光合作用将光能转化为化学能第二课时教案-高一上学期生物浙科版必修1

碳反应
一、教材分析
本节课选自浙科版高中生物必修1《分子与细胞》第3章第5节，是在完成了光合作用概述以及捕获光能的色素、光反应之后的内容，依据新课标，碳反应是“植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程，转换并储存为糖分子中的化学能”这一重要概念下的子概念，也可以具体表述为“碳反应将CO2还原成糖，并将能量最终储存在糖分子中”，本节课将围绕此概念，以科学史和科学探究的思路展开，分析生产生活实践材料，可培养学生社会责任意识。

二、学情分析
在本节课之前的学习中，学生已经掌握了“光合作用的概念”、“叶绿体从太阳光中捕获能量的过程”及“光反应将光能转化为化学能，并产生氧气”等内容，为学生学习本节内容提供良好的知识背景，学生虽然已有“光合作用能将CO2转化为糖”的概念，但对具体CO2转化为糖的过程，特别是这个过程当中的物质和能量变化的认识还比较模糊。

高一学生探究生活现象与规律的兴趣较高，也具备一定的逻辑推理能力，使得探究活动的开展成为可能，但往往会对探究的目的性及过程和结论的形成缺乏理性的思考，这就需要教师的引导。

故本节课教师可提供相关科学史情境，通过对科学家相关实验的学习，理解并强化概念。

三、教学目标
1.通过重温卡尔文科学研究实验过程、探究CO2还原成糖的途径，阐述碳反应过程的物质转变和能量转化过程，形成结构与功能观。

（生命观念）
2.通过构建碳反应过程的概念图，以文字和图示的方式说明碳反应的过程，发展模型与建模的能力，根据概念图分析条件变化使得五碳糖含量的变化，形成稳态与平衡观。

（科学思维、生命观念）
3.重走卡尔文探究碳反应之路，亲身体验科学探究的具体过程，领域科学探究的意义和价值所在。

（科学探究、社会责任）
四、教学重难点
1.教学重点：碳反应中的物质变化和能量变化
2.教学难点：NADPH和ATP中的化学能如何转化到糖分子中
五、教学过程
（一）提出问题，作出假设
在学生已建构起光合作用整体概念的基础上，教师提出问题：光合作用是如何将CO2转化为糖的？学生通过分析CO2和糖都属于含碳化合物，作出假设：CO2是通过许多中间产物转化为糖的，也可以将这个过程称之为光合作用过程中碳的转移途径
【设计意图】学生在此之前已经掌握了光合作用的概念，对光合作用能将CO2转化为糖的概念有着模糊的认识，教师通过引导学生对其进行分析，辨析其本质上是碳的转移过程，也会后续提出碳反应的概念奠定基础。

（二）设计实验，完成实验
教师提供背景资料：1912年赫维西提出同位素示踪技术，1940年马丁·卡门发现同位素14C，提供实验材料：小球藻，要求学生思考提出探究小球藻光合作用将CO2转化为糖的过程，如何找出其中间产物？学生提出想法后，教师展示卡尔文的实验过程：将培养出来的小球藻放置在含有未标记CO2的密闭容器中，然后将14C标记的CO2注入容器，培养相当短的时间之后，将小球藻浸入热的乙醇中杀死细胞，使细胞中的酶变性而失效并提取到溶液里的分子，然后将提取物应用双向纸层析法分离各种化合物。

再通过放射性自显影技术分析上面的斑点，并与已知化学成份进行比较。

在双向纸层析放射自显影图谱中鉴定出20余种带有14C标记的化合物,包括糖磷酸酯、有机酸和氨基酸等。

【设计意图】教师先为学生提供同位素示踪法的背景资料，实际上也是为学生设计实验方案提供线索，学生通过自主思考得出实验方法后教师再将卡尔文的实验过程展示出来，能够使学生对科学探究的过程有更深刻的体会。

（三）分析结果，得出结论
教师为学生提供达尔文实验的部分结果及数据：（1）0.5秒后取样，发现放射性主要集中在三碳酸分子中。

（2）2秒后取样，放射性70%仍集中在三碳酸中，还有三碳糖、葡萄糖、果糖等物质中也存在放射性。

（3）5秒后取样，检测到了更多带14C标记的化合物，如四碳糖、五碳糖、七碳糖、蔗糖、一些氨基酸等。

学生自主思考，分析得出转化过程可能是CO2到三碳酸到三碳糖，最后到葡萄糖等其他有机物。

教师进一步描述实验现象，卡尔文在实验中发现，当将反应时间缩短为几分之一秒时,小球藻中只生成一种有放射性的物质—一种三碳化合物,而随着反应时间延长,生成的放射性物质种类不断增加。

如果在光下突然中断CO2的供应，三碳化合物的量急剧减少，而一种五碳化合物的量增加。

如果反应过程中突然停止光照，则三碳化合物的浓度急速升高，而五碳化合物的浓度急速降低。

卡尔文认为碳反应是一个循环反应。

提出问题：CO2在哪个环节加入反应过程？能否推测NADPH和ATP在哪个环节被消耗？学生自主思考后得出CO2的受体很可能为五碳糖。

要求学生以小组为单位，构建卡尔文循环的过程，随后教师提出碳反应的概念。

【设计意图】卡尔文的探究过程十分复杂，受条件和时间限制，在课堂中只能由教师提供资料数据让学生分析，也正是因为如此，充分体现出科学探究的不易之处，让学生体会到科学探究的历程是充满艰辛的。

学生自主对物质的转化顺序进行分析，发展基于科学事实进行推理的能力。

课堂中问题的设置也是模拟了科学探究的一般过程，培养学生的科学探究能力和数据分析能力。

（四）完善新知，建构概念
教师继续提供资料：（1）部分三碳糖可以经过复杂的变化转变为五碳糖（2）1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验，在有光照和无CO2的条件下，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时，体系中会有ATP和NADPH产生。

在黑暗条件下，只要提供了ATP和NADPH，叶绿体也能将CO2转变为糖类。

1957年他发现这一过程总是与水的光解相伴随。

（3）科学家们深入研究了碳反应所需的多种酶，发现它们都位于叶绿体基质中。

提出问题：（1）碳反应的场所是什么？（2）碳反应所需的氢和能量分别由什么物质提供？（3）三碳糖的去
向是什么？学生以小组为单位讨论问题，得出结论，构建起碳反应的概念。

【设计意图】在这一环节中，学生以小组为单位进行讨论交流，解答问题，充分锻炼了学生交流与合作的能力。

通过碳反应过程概念图的构建，进一步提升学生模型和建模的科学思维，同时也对碳反应过程中物质和能量的变化有了更深刻的理解。

六、形成性评价
以文字和图示的方式，在下方构建卡尔文循环的过程。

七、板书设计。