本词条针对高二生物《光合作用》内容章节，采用"问题解决教学"进行教学设计。教学设计思路明确，按照"引入--了解光合作用--光合作用的过程--光合作用的意义--运用光合作用--练习――交流评价--作业"的流程完成教学过程的设计。 光合作用(Photosynthesis)是植物、藻类利用叶绿素和某些细菌利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化 为有机物，并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。

• 中文名称 光合作用1
• 外文名称 Photosynthesis 1
• 科目 生物
• 教学对象 高中二年级
• 其他 见正文

科目信息

　　科目:生物 教学对象:高中二年级

　　课时:2 教学环境:多媒体教室

学习者特征

　　教学对象为高二学生，具有一定的生物知识基础，了解光合作用的概念。但光合作用的过程是分为光反应和暗反应两个过程，比较复杂，学生在学习过程中存在一定的困难。

学习内容

　　1、光合作用:绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。

　　2、光反应和暗反应: 光反应阶段 光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光能才能进行，这个阶段叫做光反应阶段。光反应阶段的化学反应是在叶绿体内的类囊体上进行的。暗反应阶段 光合作用第二个阶段中的化学反应，没有光能也可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段。暗反应阶段中的化学反应是在叶绿体内的基质中进行的。

　　3、光合作用的应用:我们都知道，粮食、蔬菜、油料、瓜果和纤维来自不同植物的不同部位，在农业生产过程中合理地应用光合作用的原理，提高光合作用的效率，使营养物质更多地积累在人们需求的植物器官中，这样我们的农业就会获得丰收。

教学目标

　　一、知识与技能

　　1、了解光合作用的发现过程

　　2、了解叶绿体中的色素种类及作用

　　3、掌握光合作用的概念、原理及意义;掌握光反应和暗反应的过程、光反应和暗反应的区别与联系、光反应和暗反应的意义

　　4、光合作用的应用

　　二、能力与方法

　　1、通过探究光合作用的条件、产物和场所，进一步体验科学探究的方法。

　　2、在探究活动中培养分析、判断、推理的能力，以及运用知识解决问题的能力。

　　三、情感态度与价值观

　　通过对《光合作用》的学习，增强学生的环保意识，了解自然，保护环境。

重点与难点

　　一、教学重点

　　1、叶绿体中色素的种类、

　　2、光合作用的概念、原理及光反应和暗反应的具体过程

　　3、提高光合作用的效率

　　二、教学难点

　　光反应和暗反应的具体过程，光反应和暗反应的区别和联系

策略选择设计

　　本节课以老师授课为主

　　在教学过程中，通过教师的授课和学生的分析、讨论、归纳，使学生理解光合作用的原理，突出重点，突破难点

过程与媒体

　　第1课时

　　一、课文导入

　　1、创设问题情境:动物和人每天需通过摄取食物来获得生长发育所需的营养物质，需植物则没有摄食现象，那么植物的生长发育需要营养物质吗?

　　2、观看视频

　　3、学生产生疑问:植物生长发育所需的营养物质是怎么来的?

　　二、光合作用的发现过程:

　　公元前3世纪，古希腊哲学家亚里士多德根据经验推测得出结论:"植物的物质积累来源于土壤"。

　　(一)海尔蒙特实验(比利时科学家、1648年)

　　1、Flash动画演示

　　2、学生讨论

　　(二)普利斯特利实验(英国科学家、1771年)

　　1、Flash动画演示

　　2、学生讨论

　　(三)萨克斯实验(德国科学家、1864年)

　　1、分析萨克斯实验(视频、动画演示)

　　①现象记录

　　植株的部位 现象

　　叶片未遮光部分 滴加碘液后变蓝

　　叶片遮光部分 滴加碘液后不变蓝

　　②结论:植物可以更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得混浊的空气。

　　2、学生讨论

　　(四)恩吉尔曼实验(德这科学家、1880年)

　　1、Flash动画演示

　　2、学生讨论

　　第2课时

　　一、叶绿体和光合色素

　　1、叶绿体:高等植物叶绿体多呈扁平椭球形，主要分布在叶片的栅栏组织和海绵组织中。

　　2、色素:指植物体内含有的具有吸收光能并将其用于光合作用的色素。

　　1)叶绿素:主要有叶绿素a(呈蓝绿色)和叶绿素b(呈黄绿色)

　　2)类胡萝卜素:主要有胡萝卜素(多为β-型，呈橙黄色)和叶黄素(黄色)

