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第五章细胞的能量供应和利用
《光合作用与能量转化—原理应用、影响因素与综合分析》（课时3、4）教学设计
课型： 新授课
教材版本： 人教版（2019）必修1《分子与细胞》
授课年级： 高一
课时安排：2课时
一、 教材分析
本节课是在学生深入理解光合作用机理（光反应与暗反应）之后，将理论知识与生产生活实践、复杂生命现象分析相衔接的关键环节。教学内容分为三大部分：
光合作用原理的应用：将光合作用强度概念化，并与农业生产中的具体措施（如补光、通风、施肥、控温等）一一对应，体现了生物学的应用价值。
探究实践与影响因素分析：通过“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验，巩固探究技能，并系统性地从内因、外因（光照、CO 、温度、水、矿质元素等）角度，结合曲线图深入分析各因素如何影响光合速率，并理解其内在机理。
光合作用与细胞呼吸的综合分析：这是本章的升华与难点，将两种核心代谢途径置于自然或密闭环境的动态变化中进行整合分析，要求学生能解读复杂曲线（如一昼夜CO 吸收/释放变化、密闭容器CO 含量变化），判断有机物的积累与消耗，理解植物生长的本质。
本节课旨在培养学生运用核心概念解决实际问题的能力，并提升其基于模型的复杂系统分析能力。
二、 学情分析
已有知识：学生已系统学习光合作用的光反应与暗反应全过程，掌握了细胞呼吸的原理。具备了分析单一变量影响的基本能力。
可能存在的困难：
概念辨析：区分“总光合速率”、“净光合速率”、“呼吸速率”及其测量与计算方法。
多因素曲线分析：面对同时受多个环境因子影响的曲线图（如P-Q点分析），难以准确判断限制因素。
动态综合分析：对一昼夜或密闭环境中，光合与呼吸速率此消彼长导致的CO 和O 浓度、有机物含量的动态变化理解困难，特别是对“光补偿点”、“光饱和点”、“光合午休”、“有机物积累量计算”等概念的应用。
实验迁移：对“探究光照强度影响”实验中，利用叶片上浮法间接测量光合速率的原理及操作细节理解不深。
教学策略：采用“理论联系实际-实验探究验证-模型分析深化”的三段式教学。对于抽象概念（如三种速率），通过公式和实例强化；对于影响因素，采用“原理-曲线-应用”三步法讲解；对于综合分析，利用典型曲线图，通过问题串引导学生一步步“解读故事”，化复杂为简单。
三、 教学目标
维度 教学目标
生命观念 1. 通过分析环境因素对光合作用的影响及与呼吸作用的动态平衡，深化对“生物与环境相适应”、“稳态与平衡”观念的理解； 2. 认识光合作用是生态系统物质循环和能量流动的基石。
科学思维 1. 通过解读光合作用影响因素曲线和一昼夜变化曲线，培养信息转换、模型分析和综合判断的逻辑思维能力； 2. 能够运用数学模型（如面积法）计算有机物积累量。
科学探究 3. 能够阐明“探究光照强度对光合作用强度影响”的实验设计原理、变量控制和结果分析方法；能够基于曲线图提出可检验的假设。
社会责任 4. 运用光合作用原理，科学解释和分析农业生产中“合理密植”、“正其行、通其风”、“配方施肥”、“大棚控温”等传统和现代农艺措施的科学依据，树立学农、爱农、兴农的意识。
四、 教学重难点
1. 教学重点：
(1) 光合作用原理在农业生产中的应用。
(2) 影响光合作用强度的环境因素（光、CO 、温度）及其曲线分析。
(3) 总光合、净光合与呼吸速率的关系。
2. 教学难点：
(1) 光合作用与细胞呼吸的综合分析，特别是一昼夜过程中有机物“制造、消耗、积累”的动态分析与计算。
(2) 多因素对光合速率影响的曲线分析（P-Q点模型）。
(3) “探究光照强度影响”实验中，利用叶片上浮法测量光合速率的原理与方法。
五、 教学方法
讲授法、案例分析法、探究式教学法、模型分析法、小组讨论法。
六、 教学手段
多媒体课件（PPT）演示、实验操作视频、利用AI:DeepSeek进行动画模拟(在不同光照强度下叶片浮起数量)、交互式白板（用于标注曲线关键点）。
七、 教学准备
教师准备：制作精美的PPT课件，内含农业生产实例图片、探究实验视频、各种影响因素曲线图（单因子、多因子）、一昼夜变化曲线图、当堂训练题。
学生准备：复习光合作用与细胞呼吸的原理；预习课本P105探究实践及影响因素部分。
