捕获光能的色素和结构 教学设计

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教学活动

设计
意图

教师活动

学生活动

1．引入新课

1）提出问题：

自然界中的植物叶片多为绿色，是因为叶肉细胞中含有哪一结构呢？这一结构是不是有什么特殊结构或物质存在？

（答：细胞含有叶绿体）

2）示范实验：

光学显微镜观察金鱼藻叶肉细胞及细胞内的叶绿体。引发问题：“叶绿体为什么是绿色的？”

（答：叶绿体中有绿色的色素）

复习旧课，引入新课。

3 min

引导学生观察，提出问题。

示范实验，引导观察。

回忆旧知识，思考、回答问题。

直观认识到叶绿体是绿色的，思考、讨论问题。

通过桌面上的绿色叶片和显微镜下看到的叶肉细胞及叶绿体，结合已有知识，引发学生探究叶绿体中色素种类的兴趣。

2．新课学习

1）实验《绿叶中色素的提取和分离》的原理。

今天我们就来做一个实验，探究绿叶中含有几种色素和学习对色素进行提取和分离的方法。

问题：我们已经推测色素在叶绿体中，而叶绿体又在叶片中，那怎么把色素提取出来呢？（答：磨碎叶片，再过滤，色素在滤液中）

问题：怎么能保证色素一定存在于滤液中？（答：用能溶解色素的溶剂，也就是有机溶剂）

问题：常用的有机溶剂是什么？（答：无水乙醇）

其实，还有其他有机溶剂也可以，例如丙酮、石油醚、苯、汽油等都可以。我们今天是用无水乙醇。

问题：得到色素的滤液后，如何让各种色素分离开来呢？（答：因为色素在层析液中的溶解度不同，而且由于溶解度不同而导致随层析液在滤纸上扩散的速度 不同，这样，一段时间后，色素就会在滤纸上分离开来）

这就是实验的原理。今天我们用的材料是绿叶，大红花（朱槿）叶；药品有无水乙醇、层析液、还有二氧化硅和碳酸钙。后两种药品有什么作用呢？（答：二氧化硅可以加快研磨，而碳酸钙的作用是保护色素）

在研磨过程中，细胞的结构如何变化了？（答：破碎了）所以，液泡里面的有机酸也就出来了，而叶绿素在酸性环境下很容易被破坏，所以碳酸钙的作用是——（答：中和酸性），也就可以保护色素了。

新课教学──“实验原理和药品、材料等”

5 min

引导学生了解实验的原理及有关药品的作用。

检查预习情况。

思考、回答有关问题。

通过问答，学习实验原理、药品的作用，这样既可以检查学生预习的情况，也可以激发学生的兴趣。

2）实验步骤：

现在就来学习实验的步骤了。第一步，提取色素。刚才已经了解了提取的主要步骤是研磨和过滤。但还有什么细节需要注意的？提取主要分为这几步：碎叶，加入药品，研磨，过滤，得滤液。加入哪些药品？（学生回答）是不是加得越多越好？研磨的速度应该快还是慢？得到的滤液对着光观察是什么颜色？带着这些问题大家开始第一部分的实验吧!

（学生开始“色素的提取”实验，老师随堂指导）

实验讨论：色素提取液的颜色应该是绿色；研磨过程应该较快；药品应加得适量。

实验的第二阶段是分离色素，怎么分离呢？我们刚才学习了，应该是让色素随层析液在滤纸上进行扩散。所以我们应该在滤纸上划一条滤液细线，再放入层析液中进行层析分离。现在有一个问题希望大家能想办法解决，就是怎样在滤纸上划一条又细又直，色素含量又多的滤液细线？

（学生讨论）

现在提供给大家的用具有毛细吸管和盖玻片。想到办法了吗？（答：用毛细吸管吸取滤液，再划到滤纸上或是用盖玻片蘸取少量滤液，再印到滤纸上，划或印都要重复多次）

好，同一组两位同学相互比较一下，看哪一种方法效果更好。

划好滤液细线后，就可以将滤纸条放入层析管中，等待层析。有两点要特别注意的：一是试管口要塞好棉花，二是层析液的液面与滤液细线的关系如何？层析液的液面不能超过滤液细线。

好，现在我们就开始做色素的分离。

（学生进行实验，老师随堂指导）

好，在等待层析结果的过程中，我们来分析一下步骤中的某些要点，第一，为什么要塞好试管口的棉塞？（答：防止层析液挥发，层析液还有一定的毒性）

第二，为什么层析液的液面不能超过滤液细线？（答：如果超过，色素会溶解在层析液中，就不会在滤纸上扩散开来，实验就会失败。）

实验最后的结果并不是最重要的，重要的是大家在实验的过程中，是不是真的学到了应该学到的知识和应该得到锻炼的能力。现在大家把实验的评价表中有关实验过程的部分给自己做个比较中肯的评价。如果成功了，要知道自己成功在哪里才是真正的成功。如果失败了，只要知道了自己失败在哪里，也是成功。后面实验结果及进一步探究部分请大家课后完成。再收回，我也会给大家一个评价。

