安徽省合肥市第九中学（230001） 汪苏南
摘 要 通过资料分析、任务驱动和创设情景等教学方式深入分析叶绿体的结构特点以及光合作用的意义，帮助学生提升结构和功能观，并能以此生命观念解释生活中的现象，形成责任意识。
关键词 结构与功能观；叶绿体；光合作用
《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）倡导从生命观念、理性思维、科学探究和社会责任等方面发展学生的核心素养，其中最具有生物学科特点的是生命观念，包括结构与功能观，进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。结构与功能观有助于帮助学生理解细胞的多样性与统一性，独特性和复杂性，以及各生命系统结构层次之间的关联，并以此为指导解释生物学现象，探究生命活动的规律，解决实际问题。虽然新课标用“结构与功能相适应”[1]或“结构与功能相统一”[1]取代“结构决定功能”这一说法，但学生对结构与功能观的认识仍局限于特定结构与其功能的关系，缺乏从局部到整体的认识。“结构与功能观”应该首先是结构观，其次是功能观，最后才是结构与功能的关系观。[2]下面以“叶绿体”的结构和功能为例，阐述如何在教学过程中渗透“结构与功能观”。
1 教学内容分析及设计思路
新课标中的大概念1提到“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位，细胞各部分结构既分工又合作，共同执行着细胞的各项生命活动。”所以脱离细胞孤立地讲叶绿体的结构和功能是没有意义的，叶绿体功能的实现需要其它结构的配合以及外界条件辅助。细胞作为最基本的生命系统，其功能的实现对其它生命系统也会产生影响——细胞的光合作用除对植物个体本身有重要意义对整个生物圈都意义非凡。深入理解光合作用的意义能够提升学生的“结构与功能观”。下面围绕叶绿体的结构、光能的吸收和转化、光合作用的意义设计资料分析、运用生物学知识解释生物学现象等教学环节，促进学生对光合作用知识的理解和思维能力的发展，提升学生的生命观念。
2 教学目标
（1）了解叶绿体的结构，认识到叶绿体的结构是植物细胞实现光合作用的基础。
（2）比较不同细胞在不同环境下叶绿体形态、大小、数目、分布和形状存在差异的原因，认识到细胞结构与功能相适应，细胞结构与环境相适应。
（3）探究光合作用过程中光能的去路，认识到光合作用对个体、种群和生物圈等生命系统均具有重要意义。
（4）感悟叶绿体的结构和功能之美，形成敬畏生命，保护环境的责任意识。
3 教学过程
3.1 现象导入，引出叶绿体和光合作用
教师展示正常的绿色玉米幼苗和白化苗，介绍白化苗因为不能进行光合作用，待种子中储存的养分耗尽就会死去。提出问题：正常玉米幼苗叶呈现绿色的原因？光合作用的结果？通过问题让学生了解叶绿体是植物进行光合作用的场所，光合作用可以合成有机物。
3.2 分析生物学现象，体会叶绿体的结构之美
（1）叶绿体的数目、分布、形状和大小使细胞有效地接收更多的光照
教师展示三则资料：
资料1 高等植物叶肉细胞中含有50～200个叶绿体，每平方毫米的蓖麻叶中就含有3x107～5x107个叶绿体。
资料2 双子叶植物近腹面（受光面）栅栏组织中叶绿体数量多，近背面（背光面）海绵组织中叶绿体数量少；且叶绿体在强光下移向侧壁，弱光下则分散于细胞质中。
资料3 不同藻类叶绿体形态各异：水绵条带螺旋状叶绿体， 衣藻杯状叶绿体， 新月藻的两个叶绿体构成弯月形，众多盘藻细胞的叶绿体形成网状结构。
学生对比分析发现，高等生物细胞数量多、体积较大，细胞通过配置合适数目大小的叶绿体或改变叶绿体的分布有效获取光照。低等生物细胞数目少、体积小，主要通过改变叶绿体形状获得更多光照。
（2）叶绿体的内部结构使其吸收更多的光能
教师展示叶绿体内部结构，介绍基粒由内囊体垛叠而成，捕获光能的色素位于类囊体膜上。通过资料4的数据体现叶绿体中类囊体的数目多，膜面积大。