八、教学流程(2课时总览)
第一课时：应用导向与实验探究
导入(回顾原理)→概念引出(光合强度)→原理应用(联系农事)→实验探究(光照强度影响)→因素分析(光照、CO )→小结
第二课时：多因素分析与综合提升
复习导入→因素分析(温度、水和矿质元素、叶龄、叶面积指数、植物种类)→多因子模型(P-Q点)→综合拔高(光合与呼吸动态分析)→总结提升→当堂训练
九、教学过程（详案，按两课时设计）
第一课时
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
一、导入与概念建立
（3分钟） 1. 复习提问：光合作用的总反应式？光反应和暗反应的实质是什么？化能合成作用？
2. 引出新概念：如何衡量光合作用的“强弱”？引出光合作用强度的概念及三种表示方法。
3. 辨析关键概念：厘清总（真）光合速率、净（表观）光合速率、呼吸速率三者关系（公式：总光合 = 净光合 + 呼吸）。 1. 回答旧知。
2. 理解光合作用强度是一个速率概念。
3. 理解并记忆三者的关系公式，明确其生物学含义。 从理论过渡到量化分析，建立核心概念体系，为后续分析奠定基础。（落实重点3）
二、光合作用原理的应用 （5分钟） 1. 呈现农事案例：展示图片或简述：大棚补蓝紫光、大田通风、施有机肥、控温、灌溉。
2. 引导分析：逐个提问学生，这些措施分别是通过影响光合作用的哪个因素（光、CO 、温度、水、矿质元素）来起作用的？
3. 总结归纳：强调生物学原理是现代农业技术的基石。 1. 观察案例，联系生活。
2. 运用所学原理，分析各项农艺措施的科学依据。
3. 体会理论与实践的结合。 将抽象原理具体化、生活化，激发兴趣，培养应用意识。（落实重点1）
实验探究— 探究光照强度对光合作用强度的影响（20分钟） 【探究活动】阅读课本p105探究·实践 小组合作完成以下任务。： ①找出本实验的实验材料用具、自变量、因变量及无关变量。 ②写出本实验的原理、目的。 ③设计实验方案并基于实验操作完成实验方案。 ④为何要用手堵住前端小孔并拉动活塞,使小圆形叶片内的气体逸出？ ⑤为何将处理过的圆形小叶片放入黑暗处待用 ⑥如何为叶片提供CO2？ 引导学生小组讨论，设计实验方案（材料、变量、步骤）。
2. 播放实验过程视频/精讲：播放实验视频，并重点讲解：
原理：叶片光合产O ，排除原有气体后，O 积累使叶片上浮。
关键操作：排气、黑暗处理、提供CO （NaHCO 溶液）。
自变量控制：调节台灯距离。
因变量观测：单位时间内上浮叶片数。
3. 分析预期：引导学生预测实验结果（光照越强，上浮越快越多）。 利用AI:DeepSeek进行动画模拟(在不同光照强度下叶片浮起数量) 1. 小组讨论，尝试设计实验。
2. 观看视频，理解实验原理和操作细节，特别是排气和提供CO 的目的。
3. 预测并理解实验结果。 深化对探究方法的理解，特别是对间接测量法和变量控制的应用。（突破难点3）
四、影响光合作用强度的因素:单因素分析（光、CO ）
（12分钟） 1. 光照强度影响：展示经典曲线图。讲解A（只呼吸）、B（光补偿点）、C（光饱和点）各点含义，分析各段限制因素。强调光补偿点和光饱和点的概念及应用（如合理密植）。
2. CO 浓度影响：类似光照曲线，讲解CO 补偿点、饱和点。强调通风、施有机肥的作用机理。
3. 对比小结：总结光、CO 作为反应物，其曲线形态的相似性。 1. 读图，在教师引导下理解各关键点的生理意义。
2. 学习运用“限制因素”思想分析曲线。
3. 对比记忆两个重要曲线。 掌握核心环境因子的影响规律，学会解读单因素曲线图，这是复杂分析的基础。（落实重点2）
五、课堂小结 简要回顾本课时核心：光合强度概念、农业应用、光照和CO 的影响曲线。 回顾知识要点。 巩固第一课时内容。
第二课时
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
一、复习导入
（2分钟） 1. 提问：光补偿点、光饱和点的含义？总光合与净光合的关系？
2. 承上启下：除了光、CO ，还有哪些因素影响光合作用？ 1. 回答问题，巩固旧知。
2. 明确本课时继续学习其他影响因素。 衔接知识，保持连贯性。
二、影响光合作用强度的因素:单因素分析（温度、水肥、内因）
（7分钟） 1. 温度影响：通过酶活性曲线解释，强调最适温度，以及大棚昼夜温控的原理。
