12.2 植物维持生物圈中的碳氧平衡（第一课时）教学设计-2025-2026学年苏科版生物七年级下册

该初中生物学教学设计聚焦植物通过光合作用维持生物圈碳氧平衡的核心原理，以普里斯特利经典实验创设科学史情境，引导学生从蜡烛熄灭、小鼠窒息现象切入，探究植物净化空气的机制，衔接已有常识与新知识。 特色在于任务驱动（“空气侦探”小组合作）与可视化实验（溴麝香草酚蓝变色、卫生香复燃）结合，融合科学思维与探究实践，通过手绘碳氧平衡图深化生命观念，联系生活培养态度责任，为教师提供丰富实验资源与活动设计，助力学生从现象到本质理解知识。

《12.2 植物维持生物圈中的碳氧平衡》第1课时教案 学科 初中生物 年级册别 七年级下册 共2课时 教材 苏科版 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 教材分析 本节内容通过普里斯特利经典实验引入，引导学生探究植物在更新空气中的作用，进而揭示光合作用吸收二氧化碳、释放氧气的本质过程。内容紧扣“生命观念”核心素养，强调植物在碳氧循环中的关键角色，为理解生态系统物质循环与能量流动奠定基础。教材融合科学史实、实验探究与生活应用，体现生物学的实践性与综合性，具有较强的科学价值与教育意义。 学情分析 七年级学生已具备一定的观察力和逻辑思维能力，对自然现象有好奇心，但对微观的生命活动如气体交换、能量转化等抽象概念理解困难。学生虽接触过“呼吸需要氧气”“植物能释放氧气”等常识，但缺乏系统认知，容易混淆光合作用与呼吸作用。部分学生存在“植物只进行光合作用”的片面认识。教学中需借助直观实验、情境故事与对比分析，帮助学生构建“动态平衡”的生态观，突破“植物是否吸氧”的思维误区，培养科学探究精神与辩证思维能力。 课时教学目标 生命观念 1. 能说出植物通过光合作用吸收二氧化碳、释放氧气，维持生物圈碳氧平衡的基本原理。 2. 能初步建立“植物既是生产者又是调节者”的生态角色意识，理解生物与环境之间的相互依存关系。 科学思维 1. 能基于实验现象（如蜡烛熄灭、小鼠窒息）提出“植物能否净化空气”的科学问题，并设计对照实验验证假设。 2. 能运用比较、归纳的方法分析不同实验组的结果差异，推理得出“光合作用需要光且绿色部分参与”的结论。 探究实践 1. 能独立或合作完成“探究光合作用吸收二氧化碳”的实验操作，规范使用溴麝香草酚蓝溶液并记录颜色变化。 2. 能根据实验现象解释气体变化原因，提升实验数据解读与结论推导能力。 态度责任 1. 能意识到人类活动对碳氧平衡的影响，增强环保责任感，养成低碳生活方式。 2. 能尊重科学证据，不轻信传言，树立实事求是的科学态度，主动传播绿色理念。 教学重点、难点 重点 1. 光合作用过程中二氧化碳的吸收与氧气的释放，及其在碳氧平衡中的作用。 2. 通过实验现象分析，理解“绿色部分在光下才能更新空气”的科学结论。 难点 1. 区分光合作用与呼吸作用在气体交换上的相反过程，避免概念混淆。 2. 理解“只有绿色部分在光下才可进行光合作用”的深层机制，从表象走向本质认知。 教学方法与准备 教学方法 议题式教学法、情境探究法、合作探究法、讲授法 教具准备 PPT课件、普里斯特利实验图示、金鱼藻试管装置、溴麝香草酚蓝溶液、黑纸片、温度计、塑料袋、澄清石灰水、新鲜菠菜、煮熟种子等 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入：科学家的“神秘实验”【5分钟】 一、穿越时空——走进1771年的实验室 （一）、讲述科学故事 1. 教师出示普里斯特利实验，引导学生观察： - 左上角：一支点燃的蜡烛置于密闭玻璃罩内，数分钟后火焰逐渐变弱直至熄灭； - 右上角：一只小鼠单独放在密闭玻璃罩内，不久后挣扎翻滚，最终死亡； - 左下角：点燃的蜡烛与一株植物共同放入密闭玻璃罩，火焰持续燃烧，未见熄灭； - 右下角：小鼠与植物一同放置于密闭玻璃罩，小鼠活动自如，未出现窒息症状。 