资料4 据统计每个叶绿体中含有40～60个基粒，每个基粒都含有2个以上的类囊体，多的可达100个。据计算，1g菠菜叶片中的类囊体的总面积竟有60m2左右。
学生观察叶绿体的内部结构、结合数据分析，发现叶绿体通过类囊体结构大大增加了内部膜面积，有利于其吸收更多的光能。
（3）光合色素的有序排列使光能捕获率大大提高
教师展示光系统中色素的排列情况，如图1。聚光色素将光能吸收后传递给反应中心的特殊叶绿素a，使其获得更多的能量。数以万计的光合色素形成一个个光合单位排列在广阔的类囊体膜上。提问：一个小小的叶片，一个小小的细胞中一个小小的叶绿体为何要设计如此精妙的结构去获得尽可能多的光能？
学生总结思考，发现叶肉细胞和叶绿体的结构都致力于获得更多光能，从而思考光能的去路和作用，引发对光能价值以及光合作用意义的思考。
图1 光系统中光合色素的排列
3.3 聚焦光能去路，感悟叶绿体的功能之美
（1）叶绿体中发生将光能转化为化学能的过程
教师展示叶绿体中的光合作用过程。叶绿体中光合色素的分布及酶的专一性，使类囊体和基质中发生的化学反应各自独立又相互联系。ATP作为高能磷酸化合物可以储存能量，NADPH也可以储存能量，实现能量的转化。
学生依据光合作用过程中物质的合成转化路径，讨论并展示能量转化路径：光能→ATP和NADPH中的化学能→糖类中的化学能，认识到物质是能量的载体，能量是物质合成和转化的动力，在渗透结构与功能观的同时领会物质与能量观。
（2）太阳能为一切生命活动的能量之源
教师引导学生对能量去路的进一步探寻，植物光合作用固定太阳能，转化为有机物中的化学能才能供其他生物利用，这就奠定了绿色植物形成的生物种群承担生态系统中生产者的角色。以绿色植物为食的消费者通过摄食，将植物中的糖类（淀粉）消化吸收，为自己的各项生命活动供能。
学生总结各系统之间的关联，如图2，认可太阳能是一切生命活动的能量之源。理解光合作用的深远意义，感悟叶绿体的功能之美，产生对自然的敬畏之情。
图2 太阳能是一切生命活动的能量之源
3.4 运用结构与功能观，解释生活中的自然现象
教师展示藻类海蛞蝓和韭菜黄的相关资料，引导学生分析资料中如何体现结构与功能相适应：
藻类海蛞蝓通过吞食藻类的叶绿体供自己细胞进行光合作用，因此成年海蛞蝓不需要进食且寿命反而比普通海蛞蝓长。叶绿体能够在海蛞蝓体内持续发挥作用，得益于海蛞蝓在进化过程中将藻类细胞中修复和保持叶绿体运转的相关基因整合到自己的基因组中，并能传给下一代。
韭黄为韭菜隔绝光线，完全在黑暗中生长后形成，因无阳光供给，不能合成叶绿素进行光合作用，就会变成黄色。叶绿体的前身称为前质体，前质体有内外两层膜，在光照条件下其内膜会内摺形成小泡或小管与内膜断开，分散在基质中。分散在基质中的膜成分逐渐生长、排列为长扁平的囊，即类囊体；有些部位的扁囊叠置成多层，组成了基粒。在类囊体发育的同时，也合成了光合色素，最终形成叶绿体。在黑暗条件下，前质体内膜形成的小泡可聚集就一起形成晶格状的小体，小体不再继续发育，形成黄色体。黄化的植物重新接受光照后可去黄化，恢复绿色。
学生阅读材料，发表自己的见解。每一代海蛞蝓因为吸收了叶绿体，所以具备了光合作用合成有机物的功能，即结构与功能相适应。前质体在有光和无光的不同条件下会分别发育成叶绿体和黄色体，这是结构对环境的适应。同时，教师也可以引导学生思考结构与功能观和进化与适应观的联系。
3.5 归纳总结 升华结构与功能观
教师总结课程核心思想：“一花一世界，一木一浮生，一草一天堂，一叶一如来。”大自然以它的智慧设计出结构精巧的叶绿体，而叶绿体也不负使命，用它小小的身躯提供万物的生存之本。升华结构与功能观，学生赞叹自然的美丽。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准:2017年版[M].北京:人民教育出版社,2018.
[2]赵占良.对生物学学科核心素养的理解(一)——生命观念的内涵和意义[J].中学生物教学,2019(11):4-8.
[3]张荣岩.叶绿体中的生命美学[J].生物学教学,2015,40(06):58-60.
