“環境因素對光合作用強度的影響”復習課的教學案例

1 教材分析

本節內容是學生深刻理解植物葉片代謝的切入點。通過理解光合作用強度的概念，學生可以把植物光合作用和細胞呼吸的知識體系構建起來。教材僅簡單提及光合作用強度的概念；而且在新課中，教學目標的著力點在于引導學生通過“探究光照強度對光合作用強度的影響”的實驗構建數學模型。因此在第一輪復習中，教師引導學生構建光合作用強度概念模型就顯得尤為重要。

2 教學目標

(1)知識目標：理解光合作用強度的概念；分析影響光合作用強度的環境因素；理解和運用光合作用與細胞呼吸過程中的物質轉變及相互關系。

(2)能力目標：實踐自主學習的方式，提高學生思維能力、分析問題的能力；在有關的情境中，運用語言表達的能力和歸納知識的能力。

3 教學重點、難點

(1)重點：探究影響光合作用強度的環境因素；說出光合作用原理的應用。

(2)難點：探究影響光合作用強度的環境因素。

4 教學設計思路

光合作用強度是“環境因素對光合作用強度的影響”中重要的核心概念，幫助學生構建光合作用強度的概念是以學生已掌握光合作用和細胞呼吸的概念等內容為前提的。教師利用多媒體資源創設課堂情境，引導學生利用已有的知識、通過純思維方式的探究，自己構建光合作用強度概念的模型。這不僅有助于學生理解和掌握光合作用強度的概念，也有助于學生提高光合作用原理的應用能力。

5 課型

第一輪復習課。

6 教學環節

6.1談話導入，明確教學目標

師：影響光合作用強度的環境因素一節的內容在我省考試說明中是屬于二類要求的知識內容，是歷年高考的一個熱點，也是一個難點。這一節中有兩個很重要的內容需要大家認真理解和記憶：光合作用強度的概念和測定；各種環境因素對光合作用強度的影響情況及其應用。

6.2學習光合作用強度概念和測定

師：首先大家一起來回顧光合作用強度的概念。請大家打開教材P104，回顧概念。光合作用強度是指植物在單位時間通過光合作用制造糖類的量，可以通過測定一定時間內原料消耗或產物生成的數量來定量地表示——是一種量化的指標。那么，通過光合作用的哪些原料或產物表示光合強度的大小呢?請大家通過回顧光合作用的過程來弄清楚這個問題。

課件展示光合作用過程的圖解。

生：可用光合作用消耗的H₂O、產生的O₂、固定的CO₂、制造的(CH₂O)來表示光合作用強度的大小。

師總結：都可以嗎?在植物細胞中涉及O₂、CO₂、(CH₂O)只有光合作用和細胞呼吸，而涉及水的反應實在太多了，很難區分開。因此一般可用光合作用產生的O₂量、固定的CO₂量或者制造的(CH₂O)量來表示光合作用強度的大小。那么，利用相應的儀器直接測定光合作用產生的O₂量、固定的CO₂量或者制造的(CH₂O)量嗎?

生討論：不行，有光照時，植物葉肉細胞既進行光合作用又進行細胞呼吸，光合作用產生的O₂從葉綠體出來后，會被有氧呼吸消耗一部分。因此，要測定光合作用產生的O₂量、利用的CO₂量或者制造的(CH₂O)量就必須把和呼吸有關的部分量考慮在內。

課件展示：有氧呼吸反應方程式。

師：那么，葉片中葉肉細胞內光合作用和細胞呼吸的關系是怎樣的呢?接下來大家利用圖解(圖1)一起分析當光合強度大于呼吸強度時兩者之間的物質轉化關系。

課件展示代謝情況：按照O₂、CO₂、(CH₂O)的順序。

光合作用產生的O₂量①=實測O₂釋放量②+有氧呼吸耗O₂量③；

光合作用CO₂利用量(1)=實測CO₂吸收量(2)+有氧呼吸產CO₂量(3)；

光合作用糖類制造量I=實測糖類積累量Ⅱ+有氧呼吸糖類消耗量Ⅲ。

師：由上述公式可知，①、(1)或I都可代表光合強度，③、(3)或Ⅲ則可代表呼吸速率，而實測的②、(2)或Ⅱ則代表凈光合速率。那么可以用一個公式總結上述結論。

生：光合強度(真正光合速率)=凈光合速率+呼吸速率。

師：由圖1分析可知，我們只能直接測得②、(2)或Ⅱ代表某光照強度下的凈光合速率。想要知道光合強度大小，是不是只要再測定呼吸速率就可以最終知道光合強度的大小了，那么，此時葉片的呼吸速率怎么測?

教師邊分析，邊引導學生思考：此時有光照，植物葉片既有光合作用又有細胞呼吸，要測定呼吸速率會受到光合作用的影響。

生：只能通過測定黑暗時，植物葉片耗氧量、產CO₂量或者糖類消耗量來衡量有氧呼吸速率。

課件展示圖解(圖2)。

師：那在黑暗時和光照時條件不一樣，有氧呼吸速率會一樣嗎?