2. 提问引导：“同学们，你们发现了什么？为什么没有植物的环境中，蜡烛会熄灭、小鼠会死亡？而加入植物后，情况却发生了根本改变？” 3. 引出课题：“英国科学家约瑟夫·普里斯特利在1771年首次发现这一现象，他由此提出‘植物可以更新污浊的空气’。这究竟是怎么回事？今天我们就化身小小科学家，一起揭开这个百年谜题！” 4. 板书课题：12.2 植物维持生物圈中的碳氧平衡。 二、任务驱动：我们来当“空气侦探”【8分钟】 （一）、小组合作，提出核心问题 1. 将全班分为6个学习小组，每组4人，明确角色分工：记录员、发言人、材料管理员、实验观察员。 2. 每组发放一份“空气侦探调查报告卡”，要求围绕以下问题展开讨论： - 为什么在无植物的密闭空间里，蜡烛会熄灭？ - 小鼠为何会窒息？ - 加入植物后，空气为何变得“清新”？ - 植物到底做了什么？它是在“吸气”还是“呼气”？ 3. 教师巡视指导，鼓励学生大胆猜想，如“植物在夜里吸氧，白天呼氧”“植物吃掉二氧化碳”“植物制造氧气”等。 4. 集体交流，汇总典型观点，教师不立即评价，而是板书于黑板左侧，形成“猜想墙”。 5. 追问：“这些猜测中，哪一个最有可能正确？我们如何验证？” 6. 引出实验探究路径：“接下来，我们将通过两个真实实验，一步步揭开真相。” 1. 观察四幅实验图，感受对比反差，激发探究兴趣。 2. 分组讨论，积极思考，提出关于空气变化的多种合理猜想。 3. 在小组内分工协作，完成“空气侦探调查报告卡”填写。 4. 代表发言，分享本组核心观点，倾听他人意见，形成初步共识。 评价任务 猜想合理：☆☆☆ 表达清晰：☆☆☆ 合作有效：☆☆☆ 设计意图 以真实科学史为背景创设情境，激发学生求知欲；通过“空气侦探”任务驱动，引导学生从生活经验出发提出问题，发展科学质疑精神；分组合作形式促进思维碰撞，为后续实验探究奠定认知基础。 实验探究：揭秘“植物净化空气”的秘密【12分钟】 一、探究光合作用吸收二氧化碳【6分钟】 （一）、演示实验前的准备工作 1. 教师手持三支试管，逐一介绍材料： - 甲试管：装有等量淡蓝色溴麝香草酚蓝（BTB）溶液 + 金鱼藻 + 黑纸片包裹； - 乙试管：装有等量淡蓝色BTB溶液 + 金鱼藻； - 丙试管：装有等量淡蓝色BTB溶液，无金鱼藻。 2. 强调实验变量控制： - 三支试管中液体体积相同，初始颜色一致； - 金鱼藻数量相等； - 甲试管用黑纸片包裹，遮挡光线； - 所有试管均塞紧瓶塞，防止气体泄漏。 3. 解释指示剂原理： “溴麝香草酚蓝是一种酸碱指示剂，当水中含有二氧化碳时，会形成碳酸，使溶液由淡蓝色变为黄色。若无二氧化碳，则保持淡蓝色或略带绿色。” 4. 明确实验目的：“我们要观察2小时后，三支试管的颜色变化，从而判断植物是否吸收了二氧化碳。” 二、实验现象观察与分析【6分钟】 （一）、引导观察并记录结果 1. 教师展示2小时后的三支试管状态： - 甲试管：液体仍为淡蓝色，未变黄； - 乙试管：液体明显由淡蓝→绿→黄，呈黄色； - 丙试管：液体颜色基本不变，仍为淡蓝色。 2. 提问层层递进： - “哪支试管颜色变化最大？说明了什么？” - “甲试管为什么没变色？它被黑纸包住了，这意味着什么？” - “乙试管与丙试管的差异在哪？为什么乙会变黄？” 3. 引导学生推理： - 丙试管无植物，无二氧化碳吸收，故颜色不变； - 乙试管有植物，在光照下进行光合作用，吸收了水中溶解的二氧化碳，导致溶液酸性下降，颜色由蓝转黄； - 甲试管因遮光，无法进行光合作用，不能吸收二氧化碳，因此颜色不变。 4. 总结规律： “植物只有在光下，其绿色部分才能吸收二氧化碳。光照是光合作用的关键条件之一。” 5. 板书关键词：光 → 绿色部分 → 吸收CO₂ 6. 