本詞條針對高二生物《光合作用》內容章節，採用“問題解決教學”進行教學設計。教學設計思路明確，按照“引入－－了解光合作用－－光合作用的過程－－光合作用的意義－－運用光合作用－－練習――交流評價－－作業”的流程完成教學過程的設計。 光合作用（Photosynthesis）是植物、藻類利用葉綠素和某些細菌利用其細胞本身，在可見光的照射下，將二氧化碳和水（細菌為硫化氫和水）轉化 為有機物，並釋放出氧氣（細菌釋放氫氣）的生化過程。
基本介紹
- 中文名：光合作用1
- 外文名：無
- 科目：生物
- 教學對象：高中二年級
- 其他：見正文
科目信息,學習者特徵,學習內容,教學目標,重點與難點,策略選擇設計,過程與媒體,教學評價,備註與反思,
科目信息
科目：生物 教學對象：高中二年級
課時：2 教學環境：多媒體教室
學習者特徵
教學對象為高二學生，具有一定的生物知識基礎，了解光合作用的概念。但光合作用的過程是分為光反應和暗反應兩個過程，比較複雜，學生在學習過程中存在一定的困難。
學習內容
1、光合作用：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，並釋放出氧氣的過程。
2、光反應和暗反應： 光反應階段 光合作用第一個階段中的化學反應，必須有光能才能進行，這個階段叫做光反應階段。光反應階段的化學反應是在葉綠體內的類囊體上進行的。暗反應階段 光合作用第二個階段中的化學反應，沒有光能也可以進行，這個階段叫做暗反應階段。暗反應階段中的化學反應是在葉綠體內的基質中進行的。
3、光合作用的套用：我們都知道，糧食、蔬菜、油料、瓜果和纖維來自不同植物的不同部位，在農業生產過程中合理地套用光合作用的原理，提高光合作用的效率，使營養物質更多地積累在人們需求的植物器官中，這樣我們的農業就會獲得豐收。
教學目標
一、知識與技能
1、了解光合作用的發現過程
2、了解葉綠體中的色素種類及作用
3、掌握光合作用的概念、原理及意義；掌握光反應和暗反應的過程、光反應和暗反應的區別與聯繫、光反應和暗反應的意義
4、光合作用的套用
二、能力與方法
1、通過探究光合作用的條件、產物和場所，進一步體驗科學探究的方法。
2、在探究活動中培養分析、判斷、推理的能力，以及運用知識解決問題的能力。
三、情感態度與價值觀
通過對《光合作用》的學習，增強學生的環保意識，了解自然，保護環境。
重點與難點
一、教學重點
1、葉綠體中色素的種類、
2、光合作用的概念、原理及光反應和暗反應的具體過程
3、提高光合作用的效率
二、教學難點
光反應和暗反應的具體過程，光反應和暗反應的區別和聯繫
策略選擇設計
本節課以老師授課為主
在教學過程中，通過教師的授課和學生的分析、討論、歸納，使學生理解光合作用的原理，突出重點，突破難點
過程與媒體
第1課時
一、課文導入
</strong>1、創設問題情境：動物和人每天需通過攝取食物來獲得生長發育所需的營養物質，需植物則沒有攝食現象，那么植物的生長發育需要營養物質嗎？
2、觀看視頻
3、學生產生疑問：植物生長發育所需的營養物質是怎么來的？
二、光合作用的發現過程：
公元前3世紀，古希臘哲學家亞里士多德根據經驗推測得出結論：“植物的物質積累來源於土壤”。
（一）海爾蒙特實驗（比利時科學家、1648年）
1、Flash動畫演示
2、學生討論
（二）普利斯特利實驗（英國科學家、1771年）
1、Flash動畫演示
2、學生討論
（三）薩克斯實驗（德國科學家、1864年）
1、分析薩克斯實驗（視頻、動畫演示）
①現象記錄
植株的部位 現象
葉片未遮光部分 滴加碘液後變藍
葉片遮光部分 滴加碘液後不變藍
②結論：植物可以更新由於蠟燭燃燒或動物呼吸而變得混濁的空氣。
2、學生討論
（四）恩吉爾曼實驗（德這科學家、1880年）
1、Flash動畫演示
2、學生討論
第2課時
一、葉綠體和光合色素
