内容正文:
第36讲 生物学与社会·跨学科实践
1.根据观察到的生物学现象或与生物学相关的现实需求,尝试提出解决的生物学或跨学科实践问题。
2.根据研究问题和活动目标,结合相关的科学知识或生活经验,发挥想象力,创造性地利用简易器材,设计可行的研究方案,如确定研究变量,研究步骤等。在条件允许的情况下,可以运用现代技术设计研究方案。
3.在研究方案的实施过程中,运用恰当的方式收集和记录证据,通过分析证据发现研究中的不足,再通过循环迭代不断改进研究方案或提高产品质量,最终形成解决问题的最佳方案。
4.撰写实践活动报告,包括活动目标、方案、结果、研究反思等,能够运用恰当的方式(如模式图、曲线图、数据表格、照片)直观、简洁地呈现实践成果。
5.通过书面或口头方式分享实践成果,针对他人提出的问题,能够运用证据进行交流和讨论,并在此基础上反思研究中的不足,改进实践方案。
概念9 真实情境中的问题解决,通常需要综合运用科学、技术、工程学和数学等学科的概念、方法和思想,设计方案并付诸实施,以寻求科学问题的答案或制造相关产品
1.模型制作类跨学科实践活动:针对特定的生物学内容,运用生物学、物理、技术、工程学等学科概念,以及“结构与功能”“尺度、比例和数量”“系统与模型”等跨学科概念,选择恰当的材料,设计并制作模型,直观地表征相应的结构与功能,提升探究实践能力。
2.植物栽培和动物饲养类跨学科实践活动:植物栽培和动物饲养可以综合运用多学科的知识和方法,考虑“结构与功能”“物质与能量”“因果关系”等跨学科概念,设计恰当的装置,以满足生物生长的需要。
3.发酵食品制作类跨学科实践活动:发酵食品的制作可以运用传统的发酵技术来完成;发酵食品的改良需要好的创意,运用多学科的知识和方法,从发酵的条件控制、装置的改进、食材的选择等方面不断尝试。
项目一 制作可调节的眼球成像模型,提出保护眼健康的方法。
根据眼球的结构和成像原理,运用相关学科的知识和方法,选择适当的材料和工艺,制作眼球结构模型和成像模型。模型可用于演示正常眼的成像,展现近视眼、远视眼的成因以及矫正方法。调查班级学生的近视率,撰写调查报告,结合眼球结构和成像原理提出保护眼健康的方法。
某生物实践小组的同学们制作了一个可调节的眼球成像模型(内推注射器可使水透镜凸度变大,反之则变小)进行探究活动。下列说法正确的是( D )
A.光屏模拟眼球结构中的巩膜
B.水透镜模拟的结构是玻璃体
C.内推注射器减小水透镜曲度,可模拟近视眼
D.模拟近视眼矫正时,在F光源和水透镜之间竖一块凹透镜
[学法指导]本题是落实“学业要求2”。利用简易物理模型模拟眼球的基本结构和近视眼的矫正。
项目二 制作实验装置,模拟吸烟有害健康
运用多学科的知识和方法自制实验装置,模拟香烟烟雾对呼吸道黏膜的危害;形成吸烟有害健康的观念,自觉拒绝吸烟;学会用科学证据向公众宣讲吸烟有害健康。
烟草危害是当今世界最严重的公共卫生问题之一,吸烟会造成肺、心脏、大脑等重要器官的损害,世界卫生组织已将吸烟列为全球性流行病。为直观地认识吸烟对呼吸系统的危害,爱科学生物兴趣小组利用塑料瓶和废签字笔等材料,制作了一个模拟吸烟的模型(如图)。香烟插入笔筒后点燃,多次挤压塑料瓶,模拟吸烟过程:烟燃尽后取下烟蒂,取出笔筒内的面巾纸卷,并展开观察被烟雾污染后的笔筒、面巾纸卷和塑料瓶。
(1)吸烟可能危害人体的呼吸、__神经(消化)__(只填写一个)等多个系统。
(2)模型中气球代表的人体器官是__肺(肺泡)__,橡皮膜模拟__膈肌__。当上推橡皮膜时,瓶内气压__升高__(填“升高”或“降低”),模拟的是__呼气__(填“吸气”或“呼气”)过程。
