光合作用双语教学.doc

生 物 双 语 教 学 教 案
河南大学附属中学 田言辉

教学内容：光合作用（复习）
教学目标：
在已经掌握光合作用相关知识的基础上，用中英双语引导学生复习，使学生能用英文理解光合作用的相关内容，并学习英语会话。
知识目标：
1. 了解光合作用的概念、实质
2. 掌握叶绿体中色素的种类和作用
3. 掌握光合作用的过程和意义
4. 知道光能在叶绿体中如何转换成电能，电能如何转换成活跃的化学能以及活跃的化学能如何转换成稳定的化学能
5. 知道光能利用率的概念以及提高农作物光能利用率的主要措施和原理。
技能目标：
1. 通过探究，了解科学思维方法以及在实验设计中的应用
2.利用精心设计的光合作用过程的多媒体动画，培养学生的比较、归纳、综合能力；
3.利用巧妙设计的练习题，提高学生分析、解决问题的能力。
情感目标：
1. 通过光合作用发现史、实验等，培养实事求是、百折不挠的科学态度和认真严谨的科学精神；
2. 通过光合作用的过程及其相关变量对光合作用的影响的学习，树立科学的价值观；
3. 通过C3植物和C4植物的教学向学生渗透结构与功能相统一的观点。
4. 通过光合作用的意义学习，树立物质是运动的、变化发展的、普遍联系的辨证唯物主义观点；
5. 通过独立及合作学习，培养初步创新精神和合作精神。

教学过程：
Today we will go over the photosynthesis in English and Chinese.
提问：那么，什么是光合作用呢？(演示光合作用视频)
（答：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。）
As we know that photosynthesis is the process by which green plants, through chloroplast , use light energy ,convert carbon dioxide and water into organic compounds, store energy and release oxygen. The oxygen we constantly breathe comes from the photosynthesis. And the food we eat every day is produced , directly or indirectly by photosynthesis, too.
This reaction can be summarized by the following generalized equation:
光

叶绿体
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
根据光合作用反应式学生探究光合作用的原料、条件和产物。
[学生分组探究]
实验一 绿色植物可以更新空气
在光线充足的地方，将一支点燃的蜡烛和一支小白鼠分别放到一个密闭的玻璃罩里，蜡烛不久熄灭了，小白鼠也很快死去。如果将蜡烛与绿色植物一起放在这个玻璃罩内，蜡烛不易熄灭，如果将小白鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内小白鼠也不容易窒息而死。后来，用一纸盒将玻璃罩罩住，使它不接受光线，重复做两个实验不能得到上述的实验结果。
提问：很好，请同学们思考一下，蜡烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体呢？
（答：氧气。）
那么，这个实验说明了什么问题呢？
（答：绿色植物在光照下吸收了二氧化碳，产生了氧气。）
实验二 绿叶在光照下制造淀粉
１.  实验的假定:光合作用制造淀粉需要光．
２.  怎样推理:没有光就不能制造淀粉．
３.  怎样才能作出结论:如果遮光部分不产生淀粉，就能证明结论是正确的.
４.  具体实验设计:取一株在暗处放置２４小时的天竺葵,选择一片绿叶,将叶的一半用黑纸夹住遮光.把天竺葵放在强光下２小时或用２００Ｗ的灯泡照射,再将这片叶取下,放在碘酒中煮,到叶片褪绿后取出,在水中浸一下,摊开放在玻璃皿上,滴上碘酒,观察颜色.
５.  实验设计中需探求的问题
(１)暗处理.为什么将盆栽天竺葵放入暗处二昼夜?
----为了将原有的淀粉消耗完或运走.
(２)遮盖叶片为什么将叶片的一部分两面遮盖起来,目的是什么?
----为了进行有光和无光的对照.
(３)摘下叶片,观察颜色.遮与不遮部分颜色有什么不同?
----遮光部分显黄绿色,不遮部分仍显绿色.
(4)观察叶片.放入酒精中的叶片加热一段时间后,变成什么颜色?
----黄白色
(5)漂洗叶片后,给叶片加碘,用清水漂洗叶片的目的是什么?叶片上加碘液有什么作用?
----用清水漂洗,除去残留的酒精和叶绿素.加碘液是为了检验淀粉是否存在.
(6)观察叶片.叶片颜色发生了怎样的变化,为何这样?
----遮光部分不变蓝,不遮光部分变蓝.因为遮光部分不能进行光合作用.不能制造淀粉.
６. 实验总结.这个实验说明了什么?
这个实验说明植物进行光合作用需要光。光下合成淀粉。
根据已有知识提出假设
得出结果和结论