2. 水与矿质元素影响：讲解水的直接（原料）和间接（影响气孔）作用；列举N、P、Mg、K等元素对光合结构与功能的关键作用。
3. 内因分析：简述叶龄、叶面积指数、植物种类（阳生/阴生）对光合速率的影响及应用（如适时摘老叶、合理密植）。 1. 理解温度通过影响酶活性起作用。
2. 认识矿质元素的生理功能，理解“配方施肥”的科学性。
3. 了解生物体自身特性对光合作用的影响。 完善对影响因素的认识，形成由外到内、由主到次的知识体系。
二、影响光合作用强度的因素:多因子影响模型（P-Q点）
（6分钟） 1. 展示模型图：展示光照强度与温度（或CO ）共同影响光合速率的曲线族图。
2. 引导分析：讲解P点之前（横坐标因子为限制因素）、Q点之后（其他因子为限制因素）的判断方法。
3. 应用举例：解释温室栽培中如何协同调控光、温、CO 以达到最佳生产状态。 1. 观察多曲线图，理解其含义。
2. 学习“P-Q点”分析法，判断不同阶段的限制因素。
3. 理解农业生产中的综合调控思想。 提升综合分析能力，理解在实际环境中多种因素共同作用的复杂性。（突破难点2）
四、综合拔高：光合与呼吸的动态分析
（15分钟） 1. 一昼夜自然环境中CO 吸收/释放曲线分析：
展示曲线图，将其划分为几个典型阶段（如只有呼吸、呼吸>光合、光合>呼吸、光合午休、只有呼吸）。
通过问题串，引导学生分析a、b、c、d、e、f、g各点的生理状态及原因。
核心突破：
有机物的“制造”(b→f)、“消耗”(O→g)、“积累”(c→e)时间段。
一天中有机物积累最多点(e点)。
有机物积累量的计算：S1 - (S2+S3)。解释面积法的原理。
2. 密闭容器中CO 含量变化曲线分析：
展示曲线图，分析从A到I各段的生理含义。
核心判断：比较I点与A点CO 浓度，判断植物是否生长（IA衰退）。 1. 跟随教师，分段解读曲线，理解植物在一天中的“生活作息”。
2. 重点掌握有机物动态分析的思路和方法，学习用面积法进行定量计算。
3. 理解密闭环境是自然环境的简化模型，掌握判断植物生长的关键指标。 这是本章最高阶的思维训练，将静态知识融入动态生命过程，培养学生系统思维和定量分析能力。（突破难点1）
五、总结与当堂训练
（10分钟） 1. 知识网络构建：引导学生共同回顾从原理到应用、从单因素到多因素、从光合到呼吸综合的完整知识体系。
2. 当堂训练：选择6道典型选择题（如涉及曲线分析、有机物计算、农事解释），进行讲解。 1. 参与总结，形成宏观认知。
2. 完成练习，检验学习效果。 整合提升，并通过练习巩固重难点。
十、 板书设计
光合作用与能量转化—原理应用、影响因素与综合分析
一、光合作用强度
表示：产O 量、耗CO 量、产有机物量。
关系：总光合=净光合+呼吸
二、原理应用（农业）
光 →补光（色、强）
CO →通风、施有机肥
温度→昼夜控温
水、肥→灌溉、配方施肥
三、影响因素
外因（曲线分析）：
光强：A(只呼吸)-B(补偿点)-C(饱和点)
CO ：类似光曲线，有补偿点、饱和点。
温度：通过酶活性（最适温度）。
水、矿质元素。
内因：叶龄、叶面积、植物种类。
多因子模型：P点前（横坐标因子限制），Q点后（其他因子限制）。
四、光合与呼吸综合分析
一昼夜曲线：
关键点：b(始光合)、c(光补偿)、d(午休)、e(净光合最大)、f(光补偿)、g(止光合)。
有机物：制造(b→f)，积累(c→e)，消耗(O→g)。
积累量 = S上 - (S下左+S下右)。
密闭容器曲线：A点（I生长判断：I点CO 浓度 vs A点（I十一、 教学反思
本节课内容多、难度大、综合性强，需合理安排两课时内容，确保有充足时间进行综合曲线分析。
学生对“总光合、净光合、呼吸”三者的关系是后续所有定量分析的基础，必须通过反复提问和练习加以巩固。
一昼夜曲线分析是难点也是重点，采用“讲故事”（描述植物一天的生活）和“分段解读”的策略，能有效降低学生的畏难情绪。
多因子P-Q点模型相对抽象，应结合具体的温室调控实例进行讲解，避免纯理论空谈。
整体上，本节课成功地将光合作用从微观机理提升到宏观生态与生产应用层面，完成了从“知其然”到“知其所以然”再到“用之然”的教学升华。

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