　　3)藻胆素:蓝藻、红藻等藻类进行光合作用的主要色素，常与蛋白质结合为藻胆蛋白。

　　二、光反应和暗反应

　　1、光反应

　　条件:光照、光合色素、光反应酶。

　　场所:叶绿体的类囊体薄膜。(色素)

　　过程:①水的光解:2H₂O→4[H] O₂(在光和叶绿体中的色素的催化下)。②ATP的合成:ADP Pi→ATP(在光、酶和叶绿体中的色素的催化下)。

　　影响因素:光照强度、CO₂浓度、水分供给、温度、酸碱度等。

　　意义:①光解水，产生氧气。②将光能转变成化学能，产生ATP，为碳反应提供能量。③利用水光解的产物氢离子，合成NADPH，为碳反应提供还原剂NADPH，NADPH同样可以为碳反应提供还原剂NADPH，NADPH同样可以为碳反应提供能量。

　　2、暗反应

　　条件:碳反应酶。

　　场所:叶绿体基质。

　　影响因素:温度、CO₂浓度、酸碱度等。

　　过程:不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境的适应的结果。暗反应可分为C3、C4和CAM三种类型。三种类型是因二氧化碳的固定这一过程的不同而划分的。对于最常见的C3的反应类型，植物通过气孔将CO₂由外界吸入细胞内，通过自由扩散进入叶绿体。叶绿体中含有C5。起到将CO₂固定成为C3的作用。C3再与NADPH在ATP供能的条件下反应，生成糖类(CH₂O)并还原出C5。被还原出的C5继续参与暗反应。

　　光合作用的实质是把CO₂和H₂O转变为有机物(物质变化)和把光能转变成ATP中活跃的化学能再转变成有机物中的稳定的化学能(能量变化)。

　　CO₂ H₂O(光照、酶、叶绿体)==(CH₂O) O₂

　　3、光反应和暗反应的区别及联系

　　①联系:光反应和碳反应是一个整体，二者紧密联系。光反应是暗反应的基础，光反应阶段为暗反应阶段提供能量(ATP、NADPH)和还原剂(NADPH)，暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料。

　　②区别

　　项目 光反应 暗反应 实质 光能→化学能，释放O₂ 同化CO₂形成(CH₂O)(酶促反应) 时间 短促，以微秒计 较缓慢 条件 需色素、光、ADP、和酶 不需色素和光，需多种酶 场所 在叶绿体内囊状结构薄膜上进行 在叶绿体基质中进行 物质转化 2H₂O→4[H] O₂↑(在光和叶绿体中的色素的催化下) ADP Pi→ATP(在光、酶和叶绿体中的色素的催化下) CO₂ C5→2C3(在酶的催化下) C3 【H】→(CH₂O) C5(在酶和ATP的催化下)

　　能量转化 能量转化叶绿素把光能转化为活跃的化学能并储存在ATP中 ATP中活跃的化学能转化变为糖类等有机物中稳定的化学能 3、相关方程式

　　项目 光反应 暗反应

　　实质 光能→化学能，释放O₂ 同化CO₂形成(CH₂O)(酶促反应)

　　时间 短促，以微秒计 较缓慢

　　条件 需色素、光、ADP、和酶 不需色素和光，需多种酶

　　场所 在叶绿体内囊状结构薄膜上进行 在叶绿体基质中进行

　　物质转化 2H₂O→4[H] O₂↑(在光和叶绿体中的色素的催化下) ADP Pi→ATP(在光、酶和叶绿体中的色素的催化下) CO₂ C5→2C3(在酶的催化下) C3 【H】→(CH₂O) C5(在酶和ATP的催化下)

　　能量转化 能量转化叶绿素把光能转化为活跃的化学能并储存在ATP中 ATP中活跃的化学能转化变为糖类等有机物中稳定的化学能

　　H₂O→2H +1/2O₂(水的光解)

　　NADP + 2e-+ H →NADPH(递氢)

　　ADP +Pi→ATP(递能)

　　CO₂+ C5化合物→2C3化合物(二氧化碳的固定)

　　2C3化合物→(CH₂O)+ C5化合物(有机物的生成或称为C3的还原)

　　ATP→ADP + Pi(耗能)

　　能量转化过程:光能→不稳定的化学能(能量储存在ATP的高能磷酸键)→稳定的化学能(糖类即淀粉的合成)