发现问题
分析处理实验数据
设计实验验证假设
归纳实验探究基本过程
总结出设计科学实验的方法——排除干扰因素，控制实验条件；设置对照组。
实验三 二氧化碳是光合作用的原料
教师出示并简单介绍光合作用吸收二氧化碳的实验装置。指出实验中氢氧化钠溶液的作用，以及实验的简单过程。
问：甲、乙两套实验装置有什么主要区别？
（回答：甲装置的槽里放的是氢氧化钠溶液，乙装置的槽里放的是清水。）
问：随着时间的延长，甲、乙两套实验装置的空间内，空气成分会发生什么变化？
（回答：甲装置内空气中的二氧化碳量比乙装置内二氧化碳量大大减少。）
教师展示该实验的结果，指出：摘自甲装置内的叶片，经酒精脱色和碘液处理，未被染成蓝色。而摘自乙装置的叶片被染成蓝色。
问：对实验结果进行分析可以得出什么结论呢？（在学生回答的基础上，教师最后概括。）
结论：必须有二氧化碳参加，绿叶在光下才能制造淀粉。
实验四 水是光合作用的原料
绿色叶片：暗处理 置于光下 脱色处理 观察叶片颜色
实验五 先将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且黑暗的环境里，然后用极细光束来照射水绵在显微镜下观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到部分附近。如果将上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位周围。
提问：同学们分析一下，好氧细菌集中于叶绿体所有受光部位的周围，这说明了什么问题呢？
（答：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。）
在这个实验中，同学们注意以下几个问题：
1． 为什么选用水绵做为实验材料？2．为什么选用黑暗并且没有空气的环境？3．为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？
（引导学生讨论回答：1．选用水绵作为实验材料，是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究2．先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。3．先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。）
实验六 用氧的同位素18O分别标记 H2O和CO2，使它分别成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用的实验：第一组向绿色植物提供H218O和CO2；第二组向同种绿色植物提供H2O和C18O2。在相同的条件下，对两组光合作用实验释放出的氧进行分析，结果表明，第一组释放的氧全部是18O2，第二组释效的氧全部是O2。
这个实验证明了光合作用中释放的氧全部来自水。
Now we know what is the site for photosynthesis。(学生回答：叶绿体。)
为什么在叶绿体中能够进行光合作用呢？
（展示叶绿体的亚显微结构引导同学复习）
电镜下观察有双层膜，使叶绿体与细胞基质隔开，叶绿体的膜还可以控制物质的进出。叶绿体内部充满了基质和绿色的基粒。
我们在电子显微镜下观察叶绿体的超薄切片，看到的叶绿体的基粒，是不是一个单纯的圆柱体呢？
（答：不是，是由一层一层的结构重叠而成的。）
讲述：很好，这个圆柱体是由一个个囊状的结构垛叠而成的。（取出一硬币。）假如这就是一个由膜围成的囊状结构；将其一个个垛叠起来，就形成了一个圆柱体，也就是一个基粒。叶绿体内含有的几个到几十个基粒扩大了叶绿体内的膜面积，同学试想一想，这有什么作用呢？
（答：有利于光合作用的一系列化学反应的进行。）
提问：同学们思考这样一个问题：为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？
　　讲述：（教师与学生讨论，总结出色素的种类、颜色。）
How many types of pigments in a chloroplast? (学生回答：4。)
Please introduce them. Chinese is OK. (学生中文介绍)
（叶绿体中主要含有四种色素，分别为蓝绿色的叶绿素a、黄绿色的叶绿素b，橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素，其中叶绿素a和叶绿素b合称为叶绿素，胡萝卜素和叶黄素合称为类胡萝卜素。）