现在我们来看看大家的结果，滤纸条上出现了几种颜色的色带？排序如何？

（答：四种，从上到下依次为橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色）

色带的宽窄如何？（答：蓝绿色的最宽，橙黄色的最窄）

排序体现什么？（答：色素扩散的速度）宽窄体现了什么？（答：色素的含量）

新课教学──实验“色素的提取和分离”

15 min

引导学生掌握实验的操作方法，提出问题，激发学生探究问题的兴趣。

指导学生进行实验。

对实验过程及结果进行评价。

对学生不熟悉的操作，仔细分析、强调要点，用同组比较的方法让学生在实践中得出结论。

指导学生进行实验。

对实验过程及结果进行评价。

引导学生进行正确的自我评价。强调评价应该是多方面的，体现多种能力的，而不仅仅是一个最标准的实验结果。

总结实验结果。

学习步骤，完成实验，思考问题。

进行实验。

对实验过程及结果进行自我评价。

学习步骤，思考问题。

进行实验。

对实验过程进行自我评价。正确地从知识的掌握、能力的锻炼、思维的练习等多方面评价自己。

随着老师的引导，观察结果，思考、回答问题。

先学后实践，学生独立完成实验的第一阶段，锻炼学生的动手操作能力。

学生对第二阶段的实验操作要点不熟悉，需要老师仔细指导。第二阶段实验重在学习层析的方法和正确的进行实验评价。

3）绿叶中色素的种类和作用

从刚才的实验结果我们可知，绿叶中的色素主要有四种，它们的名称分别应该是什么呢？（答：橙黄色的是胡萝卜素，黄色的为叶黄素，蓝绿色的为叶绿素a，黄绿色的为叶绿素b）由于结构上的相似性，它们可以被分为两大类，即胡萝卜素和叶黄素共归为类胡萝卜素，叶绿素a和叶绿素b共归为叶绿素。类胡萝卜素总体上呈黄色，叶绿素总体上呈绿色，使叶片呈现许多美丽的颜色。那为什么叶片多数为绿色的呢？（答：叶绿素的含量比类胡萝卜素多）

那为什么许多植物到了秋天叶子就变黄了？（答：秋天气温低，叶绿素不稳定，容易分解，这样黄色就呈现出来了。）

你知道还有哪些因素可能影响叶绿素的结构？

（提示：碳酸钙的作用——pH值，无机盐（Mg2+）的作用等）

枫叶为什么是红色的呢？

（枫叶的颜色不是由于叶绿体中的色素，而是由于液泡中的花青素的作用）

这些就是绿叶中的色素的种类，它们都能捕获光能，那么它们倒底吸收哪些颜色的光呢？我们给大家介绍一个实验。

介绍实验装置……

将色素的提取液放于光源与三棱镜之间，观察光屏上颜色的变化。为什么这样能够确定色素吸收哪些光呢？我们给大家介绍一下原理。

所有的可见光（答：即白光）通过三棱镜会发生什么变化？（答：形成七色光的一个连续光谱）如果我在各种色光前进的途中放入色素溶液，又假设色素能吸收黄色光，那么光屏上原来黄光的位置会发生什么变化？（答：没有光了，即表现为暗带）所以我们只需观察光屏上哪一位置出现暗带，即意味着什么？（答：意味着那种色光被吸收了）

现在我们回过头去看看实验情况。当把色素提取液放于光源与三棱镜之间，光屏上发生了什么现象？（答：红光区和蓝紫光区出现了暗带）说明什么？（答：叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。）

如果想知道各种色素吸收色光的不同，可以用不同色素的溶液分别做这个实验就行了。

但这种方法只能大概测定色光，具体的吸收量就不能测定了。现在有更好的仪器可以用来测定，就是分光仪。它的原理与刚才的装置非常相似。介绍分光仪。

通过分光仪及相关仪器的检测，我们可以得到各种色素的吸收光谱。如：叶绿素a，从图中可以看出叶绿素a主要吸收的光是哪些光？（答：红光和蓝紫光）吸收最少的是？（答：绿光）与此类似，其他色素的吸收光谱是这样的，我们请同学来分别归纳一下各种色素吸收光的情况。（答：叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光）

这就是色素吸收光能的情况。

根据你刚刚学习的内容，判断一下，温室的顶棚用红色玻璃还是绿色玻璃好？

（答：红色玻璃好。因为太阳光或者说白光通过红色玻璃后只剩下红光，植物吸收红光能进行较强的光合作用；如果用绿色玻璃只剩下绿光，而植物吸收绿光很少，几乎得不到光能，不能正常进行光合作用）