　　注意:光反应只有在光照条件下进行，而只要在满足碳反应条件的情况下碳反应都可以进行。也就是说碳反应不一定要在黑暗条件下进行。

　　三、光合作用实验

　　【设计】光合作用是绿色植物在光下把二氧化碳和水合成有机物(淀粉等)，同时放出氧气的过程。本实验应用对比的方法，使学生认识:(1)绿叶能制造淀粉;(2)绿 叶必须在光的作用下才能制造出淀粉。

　　【器材】天竺葵一盆、烧杯、锥形瓶、酒精灯、三脚架、石棉网、棉絮、镊子、白瓷盘、酒精、碘酒、厚一些的黑纸、曲别针。

　　【步骤】1.将天竺葵放在黑暗处一二天，使叶内的淀粉尽可能多地消耗掉。

　　2.第三天，取出放在黑暗处的天竺葵，选择几片比较大、颜色很绿的叶子，用黑纸将叶的正反面遮盖。黑纸面积约等于叶片面积的二分之一，正反面的黑纸形状要一样，并且要对正，用曲别针夹紧(如图)。夹好后，把天竺葵放在阳光下晒4~6小时。

　　3.上课时，采下一片经遮光处理的叶和另一片未经遮光处理的叶(为了便于区别，可使一片叶带叶柄，另一片叶不带叶柄)，放在沸水中煮3分钟，破坏它们的叶肉细胞。

　　4.把用水煮过的叶子放在装有酒精的锥形瓶中(酒精量不超过瓶内容积的二分之一)，瓶口用棉絮堵严。将锥形瓶放在盛着沸水的烧杯中，给酒精隔水加热(如图)，使叶绿素溶解在酒精中。待锥形瓶中的绿叶已褪色，变成黄白色时，撤去酒精灯，取出叶片。把叶片用水冲洗后放在白瓷盘中。

　　5.将叶片展开铺平，用1∶10的碘酒稀释液，均匀地滴在二张叶片上。过一会儿可以观察到:受到阳光照射的叶子全部变成蓝色;经遮光处理过的叶子，它的遮光部分没变蓝，只有周围受光照射的部分变蓝。由此可以说明，绿叶能制造淀粉，绿叶只有在光的照射下才能制造出淀粉。

　　【注意】1.碘的浓度过大时，叶片的颜色不显蓝，而显深褐色。对存放时间过久的碘酒，因酒精蒸发使碘的浓度增大，可适当多加一些水稀释。

　　2.酒精燃点低，一定要在烧杯中隔水加热，千万不要直接用明火加热，以免着火。

　　光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。我们每时每刻都在吸入光合作用释放的氧。我们每天吃的食物，也都直接或间接地来自光合作用制造的有机物。那么，光合作用是怎样发现的呢?

　　【分析】阳光水+二氧化碳→→氧气+有机物叶绿体(储存有能量)

　　四、影响光合作用的因素

　　1、光照

　　光合作用是一个光生物化学反应，所以光合速率随着光照强度的增加而加快。但超过一定范围之后，光合速率的增加变慢，直到不再增加。光合速率可以用CO₂的吸收量来表示，CO₂的吸收量越大，表示光合速率越快。

　　2、二氧化碳

　　CO₂是绿色植物光合作用的原料，它的浓度高低影响了光合作用暗反应的进行。在一定范围内提高CO₂的浓度能提高光合作用的速率，CO₂浓度达到一定值之后光合作用速率不再增加，这是因为光反应的产物有限。

　　3、温度

　　温度对光合作用的影响较为复杂。由于光合作用包括光反应和暗反应两个部分，光反应主要涉及光物理和光化学反应过程，尤其是与光有直接关系的步骤，不包括酶促反应，因此光反应部分受温度的影响小，甚至不受温度影响;而暗反应是一系列酶促反应，明显地受温度变化影响和制约。当温高于光合作用的最适温度时，光合速率明显地表现出随温度年升而下降，这是由于高温引起催化暗反应的有关酶钝化、变性甚至遭到破坏，同时高温还会导致叶绿体结构发生变化和受损;高温加剧植物的呼吸作用，而且使二氧化碳溶解度的下降超过氧溶解度的下降，结果利于光呼吸而不利于光合作用;在高温下，叶子的蒸腾速率增高，叶子失水严重，造成气孔关闭，使二氧化碳供应不足，这些因素的共同作用，必然导致光合速率急剧下降。当温度上升到热限温度，净光合速率便降为零，如果温度继续上升，叶片会因严重失水而萎蔫，甚至干枯死亡。