(3)实验后,面巾纸卷变成黄色,这说明呼吸道对吸入的气体能进行处理。一般情况下,呼吸道能使到达肺部的气体变得__温暖、湿润、清洁__。烟燃尽后,笔筒仍被熏黄,刺鼻的烟雾还残留在塑料瓶中,这说明呼吸道对空气的处理能力是__有一定限度的__。
(4)2025年5月31日是“世界无烟日”,作为中学生,可以为“世界无烟日”做些什么呢?__不吸烟,劝解他人不要吸烟,宣传吸烟有害健康的知识__(写出一点)。
[学法指导]本题是落实“学业要求1”。吸烟可能危害人体的呼吸、神经、消化等多个系统。(2)呼吸道对吸入气体具有温暖、清洁和湿润的作用。
项目三 设计并制作能较长时间维持平衡的生态瓶
根据水生生态系统的组成,以及“尺度、比例和数量”“稳定与变化”“系统与模型”等跨学科概念,利用生活中简单易得的透明材料制作装置,装入水、塘泥和不同的水生生物,制作能够维持较长时间的生态瓶。
某小组的同学准备制作一个生态瓶,为使它较长时间保持稳定,一位同学提出了如下几点建议,你认为不合适的是( B )
A.所用瓶子应是透明的,以便使瓶内生物得到充足光照
B.瓶内绿色植物越多越好
C.瓶内生物应包含生产者、消费者和分解者
D.瓶内各生物之间应构成食物链的关系
[学法指导]本题是落实“学业要求5”。生态瓶制作要求:①生态瓶必须是封闭的;②生态瓶中投放的几种生物必须具有很强的生活力,成分齐全(具有生产者、消费者和分解者);③生态瓶材料必须透明;④生态瓶宜小不宜大,瓶中的水量应占其容积的4/5,要留出一定的空间;⑤生态瓶采光用较强的散射光;⑥选择生命力强的生物,动物不宜太多,个体不宜太大。
项目四 探究栽培一种植物所需的物理和化学环境条件
根据植物生长发育所需的环境条件,选择适宜的土壤,在土壤中栽培一种植物(如番茄),定期浇水,适时施肥、松土。观察植物在生长发育过程中的变化,设计表格,记录和交流株高、叶片数量、叶片大小、开花结果的时间和数量等信息。探究栽培一种植物所需的物理和化学环境条件。
(2024湖北)番茄果实内含有丰富的维生素和番茄红素,营养价值高。某校生物兴趣小组利用劳动实践园地开展了栽培番茄的实践活动,活动任务如下:
任务一:育苗
(1)播种前先松土,是因为种子的萌发需要__氧气/空气__。番茄种子萌发时,最先突破种皮的结构是__胚根__。
任务二:移栽
(2)番茄苗移栽时应合理密植,保持行距50至80厘米,株距30至60厘米,这样做能保证番茄有效地进行__光合__作用,提高单位面积产量。同学们选择在阴天傍晚进行移栽,目的是降低番茄的__蒸腾__作用,提高移栽成活率。
任务三:田间管理
(3)随着番茄幼苗的生长,小组同学发现植株叶片发黄,经查阅资料后推测可能是由缺氮引起。同学们决定设计实验进行验证,实验中对番茄植株进行无土栽培,其中一组采用缺氮的营养液,另一组采用等量__含氮__营养液进行培养,其他条件均保持相同且适宜,一段时间后观察叶片是否变黄。
任务四:采摘后管理
(4)夏季番茄收获后,为抑制细胞的呼吸作用,延长保鲜时间,同学们在储存番茄时应适当__降低__(填“升高”或“降低”)温度。
任务五:研后拓展
(5)温室大棚可以满足反季节番茄的栽培。从有利于番茄生长的角度考虑,在设计并建造温室大棚时,可采取的措施有__采光好、保温等__(答出2条即可)。
[学法指导]本题是落实“学业要求1和3。”熟悉种子萌发的条件(内部条件:种子是活的,胚是完整的、过了休眠期的;外部条件:适宜的温度、适量的水、充足的空气)、温度、二氧化碳对光合作用的影响以及呼吸作用分解有机物等知识。
项目五 探究植物无土栽培条件的控制