1、葉綠體：高等植物葉綠體多呈扁平橢球形，主要分布在葉片的柵欄組織和海綿組織中。
2、色素：指植物體內含有的具有吸收光能並將其用於光合作用的色素。
1）葉綠素：主要有葉綠素a（呈藍綠色）和葉綠素b（呈黃綠色）
2）類胡蘿蔔素：主要有胡蘿蔔素（多為β-型，呈橙黃色）和葉黃素（黃色）
3）藻膽素：藍藻、紅藻等藻類進行光合作用的主要色素，常與蛋白質結合為藻膽蛋白。
二、光反應和暗反應
1、光反應
條件：光照、光合色素、光反應酶。
場所：葉綠體的類囊體薄膜。(色素）
過程：①水的光解：2H2O→4[H] O2(在光和葉綠體中的色素的催化下）。②ATP的合成：ADP Pi→ATP（在光、酶和葉綠體中的色素的催化下）。
影響因素：光照強度、CO2濃度、水分供給、溫度、酸鹼度等。
意義：①光解水，產生氧氣。②將光能轉變成化學能，產生ATP，為碳反應提供能量。③利用水光解的產物氫離子，合成NADPH，為碳反應提供還原劑NADPH，NADPH同樣可以為碳反應提供還原劑NADPH，NADPH同樣可以為碳反應提供能量。
2、暗反應
條件：碳反應酶。
場所：葉綠體基質。
影響因素：溫度、CO2濃度、酸鹼度等。
過程：不同的植物，暗反應的過程不一樣，而且葉片的解剖結構也不相同。這是植物對環境的適應的結果。暗反應可分為C3、C4和CAM三種類型。三種類型是因二氧化碳的固定這一過程的不同而劃分的。對於最常見的C3的反應類型，植物通過氣孔將CO2由外界吸入細胞內，通過自由擴散進入葉綠體。葉綠體中含有C5。起到將CO2固定成為C3的作用。C3再與NADPH在ATP供能的條件下反應，生成糖類（CH2O）並還原出C5。被還原出的C5繼續參與暗反應。
光合作用的實質是把CO2和H2O轉變為有機物（物質變化）和把光能轉變成ATP中活躍的化學能再轉變成有機物中的穩定的化學能（能量變化）。
CO2 H2O（光照、酶、葉綠體）==(CH2O) O2
3、光反應和暗反應的區別及聯繫
①聯繫：光反應和碳反應是一個整體，二者緊密聯繫。光反應是暗反應的基礎，光反應階段為暗反應階段提供能量（ATP、NADPH）和還原劑（NADPH），暗反應產生的ADP和Pi為光反應合成ATP提供原料。
②區別
項目 光反應 暗反應 實質 光能→化學能，釋放O2 同化CO2形成（CH2O)（酶促反應） 時間 短促，以微秒計 較緩慢 條件 需色素、光、ADP、和酶 不需色素和光，需多種酶 場所 在葉綠體內囊狀結構薄膜上進行 在葉綠體基質中進行 物質轉化 2H2O→4[H] O2↑(在光和葉綠體中的色素的催化下） ADP Pi→ATP（在光、酶和葉綠體中的色素的催化下） CO2 C5→2C3（在酶的催化下） C3 【H】→（CH2O） C5（在酶和ATP的催化下）</p> 能量轉化 能量轉化葉綠素把光能轉化為活躍的化學能並儲存在ATP中 ATP中活躍的化學能轉化變為糖類等有機物中穩定的化學能 3、相關方程式
項目 光反應 暗反應
實質 光能→化學能，釋放O2 同化CO2形成（CH2O)（酶促反應）
時間 短促，以微秒計 較緩慢
條件 需色素、光、ADP、和酶 不需色素和光，需多種酶
場所 在葉綠體內囊狀結構薄膜上進行 在葉綠體基質中進行
物質轉化 2H2O→4[H] O2↑(在光和葉綠體中的色素的催化下） ADP Pi→ATP（在光、酶和葉綠體中的色素的催化下） CO2 C5→2C3（在酶的催化下） C3 【H】→（CH2O） C5（在酶和ATP的催化下）</p>
能量轉化 能量轉化葉綠素把光能轉化為活躍的化學能並儲存在ATP中 ATP中活躍的化學能轉化變為糖類等有機物中穩定的化學能
H2O→2H +1/2O2（水的光解）
NADP + 2e-+ H →NADPH（遞氫）
ADP +Pi→ATP（遞能）
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（有機物的生成或稱為C3的還原）
