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視頻課題：高中生物人教版必修1第5章第4節5.4《探究環境因素對光合作用強度的影響》北京市 - 順義區
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高中生物人教版必修1第5章第4節5.4《探究環境因素對光合作用強度的影響》北京市 - 順義區
教學目標
1．知識目標：
解釋光合作用中光反應和暗反應的關系；分析CO2濃度、光照強度、溫度對光合作用的影響。
2．能力目標：
制定可行的實驗方案并進行實驗操作；運用數學分析、歸納和推理等方法處理實驗數據。
3．情感態度價格觀目標：
體驗實驗探究的基本過程，形成尊重事實的科學態度。
2教學重難點
設計可行性的實驗方案及對實驗數據的整理和分析
3教學內容分析
本節課在課標中屬于模塊1《分子與細胞》“細胞的代謝”單元，具體內容標準是“研究影響光合作用的環境因素”。
按照課標和實際教學要求，第4節“能量之源——光與光合作用”3課時完成，本節為“光合作用的原理和應用”的第2課時。
光合作用是生物界最基本的物質代謝和能量代謝，是細胞代謝的重要組成部分之一，也與生態系統的能量流動和物質循環有著緊密聯系。教材在此之前已經鋪墊了細胞代謝的知識，包括酶、ATP、細胞呼吸等重要概念，在本節中，光合作用的探究歷程和光合作用過程也為這節課的學習提供了基礎。
教材中提供的參考案例是“探究光照強弱對光合作用強度的影響”，原來的實驗步驟是這樣的（1-2-3-4），我進行實驗摸索的時候遇到了兩個問題，一是抽氣操作對于實驗結果的可靠性影響很大，造成重復實驗的結果很不穩定；二是光照強度不同的三個組僅能比較大小關系，遠不能定量分析形成規律。我用水生植物黑藻替代陸生植物的葉片，利用黑藻莖斷口在光合時所冒氣泡作為檢測指標，既貼近植物自然生活條件，又避開了抽氣操作對實驗的影響。通過大量預實驗摸索，我配置了5個濃度的碳酸氫鈉溶液，增加了實驗組，實驗結果可以用數學方法處理，生成具有一定趨勢的曲線，為學生更好的定量分析二氧化碳濃度對光合作用強度的影響提供了載體。
4學情分析
1.關于學生學習特點：我校是一所高中示范校，學生有著較好的生物學習基礎，思維敏捷，學習的自覺性和主動性較高，求知欲望性較強，抽象思維能力和綜合實踐能力都比較強，在以往的生物實驗課堂上學生表現出對實驗的濃厚興趣，針對實驗中的現象能夠提出有探究價值的問題，并愿意分享自己的成果和心得。
2.關于實驗探究式學習：學生已經在探究細胞的吸水和失水、探究影響酶活性的因素、探究酵母菌細胞呼吸方式等學習過程中有過嘗試，具備作出假設和預期的能力，能夠利用已有知識設計可行的實驗方案，能在教師的引導下確認變量，有較弱的分析問題，闡明相關知識的能力。但是關于變量控制的細節，操作的規范性還需要在多次實驗探究中訓練和提高。另外，學生在實驗探究中偏好關注結果，而在用準確的術語描述結果，分析結果，用數學方法處理和解釋數據等能力上還有所欠缺。
3.關于知識儲備：初中階段，學生通過一系列探索性實驗，初步形成光合作用的概念。高二學生已有細胞代謝的部分基礎知識，包括溫度、pH對酶活性的影響，環境因素對呼吸作用速率的影響等，能夠理解溫度、pH影響酶活性從而影響光合作用和細胞呼吸這一基本原理。本節為《光合作用》的第三課時，第一課時學生已經通過“綠葉中色素的提取和分離”實驗及分析學習了光合作用的結構基礎和物質基礎，第二課時分析了光合作用研究的經典實驗，學習了光合作用過程中物質和能量的轉化，這些都為本節學習打下了良好基礎。除此之外，學生具備豐富的化學學科知識，十分清楚NaHCO3溶液可以提供CO2。
5教學過程
5.1第二學時
5.1.1教學活動
活動1【導入】創設情境導入新課
演示并提問：
這是冬天蔬菜大棚照片，袋子上的字是“CO2釋放劑”。為什么蔬菜大棚中冬天要補充CO2？
學生思考回答：
冬天天冷，大棚多密閉，容易造成CO2不足。CO2是光合作用的 原料，補充CO2，有利于提高光合作用速率。
活動2【活動】實驗方案的設計、展示和交流
提問：
你認為 CO2的濃度改變對光合作用強度有著怎樣的影響？
如何設計實驗加以證明？
學生：思考回答：
CO2的濃度越大，光合作用越強。
提出實驗思路：在適宜光照強度和溫度條件等下，為植物提供不同濃度的CO2，再分別測量光合作用的強度。