根据植物生长发育所需的环境条件,选择或设计恰当的装置,利用营养液无土栽培一种植物(如番茄),定期补水、更换营养液、通气。观察植物在生长发育过程中的变化,设计表格,记录和交流株高、叶片数量、叶片大小、开花结果的时间和数量等信息。探究植物无土栽培条件的控制。
(2024安徽)将两组大小和发育状况相近的健壮薄荷苗、分别培养在加土壤的雨水和未加土壤的雨水中,在相同条件下培养一段时间后,发现它们的长势差别很大,实验前后植株称重的结果如下表。下列相关叙述,错误的是( C )
组别
培养液
植株质量(g)
实验前
实验后
①
加土壤的雨水
92
378
②
未加土壤的雨水
91
145
A.上述实验中的变量为培养液里是否添加了土壤
B.光合作用产物的积累是植株质量增加的因素之一
C.组①植株质量显著增加是因为吸收了土壤中的有机物
D.此实验结果能为植物的生长需要无机盐提供证据支持
[学法指导]本题是落实“学业要求1和4”。植物的根只能从土壤中吸收水和无机盐,不能吸收有机物。
项目六 探究影响扦插植物成活的生物和非生物因素
根据植物生长发育所需的条件,扦插繁殖、芽的结构与功能等相关概念,选择适于扦插的植物枝条(如月季)和扦插培养基,按照扦插的技术要领和操作规范进行扦插繁殖。定期观察、记录和交流扦插枝条的生长发育情况。探究影响扦插植物成活的生物和非生物因素。
(2024湖北一模)杜仲的树皮是一种名贵中药材,适于我省广泛种植。生物兴趣小组同学探究“不同部位插穗对杜仲扦插苗生长的影响”,统计各组扦插苗的平均存活率和株高(如图)。下列对实验过程及数据分析,不合理的是( A )
A.插穗应该保留大部分叶片,利于插穗进行蒸腾作用
B.插穗上端应该水平切口,下端斜向切口
C.各组插穗选择应该粗细一致,长度相同且无病虫害
D.分析可知:杜仲扦插繁殖应选择下部茎段做插穗
[学法指导]本题是落实“学业要求4”。利用对照实验探究不同部位插穗对杜仲扦插苗生长的影响,同时考查叶片对蒸腾作用的影响。
项目七 饲养家蚕,收集我国养蚕的历史资料
根据家蚕的生活史、生活习性、食性、生活所需的环境条件(如温度、湿度)等,利用生活中简单易得的材料设计并制作恰当的装置,饲养家蚕。观察和记录家蚕的生长发育过程,收集我国养蚕的历史资料。
(2024湖北一模)桑蚕文化是中国文明的起点,衍生了丝绸文化、桑酒文化等,是国人的骄傲,成为“最具中国特色的文化形态”。某校开展了“传承桑蚕文化,开启饲蚕之旅”的实践活动。为使活动顺利进行,同学们查阅相关资料,了解到如下知识:
桑树,可高达15米,4~5月开花,6~7月果熟。桑叶为蚕的饲料,桑葚可供食用、酿酒等。家蚕一生共50多天,经过4次蜕皮。饲养蚕时,要控制温度、湿度与光照等条件,还要注意蚕室通风换气、严格消毒。选择适熟洁净的桑叶,均匀给叶,使蚕饱食,达到整齐体壮。
(1)分析上述资料,桑树属于__被子__(填“被子”或“裸子”)植物,桑葚内的紫色汁液主要存在于植物细胞的__液泡__(填结构名称)中。
任务一:观察并记录家蚕的一生。如图为小青同学饲养过程中拍摄的照片,请完成以下记录:
(2)小青观察到,家蚕幼虫有蜕皮现象,原因是__家蚕的体表具有坚硬的外骨骼,外骨骼不能随着昆虫身体的生长而长大,所以在家蚕生长发育过程中,有脱掉原来的外骨骼的现象__。家蚕的生长发育经过如图几个阶段,其发育过程为__完全变态__发育。
任务二:探究温度对家蚕卵孵化率的影响
小叶同学在饲养过程中发现,孵化蚕卵时,室温不同,蚕卵的孵化率也不同。据此,该同学提出了“温度对蚕卵孵化率有什么影响”的问题,并设计实验开展探究,实验结果如下表:
组别
蚕卵数(个)
温度(℃)
湿度(%)
孵化出幼蚕所需的时间(天)
孵化率
甲
1 000
16
75
10
90%
乙
1 000
20
75
9
98%
丙
?