You will observe 4 pigment bands on the filter paper in the experiment. Their colors from top to bottom are orange ,yellow, blue green and yellow green. According to scientific analysis, each band contains only one pigment. Scientists named the 4 types of pigments carotene, xanthophylls, chlorophyll a and chlorophyll b respectively. Among them, chlorophyll a and chlorophyll b collectively are called chlorophyll, which carotene and xanthophylls together are carotenoids.
由于叶绿素含量约占总量的四分之三，而类胡萝卜素仅占四分之一，所以通常植物的叶子总是翠绿醉人的。这是由于叶绿素掩盖了类胡萝卜素颜色的缘故。
囊状结构上存在的这些色素有什么作用呢？可以吸收、传递和转化光能。
叶绿体中4种色素的颜色是与它们吸收光的情况相关的，这可以通过下面的实验来说明。我们可将提取出的叶绿体中的4种色素溶液分别放在可见光与三棱镜之间，可以看到连续光谱中有些波长的光被吸收了。（演示色素吸收光谱投影片。）
提问：同学们观察哪些波长的光吸收量大，哪些波长的光吸收量最少？
（答：主要吸收红橙光和蓝紫光，而对绿光吸收量最少。）
讲述：色素吸收的光，都能用于光合作用。由于色素对绿光的吸收量最少，绿光会被反射出来，所以叶绿体才呈现出绿色。
提问：色素不仅能够吸收光能，还能传递和转化光能。根据结构与功能的统一，同学们可以想一想：光合作用中与光有关反应会发生在什么部位？为什么？
（答：发生在囊状结构的薄膜上。因为吸收、传递和转化光能的色素分布于薄膜上。）
讲述：细胞内的任何化学反应都需要酶来催化。科学家发现在囊状结构薄膜上不仅分布有色素，还分布有大量的酶。同时在叶绿体内的基质中也分布有多种酶。那么，光合作用是否只在囊状结构的薄膜上进行呢？
（答：不是，根据还有一些酶分布在基质中这一结论，肯定光合作用还可以在与光无关的部分即基质中进行。）
很好，通过以上学习我们可以看到，叶绿体这个厂房，不仅为光合作用的进行在结构方面做好了准备，同时也为光合作用的进行做好了物质上的准备。
Now let’s go over the process of photosynthesis . In general, this process takes place in two stages depending on whether they require light or not.
大体上说，根据是否需要光能，光合作用的过程可以分为两个阶段，第一个阶段的化学反应必须有光才能进行，这个阶段叫做光反应阶段，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。
As we know the process takes place in two stages depending on whether they require light or not. The first stage is called light reaction ,and the second is dark reaction.
Light reaction: The chemical reactions which occur in the first stage are depend on light, so this stage is called the light reaction phase. The light reactions occur on the inner membrane of the protoplast.
During the light reaction stage, the light energy captured by pigments in chlotoplast is used into two ways: first, splitting water into oxygen and hydrogen [H], with the latter transmitted to the chloroplast matrix and taking part in the chemical reactions occurring in the second stage as an active reductant; second, promoting ADP forming ATP aided by related enzymes. Here light energy is converted into chemical energy and stored in ATP, which will participate in chemical reactions which occur in the second stage.
Then how is the light reaction happening? How are the NADPH and ATP produced? Where does the reaction take place?
光 能