布置任務：以黑藻為實驗材料，設計實驗方案，探究CO2的濃度改變對光合作用強度的影響。
展示：黑藻實物、照片和文字介紹。
要求學生思考實驗指導上的問題，設計實驗方案，要考慮到嚴謹、可操作。
提問1：怎樣為黑藻提供不同濃度的CO2？
提問2：怎樣檢測黑藻的光合作用強度？
提問3：如何排除其他因素的影響？
學生：以小組為單位，思考上述問題，在實驗指導上寫出答案，并設計實驗方案。
實驗方案的展示、交流、修改、完善：（把上面思考的提問變成交流的具體問題）
給學生展示今天準備五種濃度NaHCO3溶液，分別是10、20、30、40、50mmol/L。
問題1：目的是什么？
問題2：根據實驗指導材料介紹，能否選擇最適合今天實驗室操作的檢測方法？
問題3：請詳細說出如何保證其他條件相同且適宜。
學生：
1.不同濃度NaHCO3溶液提供不同濃度CO2。因為NaHCO3溶液在水中分解產生CO2。
2.收集產生的氧氣量、測CO2消耗量、測有機物生成量。
數單位時間內莖的斷口處氣泡的數目。
3．要保證其他條件（黑藻、光照、溫度等）相同且適宜：每枝黑藻長勢、大小、長短都相近；溫度都一樣，都在室溫條件應該一樣；NaHCO3溶液濃度不同則pH不一樣，應該想辦法控制相同；光照強度都一樣，試管與臺燈遠近一樣；試管中液體量一樣；試管中黑藻的上下位置一樣、黑藻都保持相同靜止姿態。
演示并講解：
展示照片同時介紹：為省時間，老師已經在課前準備好了長勢和生理狀況相似的黑藻；課前檢測了各濃度NaHCO3溶液pH，發現各濃度下數值非常接近。
講解：
評價學生思路和實驗方案，然后通過PPT展示完整實驗方案，要求學生把操作要點簡單記錄在實驗指導上。
活動3【活動】實驗操作
教師巡視指導。
學生：分8個小組進行實驗操作，并設計記錄表，及時記錄實驗數據。
活動4【活動】實驗數據的統計處理和分析
指導各實驗小組的數據輸入Excel表，生成小組和全班的曲線。
針對全班數據生成的曲線進行分析：
問題1：為什么用全班數據的平均值繪制曲線？請描述曲線變化的趨勢。
學生：分析回答：
排除某小組偶然因素對實驗結果的影響，使數據更準確。
在一定濃度范圍內，隨CO2濃度增加，黑藻光合作用強度增加。
問題2：在一定范圍內，CO2的濃度增加，光合作用強度增大，為什么？
由于實驗提供的NaHCO3溶液濃度范圍有限，實驗結果只顯示了一定的范圍，若繼續增大CO2濃度，對光合作用會有怎樣的影響呢？
學生：CO2是光合作用暗反應的原料，可以通過增加暗反應的速度使光合作用增大。
猜測濃度再高，到一定程度，光合作用強度不會再進一步隨CO2濃度增大而增大了。
問題3：超過此范圍，CO2的濃度增加，光合作用強度不再增大。為什么？(PPT展示光合作用過程圖解，請學生結合光合作用過程分析)。
學生：還有其他限制光合作用強度增加的因素。
CO2達到一定濃度后，如果光照強度不足會導致光反應提供的[H]和ATP不足，會限制光合作用，如果溫度不合適，酶活性小，也會影響光合作用強度。
小結并板書：
CO2濃度對光合作用強度的影響。
活動5【活動】實驗拓展延伸
問題1：請大家猜測一下，溫度對光合作用有怎樣的影響？為什么？
學生：溫度通過影響與光合作用有關的酶影響它，所以曲線趨勢應該和溫度對酶活性的影響一致。
問題2：光照強度是如何影響光合作用強度的？
學生：與CO2濃度對光合作用強度的影響曲線趨勢相近。因為光照強度是光合作用的條件和能量來源，增加光照強度可以提高光合作用強度，但當光照強度超過一定范圍以后，其他因素會限制光合作用強度。
板書：溫度、光照強度對光合作用強度的影響。
小結：
在研究影響光合作用強度的因素的時候，離不開光暗反應之間的聯系，光合作用是一個有機的整體。
展示：科研論文中的曲線圖，肯定學生的猜測和實驗思路。
PPT展示：上課之初的圖片
板書并提問：
①大棚中的CO2的濃度控制在什么水平最有利于增產增收、又較有經濟效益？
②這是冬天的大棚。晚上要蓋上草簾，上午要把草簾卷起來。為什么？
學生：思考回答：
B點最好，既能達到較高的光合作用強度，又沒有浪費資源。
冬季晚上溫度低，蓋上草簾能避免低溫對植物造成傷害。白天必須卷起來才能保證光合作用所需的光照強度及溫度。
課堂小結：
總結本節課實驗探究，鼓勵學生今后多用探究方法學習和解決問題。
布置課后反饋作業：
能否利用桌上的實驗裝置進行一下探究活動？怎么做？
設計并完成實驗探究：（課下）
視頻來源：優質課網 www.jixiangsibao.com