ATP→ADP + Pi（耗能）
能量轉化過程：光能→不穩定的化學能（能量儲存在ATP的高能磷酸鍵）→穩定的化學能（糖類即澱粉的合成）
注意：光反應只有在光照條件下進行，而只要在滿足碳反應條件的情況下碳反應都可以進行。也就是說碳反應不一定要在黑暗條件下進行。
三、光合作用實驗
【設計】光合作用是綠色植物在光下把二氧化碳和水合成有機物（澱粉等），同時放出氧氣的過程。本實驗套用對比的方法，使學生認識：（1）綠葉能製造澱粉；（2）綠 葉必須在光的作用下才能製造出澱粉。
【器材】天竺葵一盆、燒杯、錐形瓶、酒精燈、三腳架、石棉網、棉絮、鑷子、白瓷盤、酒精、碘酒、厚一些的黑紙、曲別針。
【步驟】1.將天竺葵放在黑暗處一二天，使葉內的澱粉儘可能多地消耗掉。
2.第三天，取出放在黑暗處的天竺葵，選擇幾片比較大、顏色很綠的葉子，用黑紙將葉的正反面遮蓋。黑紙面積約等於葉片面積的二分之一，正反面的黑紙形狀要一樣，並且要對正，用曲別針夾緊（如圖）。夾好後，把天竺葵放在陽光下曬4～6小時。
3.上課時，採下一片經遮光處理的葉和另一片未經遮光處理的葉（為了便於區別，可使一片葉帶葉柄，另一片葉不帶葉柄），放在沸水中煮3分鐘，破壞它們的葉肉細胞。
4.把用水煮過的葉子放在裝有酒精的錐形瓶中（酒精量不超過瓶內容積的二分之一），瓶口用棉絮堵嚴。將錐形瓶放在盛著沸水的燒杯中，給酒精隔水加熱（如圖），使葉綠素溶解在酒精中。待錐形瓶中的綠葉已褪色，變成黃白色時，撤去酒精燈，取出葉片。把葉片用水沖洗後放在白瓷盤中。
5.將葉片展開鋪平，用1∶10的碘酒稀釋液，均勻地滴在二張葉片上。過一會兒可以觀察到：受到陽光照射的葉子全部變成藍色；經遮光處理過的葉子，它的遮光部分沒變藍，只有周圍受光照射的部分變藍。由此可以說明，綠葉能製造澱粉，綠葉只有在光的照射下才能製造出澱粉。
【注意】1.碘的濃度過大時，葉片的顏色不顯藍，而顯深褐色。對存放時間過久的碘酒，因酒精蒸發使碘的濃度增大，可適當多加一些水稀釋。
2.酒精燃點低，一定要在燒杯中隔水加熱，千萬不要直接用明火加熱，以免著火。
光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，並且釋放出氧的過程。我們每時每刻都在吸入光合作用釋放的氧。我們每天吃的食物，也都直接或間接地來自光合作用製造的有機物。那么，光合作用是怎樣發現的呢？
【分析】陽光水+二氧化碳→→氧氣+有機物葉綠體（儲存有能量）
四、影響光合作用的因素
1、光照
光合作用是一個光生物化學反應，所以光合速率隨著光照強度的增加而加快。但超過一定範圍之後，光合速率的增加變慢，直到不再增加。光合速率可以用CO2的吸收量來表示，CO2的吸收量越大，表示光合速率越快。
2、二氧化碳
CO2是綠色植物光合作用的原料，它的濃度高低影響了光合作用暗反應的進行。在一定範圍內提高CO2的濃度能提高光合作用的速率，CO2濃度達到一定值之後光合作用速率不再增加，這是因為光反應的產物有限。
3、溫度
溫度對光合作用的影響較為複雜。由於光合作用包括光反應和暗反應兩個部分，光反應主要涉及光物理和光化學反應過程，尤其是與光有直接關係的步驟，不包括酶促反應，因此光反應部分受溫度的影響小，甚至不受溫度影響；而暗反應是一系列酶促反應，明顯地受溫度變化影響和制約。當溫高於光合作用的最適溫度時，光合速率明顯地表現出隨溫度年升而下降，這是由於高溫引起催化暗反應的有關酶鈍化、變性甚至遭到破壞，同時高溫還會導致葉綠體結構發生變化和受損；高溫加劇植物的呼吸作用，而且使二氧化碳溶解度的下降超過氧溶解度的下降，結果利於光呼吸而不利於光合作用；在高溫下，葉子的蒸騰速率增高，葉子失水嚴重，造成氣孔關閉，使二氧化碳供應不足，這些因素的共同作用，必然導致光合速率急劇下降。當溫度上升到熱限溫度，淨光合速率便降為零，如果溫度繼續上升，葉片會因嚴重失水而萎蔫，甚至乾枯死亡。