吸收、传递光能的色素

少数特殊状态的
叶绿素a (稳态)
O2 + ADP+Pi ATP
(电能) (活跃的化学能)
H+ H2O e e
+H++NADP+ NADPH
叶绿素a(激发态)

物质变化：
2H2O 4H+ O2+ 4e
ADP+Pi ATP
NADP+ + H+ + e NADPH
Dark reaction: The chemical reactions which take place in the second stage do not use light, so they called dark reactions. The chemical reactions at this stage occur in chloroplast matrix.
In the dark reaction, carbon dioxide absorbed by green leaves are not reduced by hydrogen [H] directly. It must combine with a 5-carbon compound (C5) first. This process is called carbon dioxide fixation. Soon after a carbon dioxide molecule is fixed, the combined compound will split into two, each containing 3 carbon atoms (C3). When catalyzed by related enzymes, some of the 3-carbon compounds will absorb energy released by ATP and be reduced by hydrogen [H]. After a series of complicated chemical reactions, carbohydrates are formed. The other 3-carbon molecules are used to rebuild 5-carbon compounds again through a series of complex chemical changes to continue the circulation of chemical reactions in dark reaction.
CO2的固定：
CO2+C5 2C3
C3的还原：
C3
ATP ADP + Pi
(活跃化学能)
NADPH NADP++H+

C5
(稳定化学能) 糖类等有机物
说明：
1． 在C3还原过程中，所需要的能量由NADPH和ATP共同供给；
2． 在高二生物课本中所讲的由光反应提供的还原剂氢实质上就是由NADPH所提供的。

What is the relationship between Light and Dark reactions?
酶 酶
CO2 + C5 2C3 糖类等有机物
能量+H+
ADP + Pi ATP

NADP+ NADPH
说明：在CO2固定中，形成的产物是C3化合物，这只是CO2固定的
一条途径，根据CO2固定的产物不同，可以分为C3植物和C4植物

结合多媒体课件分析C3和C4植物叶片结构的区别
（学生回答：C4植物的维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体，这种叶绿体不仅数量多，而且体积大，C3植物维管束鞘细胞体积较小，不含叶绿体；C4植物的一部分叶肉细胞围绕着维管束细胞，构成“花环型”结构，C3植物的叶肉细胞则构成了栅栏组织和海绵组织。C3植物和C4植物之所以具有不同的固定CO2的途径与二者的结构有密切关系。）
以上我们共同复习了光合作用的过程。
What is the significance of photosynthesis？
Photosynthesis provides materials and energy for organisms including human beings , and keeps the balance between oxygen and carbon dioxide in the atmosphere.
Besides , photosynthesis plays an important role in biological evolution.
从化学反应式的角度分析光合作用总反应式，若要提高光合作用
有机物的生成量，我们可采取哪些积极有效的措施？
    学生讨论，得出结论：从光合作用的条件看：
    1．增加光照，可以：（1）延长光照时间，提高复种指数；（2）增加光照面积，进行合理密植；（3）控制光照强弱。
    2．增加矿质元素的供应，提高叶肉细胞的叶绿素含量。
    3．控制温度，大棚作物白天可适当降低温度，夜晚适当提高温度。
    从光合作用的原料看：

1.增加作物周围二氧化碳浓度。

CO２浓度：CO２是植物进行光合作用的原料,植物通过光合作用吸收的C02与植物呼吸作用释放的CO２相等,此CO２浓度称为CO２的补偿点。如果环境中的 CO２长期低于这一浓度,植物就会死亡。在一定范围内，植物光合作用的强度随CO２浓度的增加而增加，但到一定浓度后，光合作用强度就不再增加，这时的CO２浓度称为CO２的饱和点。如果C02浓度继续升高，光合作用反而要下降，甚至引起植物C02中毒而影响植物正常的生长发育。　

    2.合理灌溉，增加植物体内的水分来增加光合作用的原料。
有些植物进行光合作用时需要强的光照才能生长发育良好，才能提高光合作用强度，这类植物属于阳生植物。有些植物进行光合作用时大强的光照不利于其生长发育，也就不利于提高光合作用强度，这类植物属于阴生植物。
学生活动就所学知识举例说明哪些植物是阳生植物，哪些植物是阴生植物。
  光照强度：植物的光合作用强度在一定范围内是随着光照强度的增加，合成有机物的速度也相应增加，但当光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增强， 这一光照强度称为光饱和点。此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和CO2浓度的限制。当植物在某—光照强度条件下，进行光合作用所吸收的CO２与该温度条件下植物进行呼吸作用所释放的CO２量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制。

