《捕获光能的色素和结构》教学设计

西安市第二中学　　　李永团

教学内容：

《捕获光能的色素和结构》是人教版高中生物第一册《分子与细胞》第5章第4节《能量之源──光与光合作用》的第1节课教学内容，主要学习叶绿体的结构和色素的种类，掌握提取、分离色素的实验技巧，学习科学家探索光合作用原理的科学思维和科学方法。 

学生分析：

学生在初中生物已经学过光合作用的有关知识；在高中生物第一册第3章中又学习了叶绿体的显微结构及其功能，以及第4章的《细胞的能量“通货”──ATP》一节知道光合作用是合成ATP重要途径之一，至此，学生已经具备进一步学习叶绿体的亚显微结构和光合作用原理的知识基础和兴趣。

在实验操作方面，学生已经能进行研磨、过滤等操作，但纸层析法是首次进行，需老师仔细指导。

由于学生缺乏对基粒（类囊体）微观结构的直观认识，本节课又涉及到物理（光学）、化学知识，对于理解色素吸收色光，掌握有关化学试剂的使用方法与技巧，可能存在一定的难度。

 

设计思想：

（1）以问题引发兴趣。整个教学过程要设置好问题，层层展开，层层递进，让新知识与旧知识融为一个整体，让学生在步步上升中攀登到知识的顶峰。

（2）以实验说明结论。生物学的教学就是实验的教学过程，实验的展示形式有学生分组实验、老师示范实验、动画和图片演示实验等，让实验现象说明问题，而不是直接让学生记住结论。

（3）科学探究的思想贯彻始终。用科学家的经典实验来学习科学的实验方法和思维，在学生分组实验中学习设计实验的基本原则，学会分析实验，改进实验，学会科学地评价自己。

 

教学方法：

学生自主、探究、合作学习与师生共同探究相结合（含自学、探究、谈话、讨论、讲授等）。

 

教学目标：

知识目标：

1、说出绿叶中色素的种类和作用。

2、说出叶绿体的结构和功能。

能力目标：

1、比较分析，选出正确的研究材料，设计合理的实验方案。增强实验设计能力、探究能力。

2、类比恩格尔曼的水绵实验设计方案，尝试运用科学家的科学思维和科学方法解决生物学问题。

3、分析影响色素的环境因素，能理论联系实际。

情感态度与价值观目标：

1、类比恩格尔曼的水绵实验设计，尝试改进实验方案，体会科学家实验设计的态度及创新意识。

2、分析叶绿体的结构与功能的联系，形成结构与功能相统一的生物学观点。

3、探究影响色素的环境因素，理论联系实际，解决实际问题。

教学的重点和难点

1、说出绿叶中色素的种类和作用。

2、体悟科学家的科学思维和科学方法，感受务实求真的精神。

 

教学过程：

 

一、引入新课：

播放视频《叶与光》引导观察，激发学生学习兴趣。

引言：叶是植物制造有机物的场所，它的能量来源与太阳光能。自然界中的植物叶片多为绿色，为什么呢？

 

问题1：光合作用与绿叶中的色素有关吗？

 

引导学生分析：应该选择什么实验材料？

展示天竺葵照片、银边植物照片引导学生达成一致。选择银边植物检验淀粉。

展示实验现象：

银边翠和银边天竺葵实验现象。引导学生分析实验现象，得出结论，光合作用与绿叶中的色素有关。导入新课。

 

二、新课学习：

 

问题2、这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？

 

引导学生通过探究，明确绿叶中色素的存在部位——叶绿体囊状薄膜上。

用图片展示植物内部，引导分析。

引导学生观察叶绿体的亚显微结构。尝试画出结构模式图。

展示图片：叶绿体的亚显微结构

用图片动画展示叶绿体的亚显微结构，重点是类囊体。

归纳出：叶绿体的结构及色素的部位。

 

过渡语：正是由于叶绿体中含有色素，所以叶绿体能够吸收光能。那么叶绿体就只能吸收光能了吗？有没有其他功能呢？

 

问题3：叶绿体仅仅是吸收光能吗？

 

展示黑藻放出氧气的照片，引导学生思考：

1、观察右图黑藻植株，你发现了什么？

2、如何验证这些气泡内是氧气？

3、如何验证氧气是叶绿体产生的？

引导学生感受科学家设计实验的巧妙所在。引出恩格尔曼的水绵实验。

 

活动：帮科学家选材料。学习科学家科学的思维和科学的方法。

展示衣藻、水绵、黑藻、菠菜图片。引导学生根据选材要求最终选择水绵。

 

资料分析：

引导学生分析恩格尔曼的水绵实验，思考讨论：

出示资料１：恩格尔曼的水绵实验材料。从资料中可看出？

１、恩格尔曼实验的材料有？

２、实验的设计思路是？

３、实验观察到的现象是？

４、从实验可得出什么结论？

５、这个实验的巧妙之处在哪里？

引导学生阅读资料，分析、思考、预期实验现象。并回答问题，老师评价、总结。

结论：氧气是由叶绿体产生的，叶绿体是进行光合作用的场所。巧妙之处有：

(1)、巧选材：水绵不仅具有细长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，细胞单行排列，方便观察便于观察、分析研究。用好氧细菌标记氧气产生较多的部位。

(2)、巧设计：将装片放在黑暗且无空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，确保实验正常进行。

(3)、巧检测：选用好氧细菌检测，并且用了极细光束照射，从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。