4、礦質元素
礦質元素直接或間接影響光合作用。例如，N是構成葉綠素、酶、ATP的化合物的元素，P是構成ATP的元素，Mg是構成葉綠素的元素。
5、水分
水分既是光合作用的原料之一，又可影響葉片氣孔的開閉，間接影響CO2的吸收。缺乏水時會使光合速率下降。
五、提高光合作用效率的實例
雲南生態農業研究所所長那中元開發的作物基因表型誘導調控表達技術（GPIT），在世界上第一個成功地解決了提高光合作用效率的難題。
提高農作物產量有多種途徑，其中之一是提高作物光合作用效率，而如何提高則是一個世界難題，許多已開發國家開展了多年研究，但至今未見成功的報導。
那中元開發的GPIT技術率先解決了這一難題，據西藏、雲南、山東、黑龍江、吉林等省、自治區試驗結果，使用GPIT技術，不同作物的光合作用效率可分別提高50%至400%以上。
雲南省西北部的迪慶藏族自治州中甸高原壩區海拔3276米，玉米全生育期有效積溫493℃，不到世界公認有效積溫最低極限的一半；玉米苗期最低氣溫零下5.4℃，地表最低氣溫零下9.5℃。但使用GPIT技術試種的玉米仍生長良好，獲得每畝499公斤的高產。
1999年在海拔3658米的拉薩試種的玉米，單株最多長出八穗，全部成熟，且全是高賴氨酸優質玉米。全國高海拔地區和寒冷地區的試驗示範表明，套用GPIT技術可使作物的生育期大為縮短，小麥平均縮短7至15天，水稻平均縮短10至20天，玉米平均縮短30至40天。
GPIT技術還解決了農作物自身抗性表達，高抗根、莖、葉多種病害的世紀難題。1999年在昆明市官渡區進行了百畝小麥連片對照試驗，未使用GPIT技術的小麥三次施用農藥，白粉病仍很嚴重；而套用GPIT技術處理的百畝小麥，不用農藥，基本不見病株。
六、光合作用的意義
1.一切生物體和人類物質的來源（所需有機物最終由綠色植物提供）
2.一切生物體和人類能量的來源（地球上大多數能量都來自太陽能）
3.一切生物體和人類氧氣的來源（使大氣中氧氣、二氧化碳的含量相對穩定）
教學評價
通過學生自測來了解學生學習情況
光合作用習題
一、選擇題
1．綠色植物進行光合作用的主要器官和場所(或細胞器)依次是
A．綠葉和線粒體
B．綠葉和葉綠素
C．綠葉和葉綠體
D．綠葉和葉肉細胞
2．光合作用合成的有機物和釋放出的氣體分別是
A．C6H12O6和CO2
B．澱粉和H2
C．糖類和O2
D．脂肪和CO2
3．高等植物葉綠體中的色素，可以分為兩大類，它們是
A．葉綠素a和葉綠素b
B．類胡蘿蔔素和葉黃素
C．胡蘿蔔素和葉黃素
D．葉綠素和類胡蘿蔔素
4．在正常情況下，綠色植物的葉片總是呈現綠色，原因是
A．葉綠素a的含量是葉綠素b含量的4倍
B．葉綠素的含量是葉黃素含量的4倍
C．葉綠素的含量是類胡蘿蔔素含量的4倍
D．葉綠素的含量是胡蘿蔔素含量的4倍
5．葉綠體中的色素在光合作用中所起的主要作用是吸收可見的太陽光，其中葉綠素主要吸收
A．紅光
B．黃光
C．紅光或藍紫光
D．紅光和藍紫光
6．光合作用釋放出的O2來自參加反應的
A．CO2
B．H2O
C．CO2和H2O
D．C6H12O6
7．綠色植物吸收12mol的CO2，可釋放出的O2量是
A．12mol
B．6mol
C．無法確定
D．1mol
8．光合作用生成的C6H12O6，其中的氧來自於
A．CO2
B．H2O
C．CO2和H2O
D．CO2、H2O和O2
9．在光反應階段，H2O分解產生的氧是以什麼狀態釋放出去的
A．離子
B．原子
C．分子
D．化合物
10．在光反應階段中，H2O分解產生的氫在暗反應階段所起的作用是
A．氧化劑
B．還原劑
C．催化劑
D．還原C6H12O6
11．光反應階段的生成物有
A．H2O和O2
B．酶和ATP
C．C6H12O6和O2
D．O2、[H]和ATP