我们根据植物的生活习性因地制宜地种植植物是获得优质高产的重要因素之一。
提出问题：如何增加二氧化碳的供应呢？
  得出结论：绿色植物周围空气中的二氧化碳的含量，直接影响绿色植物的光合作用效率。
  提出问题：空气中的二氧化碳一般占空气体积的0．03%，当植物旺盛生长时，所需的二氧化碳就更多，若只靠空气中二氧化碳本身的浓度差所造成的扩散作用满足不了植物对二氧化碳的需求。那么，如何提高空气中二氧化碳的浓度呢？
  讨论分析（教师参与学生的讨论，引导讨论的中心）。
  得出结论：作物需要良好的通风，使大量空气通过叶面，使光合作用正常进行。
  肯定学生的分析，并进行归纳总结。
  阳光是植物进行光合作用的能量来源，而空气中的二氧化碳和根系吸收的水分是植物进行光合作用的原料。把植物种成一定规格的行列，相互保持一定的距离，使植物受到充足的阳光照射，使流动的空气送进农田的四面八方，是提高作物光合作用强度的有效手段。
  提出问题：随着农业技术的发展，日光温室种植果蔬已成为我国优质高效农业的一枝奇秀，日光温室中如何提高空气中二氧化碳的浓度呢？
   分组讨论，得出结论。
    1．施用固体二氧化碳（干冰）。
    2．使用农家肥，可以使土壤中微生物的数量增多，活动增强，分解有机物，放出二氧化碳。
    3．植物的秸秆通过深耕埋于地下，也可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳。
    4．使用NH4HCO3肥料，既可以为植物提供铵盐，又可以为植物提供二氧化碳。
    5．温室作物也要合理密植和通风透光。
    6．日光温室可与养殖场的鸡舍和猪圈相连，动物通过呼吸作用产生二氧化为植物光合作用提供原料，植物光合作用产生的氧气可用于动物的呼吸作用。
    温室中还可以使用二氧化碳发生器，二氧化碳发生器的原理是利用硫酸和碳酸盐反应生成二氧化碳。
    提出问题：当全球范围内空气中二氧化碳的含量无限制地提高时，会有什么负面影响？
    讨论并分析回答。
    结论：会促成温室效应的出现，使地球变暖、冰川融化、海面上升、气候异常。（教师对学生的讨论和分析给予充分的肯定。）
   绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元素，如N、P、K、Mg等，这些元素在植物的生命活动中都有哪些作用？
   讨论氮元素在植物生命活动中的作用。
    结论：
    1．氮元素是蛋白质的主要组成元素，而蛋白质是细胞结构和酶的重要组成成分。
    2．氮元素是ATP中腺苷的组成元素。
    3．光反应的电子受体NADP+含有氮元素。
    4．核酸中有含氮的碱基。
    5．吲哚乙酸中含有氮元素。
   叶绿素中也含有氮元素。由此可见，氮元素在植物的生命活动中占有重要的地位，故氮元素有生命元素之称。当氮元素供应充足时，叶片大而鲜绿，光合作用旺盛，产量高，因此种植叶菜类的蔬菜，应多施氮肥。但是氮肥施用过多，会造成叶片徒长，机械组织不发达，易倒伏。如果植物缺氮，则生长缓慢，植株矮小，叶绿素含量少，叶子变黄，直接影响植物的光合作用强度。
   讨论磷元素在植物生命活动中的作用。
    结论：
    1．生物膜结构的组成成分磷脂中含有磷元素。
    2．磷元素是DNA和RNA的组成成分。
    3．磷元素是ATP和NADPH的组成元素。
   教师补充说明，磷元素还直接参与糖类的合成和分解，例如，光合作用暗反应产物中的C3和C5都含有磷元素。在有氧呼吸中，葡萄糖首先转化为葡萄糖-6-磷酸。植物缺磷时，生长缓慢，叶片呈暗绿色，某些植物的叶片还呈红色和紫色，且在老叶最先表现出来。
    镁元素是叶绿素的组成成分。植物缺镁时，叶绿素不能合成，在老叶上表现为缺绿，严重影响光合作用的效率。
    钾元素能促进糖类物质运输到储藏器官，并促进储藏器官合成多糖，例如，种植马铃薯、水稻、小麦等以收获淀粉为主的作物要多施钾肥。植物缺钾时，蛋白质分解，叶绿素破坏，叶色变黄卷曲，茎杆易倒伏，抗旱抗寒能力降低。
    提出问题：如何进行合理施肥？
   结合教材“生物的新陈代谢与植物的矿质营养”一节讨论如何进行合理施肥。
    结论：
    1.根据植物的生长规律和需肥规律施肥。
    2.可以进行根外施肥。
    3.与豆科植物进行间种和轮作，提高土壤的肥力，使植物获得更多的氮肥。
    4.发展生态农业，动物的粪便、沼气池的沼渣、养鱼塘的塘泥、河水表面的藻类（因为含有能固氮的蓝藻，因此含有大量的氮肥）等均可作为肥料。
    5．将植物秸秆尤其是豆科植物的秸秆进行深耕翻压，也是增加土壤肥力的有效措施。
我们研究光合作用的目的就是通过科学地改变与光合作用有关的条件，有效的提高农作物的产量，而其实质就是提高农作物的光能利用率。什么是光能利用率呢？
（学生回答：作物光合作用积累的有机物中所含能量占照射在同一地面上太阳辐射能的百分率。）

