识，有利于学生掌握光合作用的过程，培养学生的观察能力和将图像转化成文字语言的能力。

培养了学生归纳和类比的能力。培养学生自主探究的生物学素养，培养学生动手操作的能力以及团结协作的精神。

光

合

作

用

原

理

应

用

掌握了光合作用的过程，在生产实践中有什么应用呢？

(三)光合作用原理的应用

请学生汇报上节课布置的“调查和收集提高农作物光合作用强度的具体措施”。

展示调查和收集的材料。包括适当提高光照强度，适当提高co₂的浓度，适当提高温度等。

老师提出问题，联系光合作用强度的概念，启发学生思考：为什么控制光照强弱、温度的高低和二氧化碳的浓度能影响光合作用的强度？并组织学生一起将文字信息转化为数学曲线。

1、光照强度与光合作用的关系

2、co₂的浓度与光合作用的关系

3、温度对光合作用的影响

选择其中的一种因素，通过实验来探究它对光合作用的影响。

（1）分析教材上的实验原理。

（2）分析教材上的参考案例。

（3）分发给学生探究实验的记录表（见附表3）引导学生进行科学探究。

（4）探究过程中遇到问题时，给予必要的指导。

探究光照强弱对光合作用强度的影响。

展示调查和收集的材料

师生共同参与

学生分组进行探究实验，并填写探究实验记录表，最后进行表达交流。

以组为单位将探究的成果上交老师，适时评价并反馈。并学生依据教材回答。

提出问题，激发学生的学习兴趣

培养学生收集资料和整理资料的能力。

学会解读数学曲线的方法理解其生物学含义。

培养学生理论联系实际的科学素养，更好的认识光合作用原理在农业生产中的应用。使知识得到迁移和应用。

学会科学探究的方法，培养学生设计实验的能力、分析和解决问题的能力及表达交流的能力。

化

能

合

成

作

用

自然界中，除了植物能把无机物合成有机物外，还有其他生物也可以把无机物合成有机物吗？

（四）化能合成作用

组织学生阅读教材p105化能合成作用的知识，思考：

1．硝化细菌的化能合成作用是怎么样的？

2．硝化细菌为什么和植物一样，也属于自养生物？

3．化能合成作用和光合作用的主要区别在哪?

学生阅读教材并思考回答问题。了解化能合成作用的过程。

引入化能合成作用。培养学生的自学能力，开阔知识面,使学生对化能合成作用有较为清晰的认识

课堂小结

课堂小结（略）

布置作业

二、教学反思

遵照上述教学设计，我实施了这节内容的教学活动，时间充沛，学生有思考的空间并取得了成功。主要表现为：课堂气氛活跃，学生的自主探究和合作探究都很深入，学生之间的互动评价学习得到充分的发展，学生真正成为了学习的主体，培养和提高了学生的学习能力，但在教学的实施过程中也发现了存在的问题和一些应该注意的地方，如果能够做好这些，课堂教学的效果会有进一步的提高。

（一）、指导思想明确

强调学生的自主学习，充分发挥学生的主体作用。教师的主要任务就是帮助学生完成从对知识的初步理解深化到综合理解和应用上，把知识转化为能力，真正地发挥主导作用，这样就保证了课堂是学生的，学习是高效的，发展是实际的。

（二）、教学设计特色

体现了新课程理念，充分体现了自主探究和合作探究学习方式，学生由被动学习变为主

动学习，真正改变了学生的学习方式，以探究性学习为主体来获取知识，强调了学习过程和方法的培养，光合作用的探究历程通过分组学习和讨论交流，引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑，逐步培养学生收集和处理科学信息的能力、分析和解决问题的能力，以及交流和合作的能力。改变了以往以教师讲授为主的教学方式，这是本节的显著特色。

（三）、课前准备充分

使用自主探究和合作探究的教学模式完成基础学案和板书提升落实知识体系，有利于课堂活动的连续性和递进性。例题贴近生活，提高了学生学习的兴趣。

（四）、教学效果评价

光合作用的探究历程这一部分，让学生分组分配好任务，每一组负责一个科学家的发现过程及分析，先自学并查找有关资料，再小组讨论归纳，课堂用来展示归纳并解答疑难问题。学生模拟了当时科学家的发现过程，兴趣浓厚，把自己置身于科学家的研究过程中，体会了科学家探索科学的方法，其他同学通过提问方式加深了对实验的理解和分析，培养了学生的科学精神和科学态度，提高了学生的兴趣，取得了好的教学效果。

光合作用的过程这部分相对比较难懂，学生学起来感到困难，先让学生自学，对这一部分有个大概的了解，再通过完成光反应和暗反应的比较，更进一步理解光反应和暗反应，再通过疑难解答掌握光反应和暗反应的关系，最后通过多媒体教学手段再现光合作用的整个过程，使课堂容量加大，教学进度加快，课堂效率提高，加深了学生的理解和体会。让微观的生命过程直观化，有得于学生对光反应和暗反应的理解，这样的教学充分体现了以学生主体，学生自主学习为主，教师只是起到组织者和引领者的作用，这样提高了学生学习兴趣，提高了教学效果，又培养了学生多种能力，激发了学生主动学习的乐趣。

最后由学生畅所欲言，说说由光合作用过程联想到了什么，学生发挥联想、畅所欲言，培养学生的情感态度与价值观及科学的动态观，发挥学生的联想能力。学生的学习兴趣再次激起，充分培养了学生的语言表达能力。

（五）、需改进的地方

作为一名多年进行高中生物教学的教师，在高考的指挥棒引导下，还没有从思想上根本转变教学观念，教学中不能完全以学生为主体，教师为主导，忽视了学生的情感体验，始终担心教学任务的完成，教师的讲解过多。

1、如分组实验少并只能在课前完成，结果检测不佳。

2.学案与板书重复，精选例题少，只有课外练习来补，占用学生自由学习时间。

3.另外本节分2课时讲，总觉得知识体系不完整，不大连续。

因此，这就需要我不断更新教育理念，转变教学方法，不断加强新课程理论学习，力争把时间给学生多一点，引导学生讨论、探究，使课堂充满生机和活力。

附表1

年代	科学家	实验过程	结论	思考
1771年	[英国] 普利斯特利	密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死		为什么普利斯特利的实验有时成功有时失败？
1779年	荷兰的英格豪斯	将普利斯特利所做的实验装置分别放在光下和黑暗中做		英格豪斯当时是否清楚植物更新了空气中的那种成分？
1785年		发现空气的组成
1845年	[德] r.mayer	（略）
1864年	[德] 萨克斯	暗处理后的叶片一半遮光，一半曝光，后经碘蒸气处理，曝光一半叶变蓝，遮光一半不变		为什么实验前对叶片先进行饥饿处理？为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光？
1939年	[美]鲁宾和卡门	用同位素¹⁸o标记水（即h₂¹⁸o），进行光合作用实验，发现生成的氧全部是¹⁸o₂；如用¹⁸o标记二氧化碳（即c¹⁸o₂），生成的氧全部是o₂		鲁宾和卡门采用哪种方法来进行实验？