(4)、巧对照：黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。

我们知道，一项科学研究的成功，离不开一定的技术手段，但在科技水平有限时，如果有科学、巧妙的方法，也能达到同样的效果。

恩格尔曼的成功当然也离不开前人的经验。

出示资料2：叶绿体的基质和基粒上都含有进行光合作用必需的酶。说明什么？

叶绿体有哪些功能？（答：吸收光能，进行光合作用）具有这些功能的结构基础是什么？（叶绿体的基粒的类囊体的膜上有色素，基粒和基质中都含有光合作用所必需的酶）叶绿体有什么适于分布酶和色素的结构？（答：基粒及其类囊体形成巨大的膜结构，为色素和酶的分布提供了附着位点）。

引导学生归纳总结：叶绿体是进行光合作用的场所。类囊体扩展了面积，增大光合作用受光面积，为酶提供附着位点。

 

问题4、如何提取和分离色素呢？

 

过渡语：我们已经推测出色素主要在叶绿体中的类囊体薄膜上，而叶绿体又在绿叶的细胞内，那怎么把色素提取出来呢？

引导学生说出设计思路：破坏细胞、提取色素、分离色素。

阅读实验内容，小结实验原理、方法和主要步骤，分析实验结果。

展示实验结果，引导学生分析思考：

1、观察滤纸条上的色素带，你能：

2、得到哪些信息？

3、得出哪些结论？

小结：滤纸条上出现了４种颜色的色带，从上到下依次为橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。（色素扩散的速度不同。）

色带的宽窄不同。蓝绿色的最宽，橙黄色的最窄。能说明色素含量不同。

引导学生测量色素带宽度，比较色素含量，得出类胡萝卜素含量约1/4，叶绿素含量约3/4。

从刚才的实验结果我们可知，绿叶中的色素主要有四种，它们的名称分别应该是什么呢？（答：橙黄色的是胡萝卜素，黄色的为叶黄素，蓝绿色的为叶绿素a，黄绿色的为叶绿素b）由于结构上的相似性，它们可以被分为两大类，即胡萝卜素和叶黄素共归为类胡萝卜素，叶绿素a和叶绿素b共归为叶绿素。类胡萝卜素总体上呈黄色，叶绿素总体上呈绿色，使叶片呈现许多美丽的颜色。那为什么叶片多数为绿色的呢？（答：叶绿素的含量比类胡萝卜素多）

 

问题5：这4种色素对光的吸收有什么差别呢？

 

引导学生思考。

展示实验装置……

引导学生说出：将色素的提取液放于光源与三棱镜之间，观察光屏上颜色的变化。

介绍原理。

当把色素提取液放于光源与三棱镜之间，光屏上发生了什么现象？

（答：红光区和蓝紫光区出现了暗带）说明什么？

（答：色素主要吸收红光和蓝紫光。）

战时不同色素吸收色光的曲线，引导学生分析，得出结论。

从图中可以看出叶绿素a主要吸收的光是哪些光？（答：红光和蓝紫光）吸收最少的是？（答：绿光）与此类似，其他色素的吸收光谱是这样的，我们请同学来分别归纳一下各种色素吸收光的情况。（答：叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光）

这就是色素吸收光能的情况。

根据你刚刚学习的内容，判断一下，温室的顶棚用红色玻璃还是绿色玻璃好？

（答：红色玻璃好。因为太阳光或者说白光通过红色玻璃后只剩下红光，植物吸收红光能进行较强的光合作用；如果用绿色玻璃只剩下绿光，而植物吸收绿光很少，几乎得不到光能，不能正常进行光合作用）

 

牛刀小试：

根据不同色素对不同波长的光的吸收特点，想一想，温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？

（1）、无色透明大棚日光中各色光均能通透，有色大棚主要透过同色光，其它光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合作用效率最高。

（2）、叶绿素对绿光吸收量最少，因此绿色塑料大棚光合作用效率最低。

（3）、可用蓝紫光或红光补充光照，提高光合作用效率。

 

课堂拓展：

引导学生用光的色散改进，恩格尔曼的实验，培养创新精神。

 

三、课堂小结：

1、今天，你最感兴趣的地方是？

2、你还想对什么进行进一步研究？

 

四、课堂检测：略。

五、青春寄语：

让我们的人生，不再是给点阳光就灿烂，而应是把握机会，有点阳光就灿烂！

 

 

板书设计：

一　捕获光能的色素与结构

　　　1、捕获光能的色素

2、叶绿体的结构

课后反思：

在《捕获光能的色素和结构》整个教学过程中，我借助多媒体的简洁性、直观性和交互性，充分调动每位学生的学习热情，积极创设问题情境来引导学生主动学习。以“学为主体．教为主导．疑为主控．动为主线”的教学模式，基本实现预期的教学目标。成功诠释了“主动参与．乐于探究．合作交流”的课改理念。

主要特色与创新：

体现了新课程的教学理念和必修１的设计思路，很好的达成了教学的预设目标，教学环节可操作性强，特别是在留出空间引导学生提出疑惑并及时解决，发展了学生的思维，形成了有针对性的教学和有效的学习。

（1）以问题引发兴趣。整个教学过程要设置好问题，层层展开，层层递进，让新知识与旧知识融为一个整体，让学生在步步上升中攀登到知识的顶峰。

（2）以实验说明结论。生物学的教学就是实验的教学过程，实验的展示形式有学生分组实验、老师示范实验、动画和图片演示实验等，让实验现象说明问题，而不是直接让学生记住结论。

（3）科学探究的思想贯彻始终。用科学家的经典实验来学习科学的实验方法和思维，在学生分组实验中学习设计实验的基本原则，学会分析实验，改进实验，学会科学地评价自己。

存在的问题与不足：

由于是赛教课，不能上实验，使学生对色素提取无法进行自主探究。