生：植物葉片進行的有氧呼吸不會受光照強度的影響。

師：在理清這些思路之后，我們最后來總結一下該怎么對光合作用強度進行測定。

課件展示：測定光合強度(真正光合速率)時，應該要在黑暗下測定呼吸速率，然后在某種光照強度下測定凈光合速率，再把測得的值進行處理可得真正光合速率，如圖3所示。

學生填寫表1：(括號內的內容由學生填寫，教師總結)

師：接下來大家一起通過一道例題理解鞏固一下前面的內容。

課件展示例題(橫線上的內容由學生填寫，教師總結)。

例：用某種大小相似的綠色植物葉片，分組進行實驗：已知葉片實驗前的重量，在不同溫度下分別暗處理1h，測其重量變化；立刻再光照1h(光強度相同)，再測其重量變化。得到如下結果(表2)。

(1)暗處理時，隨溫度升高，葉片重量下降，其原因是在暗處，葉片只進行呼吸作用，溫度升高，酶的活性增強，分解有機物增多，葉片重量下降；

(2)在28℃條件下，每小時光合作用合成的有機物為7mg，氧氣產生量最多的是第四組葉片。

師：(1)暗處理后的重量變化可以用來衡量每小時呼吸消耗量，并且由于溫度對呼吸酶活性的影響，呼吸速率表現出不同的情況。

(2)光照后的重量變化可以用來衡量光照1h，葉片的凈增重量，即用來衡量凈光合速率。如第四組，光照1h葉片由－4變成+2，葉片凈增重6mg。

(3)(2)問的是合成的有機物，說明問的是真正光合速率，那就得呼吸速率+凈光合速率，如第四組真正光合速率=呼吸速率4+凈光合速率6=10，是四個組中最多的，因此第四組的氧氣產生量也是最多。

6.3各種環境因素對光合作用強度的影響情況

師：在植物生長的環境中，有諸多的因素能影響到光合作用，如光、溫度…，光有光照強度和光質兩個方面都會影響到光合作用強度。以前，通過實驗了解了光照強度對光合作用強度有影響，有什么影響呢?

生：在一定范圍內，光照強度增加，植物光合強度加強，但超出一定限度(光飽和點)，光照增加，光合強度也不再增大。

實驗視頻：探究光照強度對光合作用的影響。

師：請觀察圖4：找出表示前面復習的真正光合速率，凈光合速率和呼吸速率的位置；光補償點和光飽和點分別表示什么意思?

課件展示：(1)光①光照強度

生：光補償點是光合強度和呼吸強度相等時的光照強度。

光飽和點是光合強度達到最大值的光照強度。

師：為什么達到飽和點后光合強度不會再增加?

生：受單位葉面積中的葉綠體數量、溫度或CO₂濃度的限制。

師：根據這個原理，在大棚種植作物時，可以給植物提供什么樣的光照條件?

生：可根據植物對光的需求情況提供適宜的光照條件，讓植物處于光飽和點以提高產量。

師：下面看一道例題。

課件展示：已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25℃和30℃。圖5表示在30℃時，該植物光合強度與光照強度的關系。若將溫度調節到25℃，其他條件不變，從理論上講，圖中相應點的移動應該是( )

A a點上移，b點左移，m值上升

B a點不動，b點左移，m值不動

c a點上移，b點右移，m值下降

D a點下移，b點不移，m值上升

生：A。

教師總結：

a點時，只有呼吸作用，當溫度由呼吸最適溫度30℃降到非呼吸最適溫度25℃，呼吸速率變小，應上移。

b點的含義是光補償點，即此時光合強度和呼吸強度相等，而溫度變化后，呼吸強度變小了，光合作用強度變大了，要繼續保持二者相等，光照強度要減弱。

c點是光飽和點，葉片的最大光合速率為m，而溫度由非光合作用最適溫度變成處于光合作用的最適溫度，m值會增大。

師：因為四種色素主要吸收紅光和藍紫光，所以不同波長的光對光合作用也有一定的影響。

課件逐步展示：②光質：

復合光(白光)>紅光(藍紫光)>綠光

應用：建日光溫室時，選用無色透明的玻璃或薄膜做頂棚，光合作用的效率較高。

課件展示：(2)CO₂濃度：

在一定的范圍內，隨著CO₂濃度的增加，光合作用強度隨之而增加。

應用：可通過合理密植保證通風、施加農家肥料來確保有足夠的CO₂供應植物進行光合作用。

(3)溫度。

師：溫度主要是通過影響與光合作用有關的酶的活性而影響光合速率。那么，請大家用一個曲線圖把溫度對光合速率的影響情況表示出來。

師：與光合作用有關的酶存在最適溫度。葉片在進行光合作用的同時也在進行呼吸作用，溫度同樣通過影響與呼吸作用有關的酶的活性來影響呼吸速率(圖6)。與呼吸作用有關的酶的最適溫度和光合作用不一樣。

課件展示：

怎么利用這個原理來提高作物的產量?

生：可通過白天適當提高溫度、晚上適當降低溫度提高一個晝夜的產量。

課件展示：(4)礦質營養：

N：光合酶及NADP⁺和ATP的重要組分；

P：NADP⁺和ATP的重要組分；維持葉綠體正常。

結構和功能：

K：促進光合產物向貯藏器官運輸；

Mg：葉綠素的重要組分。

應用：可向土壤增施適量肥料，以使作物有足夠的礦質營養來源，合成與光合作用有關的物質基礎。

教學反思：這是一節通過純思維探究來構建概念模型的課，內容抽象，借助課件的輔助手段，基本達到了預期的目標。但是，由于在構建概念模型的環節時間分配較多，導致“光合作用原理的應用”部分沒有讓更多的學生參與討論。