　　4、矿质元素

　　矿质元素直接或间接影响光合作用。例如，N是构成叶绿素、酶、ATP的化合物的元素，P是构成ATP的元素，Mg是构成叶绿素的元素。

　　5、水分

　　水分既是光合作用的原料之一，又可影响叶片气孔的开闭，间接影响CO₂的吸收。缺乏水时会使光合速率下降。

　　五、提高光合作用效率的实例

　　云南生态农业研究所所长那中元开发的作物基因表型诱导调控表达技术(GPIT)，在世界上第一个成功地解决了提高光合作用效率的难题。

　　提高农作物产量有多种途径，其中之一是提高作物光合作用效率，而如何提高则是一个世界难题，许多发达国家开展了多年研究，但至今未见成功的报道。

　　那中元开发的GPIT技术率先解决了这一难题，据西藏、云南、山东、黑龙江、吉林等省、自治区试验结果，使用GPIT技术，不同作物的光合作用效率可分别提高50%至400%以上。

　　云南省西北部的迪庆藏族自治州中甸高原坝区海拔3276米，玉米全生育期有效积温493℃，不到世界公认有效积温最低极限的一半;玉米苗期最低气温零下5.4℃，地表最低气温零下9.5℃。但使用GPIT技术试种的玉米仍生长良好，获得每亩499公斤的高产。

　　1999年在海拔3658米的拉萨试种的玉米，单株最多长出八穗，全部成熟，且全是高赖氨酸优质玉米。全国高海拔地区和寒冷地区的试验示范表明，应用GPIT技术可使作物的生育期大为缩短，小麦平均缩短7至15天，水稻平均缩短10至20天，玉米平均缩短30至40天。

　　GPIT技术还解决了农作物自身抗性表达，高抗根、茎、叶多种病害的世纪难题。1999年在昆明市官渡区进行了百亩小麦连片对照试验，未使用GPIT技术的小麦三次施用农药，白粉病仍很严重;而应用GPIT技术处理的百亩小麦，不用农药，基本不见病株。

　　六、光合作用的意义

　　1.一切生物体和人类物质的来源(所需有机物最终由绿色植物提供)

　　2.一切生物体和人类能量的来源(地球上大多数能量都来自太阳能)

　　3.一切生物体和人类氧气的来源(使大气中氧气、二氧化碳的含量相对稳定)

教学评价

　　通过学生自测来了解学生学习情况

　　光合作用习题

　　一、选择题

　　1.绿色植物进行光合作用的主要器官和场所(或细胞器)依次是

　　A.绿叶和线粒体

　　B.绿叶和叶绿素

　　C.绿叶和叶绿体

　　D.绿叶和叶肉细胞

　　2.光合作用合成的有机物和释放出的气体分别是

　　A.C6H12O6和CO2

　　B.淀粉和H2

　　C.糖类和O2

　　D.脂肪和CO2

　　3.高等植物叶绿体中的色素，可以分为两大类，它们是

　　A.叶绿素a和叶绿素b

　　B.类胡萝卜素和叶黄素

　　C.胡萝卜素和叶黄素

　　D.叶绿素和类胡萝卜素

　　4.在正常情况下，绿色植物的叶片总是呈现绿色，原因是

　　A.叶绿素a的含量是叶绿素b含量的4倍

　　B.叶绿素的含量是叶黄素含量的4倍

　　C.叶绿素的含量是类胡萝卜素含量的4倍

　　D.叶绿素的含量是胡萝卜素含量的4倍

　　5.叶绿体中的色素在光合作用中所起的主要作用是吸收可见的太阳光，其中叶绿素主要吸收

　　A.红光

　　B.黄光

　　C.红光或蓝紫光

　　D.红光和蓝紫光

　　6.光合作用释放出的O2来自参加反应的

　　A.CO2

　　B.H2O

　　C.CO2和H2O

　　D.C6H12O6

　　7.绿色植物吸收12mol的CO2，可释放出的O2量是

　　A.12mol

　　B.6mol

　　C.无法确定

　　D.1mol

　　8.光合作用生成的C6H12O6，其中的氧来自于

　　A.CO2

　　B.H2O

　　C.CO2和H2O

　　D.CO2、H2O和O2

　　9.在光反应阶段，H2O分解产生的氧是以什么状态释放出去的

　　A.离子

　　B.原子

　　C.分子

　　D.化合物

　　10.在光反应阶段中，H2O分解产生的氢在暗反应阶段所起的作用是

　　A.氧化剂

　　B.还原剂

　　C.催化剂

　　D.还原C6H12O6

　　11.光反应阶段的生成物有

　　A.H2O和O2

　　B.酶和ATP

　　C.C6H12O6和O2

　　D.O2、[H]和ATP

　　12.在光反应阶段，生成1mol的O2，分解的H2O是

　　A.1mol

　　B.2mol

　　C.3mol

　　D. 1/2mol

　　13.光反应阶段的产物中，能用于暗反应阶段的有

　　A.[H]和ATP

　　B.酶和[H]