30
75
8
68%
(3)该实验的变量是__温度__。
(4)从实验方案分析,丙组的蚕卵数应该是__1_000__个。
(5)根据实验结果,请你从提高蚕卵孵化率的角度,给蚕农提出一条合理的建议: 孵化温度控制在20 ℃左右 。
[学法指导]本题是落实“学业要求1、4和5”。考查植物的分类依据;细胞结构的相关知识;家蚕的成长过程,温度对家蚕孵化率的对照实验及实际应用。
项目八 制作水族箱,饲养热带鱼
选择某种热带鱼,根据其生活史、生活习性、食性、生活所需的环境条件(如温度、溶解氧含量)等,利用生活中简单易得的材料设计并制作水族箱,饲养和繁殖热带鱼,观察并记录热带鱼的生长、发育和繁殖过程。
研究人员在黑暗条件下用不同浓度戊二醛(消毒剂)对水族箱内的香蕉草(沉水植物)进行处理。7天后测量其所处水体中溶解氧的减少量,结果如图。下列有关叙述错误的是( D )
A.黑暗条件可避免光照对实验的干扰
B.香蕉草的呼吸作用消耗了水体溶解氧
C.戊二醛浓度越高溶解氧减少量越低
D.戊二醛可能增强了香蕉草的呼吸作用
[学法指导]本题是落实“学业要求4”。黑暗条件下植物只进行呼吸作用,可避免香蕉草进行光合作用产生氧气,对实验产生干扰。由图可知:戊二醛浓度越高,溶解氧减少量越低,由此可得出戊二醛可能抑制了香蕉草的呼吸作用。
项目九 收集当地面包酵母菌种,比较发酵效果
依据酵母菌代谢所需的环境条件、营养来源、产物等相关知识,以面粉、酵母粉为材料,选择特定的厨具,按照发酵技术的操作程序制作馒头或面包,比较不同酵母菌种的发酵效果。
(2024恩施二模)市场上老面馒头颇受欢迎,它与酵母发酵的馒头有何不同呢?某生物兴趣小组针对该问题展开了探究实践。
【实践目的】
利用微生物进行食品发酵,比较用老面和酵母两种方式发酵对馒头品质的影响。
【原理分析】
(1)制作老面馒头和酵母发酵的馒头基本原理是一样的,都是利用酵母菌将面粉发酵后进行蒸制。酵母菌属于__真菌__(选填“细菌”或“真菌”)。酵母菌在水分、温度和有机物等条件适宜时进行如图1所示的__出芽生殖__繁殖新个体,迅速增加数量。
图1 酵母菌的繁殖图
【制作过程】
老面馒头:①制作老面:取适量面粉,用温水和成面团,在温暖处放置1~2天;②发面:用温水化开老面后,与面粉混合,揉成面团,放在温暖处至面团膨大为原来的2倍;③蒸制馒头。
酵母馒头:①发面:用温水化开干酵母粉后,与面粉混合,揉成面团,放在温暖处至面团膨大为原来的2倍;②蒸制馒头。
(2)无论是制作老面还是发面过程中,都只能用温水,而不能用开水,原因是__用开水温度高,杀死酵母菌__。
【实践结果】
请老师和同学对两种馒头从外观、口感、风味三个方面打分,结果如图2所示:
图2 老面馒头与酵母馒头对比图
图3 番茄和葡萄表面酵母发酵能力对比图
(3)由实践结果可知,__老面__馒头的品质更优。
【拓展探究】
兴趣小组的同学突发奇想,能不能采集天然酵母菌蒸制果味馒头呢?于是他们进行了尝试。在老师的帮助下,同学们将番茄和葡萄表面的酵母菌分别与等量葡萄糖溶液混合,检测它们的发酵能力,结果如图3所示。
(4)实验证明__葡萄__表面的酵母菌发酵能力较强,因为发酵6天后葡萄组剩余葡萄糖量明显__少于__(选填“多于”或“少于”)番茄组。于是同学们选择其用于发面,并成功制作出了果味馒头。
【知识延展】
(5)除用酵母菌制作馒头、面包外,请你再举出一种利用细菌或真菌制作的发酵食品,例如:__用乳酸菌制作酸奶__。