新课学习——绿叶中色素的种类和作用（吸收光能）

13 min

归纳色素的种类及颜色。

分析色素与叶片颜色的关系以及影响叶绿素的环境因素。

展示实验：色素的吸收光谱的测定方法。

分析实验原理，介绍实验装置，如三棱镜、分光仪等。

分析色素吸收光能的吸收光谱，总结其差异性和相似性。

联系实际，引导学生运用知识。

回忆实验结果，归纳色素种类。

思考、回答问题。

思考、讨论、回答问题。

应用物理学科的知识，了解连续光谱和吸收光谱的知识。

思考、回答问题。

看吸收光谱图，归纳各色素吸收色光的差异性。

系实际，思考、讨论、运用知识。

从实验的结果，归纳色素的种类比较容易，通过联系生活中的常见实例，更好地掌握色素的性质以及与叶片的颜色关系。激发学习的兴趣。

色素的作用部分涉及一些物理的光学知识，需做一定的铺垫再讲述，学生较易接受。通过学习三棱镜的色散作用、分光仪的原理以及色素的吸收光谱，让学生学习看图、并能从实验现象得出推论的能力。

联系实际，增强学生学习知识的兴趣，更好地理解、运用知识。

4）叶绿体的结构和作用

色素存在于细胞中的哪一结构呢？（答：叶绿体，这是由萨克斯通过光学显微镜发现的）那么把叶绿体放到电子显微镜下又会观察到什么样的结构呢？

展示图片：叶绿体的亚显微结构

所谓亚显微结构就是指在电子显微镜下看到的结构。可以看到叶绿体大概分为四个部分，你能说出它们的名称吗？（答：1是内膜，2是外膜，3是基质，4是基粒）对。哪里是绿色的呢？（答：基粒）基粒又是怎样的结构呢？（展示图片：基粒的结构）可以看到基粒是由一个个小圆饼堆叠而成。每一个小圆饼其实是一个囊状结构，我们称之为类囊体。基粒是绿色是因为类囊体是绿色的，类囊体是绿色又是由于什么物质的存在呢？（答：色素就存在于类囊体的膜上）现在我们学到的叶绿体比前面在第三章学的更微观。

正是由于叶绿体中含有色素，所以叶绿体能够吸收光能。那么叶绿体就只能吸收光能了吗？有没有其他功能呢？

有很多科学家也对此产生了疑问，并且通过自己的思考、实验得出一些结论。我们来学习一下他们的成果。

资料一，恩格尔曼的水绵实验。展示水绵结构图，介绍其叶绿体。恩格尔曼设计了一个非常巧妙的实验。大家阅读一下资料一，思考两个问题，一是从实验中可以得出什么结论？二是这个实验的巧妙之处在哪里？

学生阅读教材，思考并回答问题，老师评价、总结。结论：氧气是由叶绿体产生的，叶绿体是进行光合作用的场所。巧妙之处有：一是实验材料选择好。水绵有带状的叶绿体，方便观察；用好氧细菌标记氧气产生较多的部位。二是实验条件控制好。放在没有空气的黑暗环境中，排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果，等等。

我们知道，一项科学研究的成功，离不开一定的技术手段，但在科技水平有限时，如果有科学、巧妙的方法，也能达到同样的效果。

恩格尔曼的成功当然也离不开前人的经验，在下一节课我们会和大家一起来学习光合作用探索的历史。这节课后大家可以先预习一下这一部分，着重学习科学家是如何设计实验，如何得出恰当的结论的。

还有第二个资料，叶绿体的基质和基粒上都含有进行光合作用必需的酶。说明什么？（答：叶绿体是进行光合作用的场所）

现在我们来总结一下，叶绿体有哪些功能？（答：吸收光能，进行光合作用）具有这些功能的结构基础是什么？（叶绿体的基粒的类囊体的膜上有色素，基粒和基质中都含有光合作用所必需的酶）叶绿体有什么适于分布酶和色素的结构？（答：基粒及其类囊体形成巨大的膜结构，为色素和酶的分布提供了附着位点）

新课学习──叶绿体的结构和作用

7 min

引导学生复习叶绿体的显微结构。

用图片展示叶绿体的亚显微结构，重点是类囊体。

用两个资料学习叶绿体具有进行光合作用这一功能。重点介绍水绵实验，引导学生思考、讨论、学习水绵实验设计的巧妙之处。学习科学家的科学思维和科学方法。

布置预习作业，激发学生科学探究的意愿。

总结叶绿体的功能，及其相应的结构基础。

复习旧知识，回答问题。

学习叶绿体的亚显微结构。

阅读资料一，思考、讨论、回答有关问题。

学习科学家科学的思维和科学的方法。

跟随老师总结。

从旧知识“叶绿体的显微结构”到学习新知识“叶绿体的亚显微结构”，遵循学习知识的规律，能够较易掌握。

从资料分析叶绿体的其他功能，有实验现象作支持，较易接受。

通过让学生阅读学习资料，培养学生阅读资料、从资料中获取信息的能力。

从经典实验的介绍，学习实验设计的科学性、巧妙性。

5）小结和练习

2 min

引导学生完成小结和练习

进行小结。完成练习。

巩固知识，建构知识网络。