　　C.[H]和O2

　　D.[H]、ATP和酶

　　14.CO2的固定是指

　　A.绿叶从外界吸收CO2

　　B.CO2与五碳化合物结合

　　C.CO2与三碳化合物结合

　　D.CO2与H2O结合

　　15.把新鲜的叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱最强的吸收区在

　　A.绿光部分

　　B.红光和蓝紫光部分

　　C.蓝紫光部分

　　D.黄橙光部分

　　16.CO2固定的条件是

　　A.阳光下

　　B.气孔开放

　　C.温度37℃

　　D.红光和蓝紫光下

　　17.一棵重8g的植物栽在水分、空气、温度、光照均适宜的环境中，一月后重达20g，增加的质量来自

　　A.光照

　　B.空气和水分

　　C.水分

　　D.空气

　　18.在光合作用过程中，能量转变的过程是

　　A.光能→ATP→C6H12O6

　　B.光能→叶绿体→C6H12O6

　　C.光能→叶绿素→C6H12O6

　　D.光能→C6H12O6→ATP

　　19.下列有关光反应和暗反应关系的叙述中，错误的是

　　A.光反应和暗反应是毫无联系的两个过程

　　B.暗反应是光反应的继续

　　C.暗反应可以在黑暗中进行，光反应不行

　　D.光反应为暗反应做了能量准备

　　20.从物质转变和能量转变的过程来看，生物界最基本的物质代谢和能量代谢是

　　A.光合作用

　　B.呼吸作用

　　C.同化作用

　　D.异化作用

　　21.一般来说，光照增强光合作用增强，但是，在光照最强的夏季中午，由于气孔关闭，光合作用反而下降。主要原因是

　　A.蒸腾作用减弱

　　B.进入叶肉细胞的CO2减少

　　C.温度太高，酶已失去活性

　　D.光照太强，使叶绿素分解

　　22.若想增加光合作用产量，可适当增加下列哪种物质的浓度

　　A.O2

　　B.N2

　　C.CO2

　　D.K

　　二、简答题

　　23.光合作用过程的总反应式是__________________。

　　24.光合作用的实质是把______和______转变成______，同时把______转变成______，储存在______中。

　　25.图2-5是光合作用过程的示意图，依图回答下列问题:

　　(1)图中A所示的是光合作用的______阶段，B是______阶段。

　　(2)图中的e是______。

　　(3)若将物质a、c分别用18O和14C标记，则18O和14C分别在光合作用的最终产物[]______和[]______中检测到。

　　26.将一株植物在黑暗环境中放置48h，然后将一片叶子的叶脉切断(如图2-6)，在阳光下照射4h，再将叶片脱色处理后用碘液处理，发现a部(上部)叶呈棕色，b部(下部)叶呈蓝黑色，这个实验说明:

　　(1)________________________。

　　A.叶上部有淀粉产生，下部无淀粉产生

　　B.叶下部有淀粉产生，上部无淀粉产生

　　(2)光合作用需要______。

　　A.叶绿素

　　B.H2O

　　C.CO2

　　D.叶绿体

　　答案:

　　一、选择题

　　1.C2.C3.D4.C5.D

　　6.B7.A8.A9.C10.B

　　11.D12.B13.A14.B15.B

　　16.B17.B18.A19.A20.A

　　21.B22.C

　　二、简答题

　　23.6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2

　　24.CO2H2O有机物光能化学能有机物

　　25.(1)光反应暗反应(2)ATP(3)b18O2d14C6H12O6

　　26.(1)B(2)B

备注与反思

　　本课时通过讲授法、自主探究、小组合作学习法等，让学生了解光合作用，明白光合作用的意义，保护大自然。结合图形与文字，使学生更容易理解。设置的问题简单，能帮助学生克服胃难情绪论，又从最贴进学生的成绩入手，提高学生的学习兴趣。

　　在教学的实施过程中要注重个体差异，学生程序不一，接收能力也会不一，对学生的评价要求就不能一样。当个别学生因能力问题不能及时完成学习任务时，也要根据学生的进度给予适当的肯定，以增加学生的自信。