反馈练习
一、选择题：
1、在光合作用过程中,不属于暗反应的是（ ）
A、五碳化合物与二氧化碳结合
B、三碳化合物接受ATP释放的能量
C、H2O的氢传递给NADP+
D、NADPH的氢传递给三碳化合物
2、下列叙述正确的是（ ）
A、叶绿素提取实验中，加入CaCO3的目的是为了研磨充分
B、北半球植物繁茂的中纬度地区，一年中大气CO2浓度较高的季节是冬季
C、因为叶绿体基质中含有少量DNA，所以是暗反应进行的场所
D、光反应生成的ATP可直接用于氨基酸的脱水缩合
二、非选择题：
请用下面所给材料和用具，设计一个简单的实验，来验证绿色植物光合作用吸收CO2、呼吸作用放出CO2，并回答相关问题：
材料和用具 ：①装有清水的大试管1支 ②新鲜的金鱼藻若干 ③暗箱1个 ④ 溴甲酚指示剂（变色范围在PH 6.2—6.8，变色点在PH 6.7，PH大于6.7呈紫色，PH小于6.7呈黄色）
（1）首先验证呼吸作用放出CO2，完成以下实验步骤：
第一步：取一支装有清水的大试管，加入若干金鱼藻
第二步：
第三步：
若实验成功，结果是 。
（2）若要验证光合作用吸收CO2，然后验证呼吸作用放出CO2，则应先对试管中的清水进行 处理，使液体呈 色。
（3）影响本实验反应速度的因素除光照外，主要还有 。

滴入溴甲酚指示剂 将试管置于暗箱中一段时间取出观察 液体呈黄色
充入CO2 黄 温度

Words

Photosynthesis 光合作用 chloroplast 叶绿体
Carbon dioxide 二氧化碳 pigment 色素
Xanthophylls 叶黄素 carotenoid 类胡萝卜素
Membrane 膜 protoplast 生命物质
Matrix 基质 fixation 固定
Molecule 分子 enzyme 酶
Carbohydrate 碳水化合物，糖类 chlorophyll 叶绿素

联系方式：
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