[学法指导]本题是落实“学业要求1、2、3”。(1)对照实验是指在探究某种条件对研究对象的影响时,进行的除了该条件不同以外,其他条件都相同的实验。(2)培养细菌、真菌的一般方法是配制培养基→高温灭菌→冷却→接种→恒温培养。
项目十 设计简单装置,制作酸奶。
依据乳酸菌代谢所需的环境条件、营养来源、产物,以及蛋白质在不同酸度环境中的状态不同等相关概念,以牛奶、乳酸菌(或酸奶)为材料,选择恰当的容器,按照乳酸发酵技术的操作规范和程序制作酸奶,测定并分析酸奶的酸度和甜度,确定适宜的酸度和甜度范围。
酸奶口感佳,营养价值高,是同学们经常饮用的奶制品。某课外生物学习兴趣小组的同学尝试进行酸奶的制作,图1表示酸奶的简要制作过程。请回答下列问题。
图1
图2
(1)植物乳杆菌可以利用牛奶中的乳糖等物质生长、繁殖,同时产生乳酸,这表明植物乳杆菌的营养方式是__异养__(填“自养”或“异养”)。发酵时要密封的原因是__乳杆菌要在无氧的条件下才能发酵__。
(2)牛奶中的其他微生物与植物乳杆菌是__竞争__关系,因此,为了保证酸奶的质量和口感,在发酵前需对牛奶进行煮沸处理。
(3)某小组的酸奶略带酒味,怀疑被杂菌污染,于是同学们取样并用碘液染色,然后制成临时装片进行观察,根据图2初步判断污染酸奶的是__酵母__菌,其正在进行__出芽__生殖。
[学法指导]本题是落实“学业要求1”。微生物的发酵技术在食品、药品的制作中具有重要意义,如制馒头、面包和酿酒要用到酵母菌,制酸奶和泡菜要用到乳酸菌,制醋要用到醋酸杆菌,利用青霉发酵可以提取出青霉素等。
项目十一 制作泡菜,探究影响泡菜亚硝酸盐浓度的因素
依据乳酸菌的分布、代谢所需的环境条件、营养来源和产物等相关知识,选择或设计便于消毒和密封的恰当容器,依据个人对食品的喜好选择相应的蔬菜(如白萝卜、胡萝卜、芹菜、甘蓝)和配料(如辣椒、花椒),按照发酵技术的操作规范和程序制作泡菜,测定泡菜的亚硝酸盐浓度,分析亚硝酸盐浓度与原料、腌制方式、时间等因素的关系。
(2024襄阳二模)酸菜是中国人民通过不断的生活经验和摸索制成的。制作酸菜的初衷是为了延长蔬菜的保存期限。北魏《齐民要术》中详细介绍了白菜等原料腌制酸菜的方法。传统的酸菜腌制需要经过如图的流程,请回答以下问题。
(1)酸菜发酵主要利用乳酸菌,与白菜叶肉细胞相比,它的细胞中没有__叶绿体__(填结构名称),只能利用现成的有机物生活。
(2)在制作酸菜时,需要不断地将每层白菜压实,坛口盖紧并加水封坛,这样做的目的是__提供发酵需要的无氧环境__。
(3)某同学在制作酸菜前,查阅资料得知,可以向酸菜坛中加入一些“陈泡菜水”。酸菜腌制过程中会有亚硝酸盐产生,如果人体摄入过量亚硝酸盐(总量达到0.3~0.5g),会发生中毒。该同学在不同时间测定了酸菜中亚硝酸盐的含量,结果见曲线图。请你帮他分析相关问题。
①据图分析,从亚硝酸盐的含量来看,你认为酸菜在第__13__天后食用比较合适。
②“陈泡菜水”中含有纯度高的乳酸菌,加入“陈泡菜水”的目的是__接种__。
(4)发酵让食品更加丰富,日常生活中,人们常常利用不同的菌类发酵制作食品,除了用乳酸菌发酵制酸菜外,请再举一例:__用乳酸菌发酵制作酸奶__(食品与其主要作用的菌种对应)。
[学法指导]本题是落实“学业要求1”。微生物的发酵技术在食品、药品的生产中具有广泛的应用,如制馒头或面包和酿酒要用到酵母菌;制酸奶和泡菜要用到乳酸菌;制作腐乳要用到多种霉菌;制醋要用到醋酸杆菌;利用青霉可以提取出青霉素等。
请学生完成提分训练第36讲
学科网(北京)股份有限公司
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