12．在光反應階段，生成1mol的O2，分解的H2O是
A．1mol
B．2mol
C．3mol
D. 1/2mol
13．光反應階段的產物中，能用於暗反應階段的有
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．綠葉從外界吸收CO2
B．CO2與五碳化合物結合
C．CO2與三碳化合物結合
D．CO2與H2O結合
15．把新鮮的葉綠素溶液放在光源與分光鏡之間，可以看到光譜最強的吸收區在
A．綠光部分
B．紅光和藍紫光部分
C．藍紫光部分
D．黃橙光部分
16．CO2固定的條件是
A．陽光下
B．氣孔開放
C．溫度37℃
D．紅光和藍紫光下
17．一棵重8g的植物栽在水分、空氣、溫度、光照均適宜的環境中，一月後重達20g，增加的質量來自
A．光照
B．空氣和水分
C．水分
D．空氣
18．在光合作用過程中，能量轉變的過程是
A．光能→ATP→C6H12O6
B．光能→葉綠體→C6H12O6
C．光能→葉綠素→C6H12O6
D．光能→C6H12O6→ATP
19．下列有關光反應和暗反應關係的敘述中，錯誤的是
A．光反應和暗反應是毫無聯繫的兩個過程
B．暗反應是光反應的繼續
C．暗反應可以在黑暗中進行，光反應不行
D．光反應為暗反應做了能量準備
20．從物質轉變和能量轉變的過程來看，生物界最基本的物質代謝和能量代謝是
A．光合作用
B．呼吸作用
C．同化作用
D．異化作用
21．一般來說，光照增強光合作用增強，但是，在光照最強的夏季中午，由於氣孔關閉，光合作用反而下降。主要原因是
A．蒸騰作用減弱
B．進入葉肉細胞的CO2減少
C．溫度太高，酶已失去活性
D．光照太強，使葉綠素分解
22．若想增加光合作用產量，可適當增加下列哪種物質的濃度
A．O2
B．N2
C．CO2
D．K
二、簡答題
23．光合作用過程的總反應式是__________________。
24．光合作用的實質是把______和______轉變成______，同時把______轉變成______，儲存在______中。
25．圖2－5是光合作用過程的示意圖，依圖回答下列問題：
(1)圖中A所示的是光合作用的______階段，B是______階段。
(2)圖中的e是______。
(3)若將物質a、c分別用18O和14C標記，則18O和14C分別在光合作用的最終產物[]______和[]______中檢測到。
26．將一株植物在黑暗環境中放置48h，然後將一片葉子的葉脈切斷(如圖2－6)，在陽光下照射4h，再將葉片脫色處理後用碘液處理，發現a部(上部)葉呈棕色，b部(下部)葉呈藍黑色，這個實驗說明：
(1)________________________。
A．葉上部有澱粉產生，下部無澱粉產生
B．葉下部有澱粉產生，上部無澱粉產生
(2)光合作用需要______。
A．葉綠素
B．H2O
C．CO2
D．葉綠體
答案：
一、選擇題
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、簡答題
23．6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2
24．CO2H2O有機物光能化學能有機物
25．(1)光反應暗反應(2)ATP(3)b18O2d14C6H12O6
26．(1)B(2)B
備註與反思
本課時通過講授法、自主探究、小組合作學習法等，讓學生了解光合作用，明白光合作用的意義，保護大自然。結合圖形與文字，使學生更容易理解。設定的問題簡單，能幫助學生克服胃難情緒論，又從最貼進學生的成績入手，提高學生的學習興趣。
在教學的實施過程中要注重個體差異，學生程式不一，接收能力也會不一，對學生的評價要求就不能一樣。當個別學生因能力問題不能及時完成學習任務時，也要根據學生的進度給予適當的肯定，以增加學生的自信。