追问：“如果把金鱼藻换成非绿色植物，比如蘑菇，还会发生这种变化吗？为什么？” 7. 强调叶绿体的作用：“正是因为绿色部分含有叶绿体，才能捕获光能，启动光合作用。” 1. 认真观察实验装置，了解各试管组成及变量设置。 2. 专注观察2小时后三支试管的颜色变化，记录现象。 3. 在小组内讨论现象差异，尝试解释原因。 4. 根据教师引导，逐步推理得出“光合作用吸收二氧化碳”的结论。 评价任务 现象准确：☆☆☆ 推理合理：☆☆☆ 语言表达：☆☆☆ 设计意图 通过真实、可视化的实验现象，让学生“看见”气体变化，将抽象概念具体化；采用对比实验设计，强化因果推理能力；引导学生关注“光照”“绿色部分”等关键因素，培养严谨的科学思维习惯；通过追问深化理解，突破“植物是否全天吸收二氧化碳”的认知误区。 深入探究：植物真的“吐出”氧气吗？【10分钟】 一、设计实验方案：寻找“气泡”的真相【5分钟】 （一）、创设挑战任务 1. 教师展示金鱼藻在阳光下不断冒出细小气泡，提问：“这些‘气泡’是什么？真的是氧气吗？” 2. 布置任务：“请各小组设计一个实验方案，证明这些气泡中含有大量氧气。” 3. 提供提示卡： - 氧气不易溶于水，可用排水法收集； - 氧气能助燃，可用带余烬的卫生香或木条复燃来检验。 4. 学生分组讨论，制定方案，教师巡回指导，重点关注方案的可行性与安全性。 5. 选取两组代表展示方案，其他组补充完善。 6. 教师总结最优方案： - 用倒扣漏斗罩住金鱼藻，下方连接集气瓶，利用排水法收集气体； - 待气体积累至一定量后，取出集气瓶，迅速插入一根带有余烬的卫生香； - 观察是否复燃，判断是否为氧气。 二、模拟实验与现象验证【5分钟】 （一）、播放实验视频并讲解 1. 教师播放一段标准实验视频： - 视频中，金鱼藻在阳光下持续释放气泡； - 排水法成功收集气体； - 卫生香伸入集气瓶后，迅速复燃，发出明亮火光。 2. 强调关键点： - 必须在阳光下进行，否则无气泡产生； - 收集时间要足够长，确保气体量充足； - 卫生香必须有余烬，不可直接点燃。 3. 提问：“看到卫生香复燃，你得出什么结论？” 4. 归纳结论： “植物在光下释放的气体是氧气，这正是光合作用的重要产物。” 5. 板书：光合作用 → 释放O₂ 6. 对比总结： “综合两个实验，我们可以得出：植物在光下，通过绿色部分，吸收二氧化碳，释放氧气，从而更新空气。” 1. 积极参与方案设计，结合已有知识提出合理设想。 2. 与组员协作，完善实验流程，注重操作细节。 3. 观看实验视频，专注观察气泡产生与卫生香复燃现象。 4. 依据现象，自主得出“植物释放氧气”的科学结论。 评价任务 方案可行：☆☆☆ 现象识别：☆☆☆ 结论正确：☆☆☆ 设计意图 以“气泡之谜”为切入点，激发学生探索欲望；通过“设计方案—模拟验证”双路径推进，提升学生科学探究能力；视频辅助弥补课堂实验条件限制，保证教学效率；最终实现从“现象感知”到“本质认知”的跃迁，构建完整的光合作用模型。 知识建构：绘制光合作用“生命之链”【8分钟】 一、提炼核心公式，构建知识框架【4分钟】 （一）、师生共同梳理知识脉络 1. 教师提问：“我们已经知道，植物在光下吸收二氧化碳，释放氧气。那么，它们是怎么做到的？需要哪些原料和能量？” 2. 引导学生回顾实验与资料： - 原料：二氧化碳（来自空气）、水（来自根部）； - 能量来源：光能（太阳）； - 场所：叶绿体； - 产物：有机物（如葡萄糖）、氧气。 3. 板书光合作用反应式： 光能 二氧化碳 + 水 —————→ 有机物 + 氧气 （叶绿体） 4. 逐项解释符号含义： - “光能”标注在箭头上方，强调能量输入； - “叶绿体”写在下方，标明场所； - “有机物”储存能量，是生命活动的基础。 5. 用彩色粉笔突出“光能”“叶绿体”“有机物”三个关键词。 二、绘制“碳氧平衡守护者”手绘图【4分钟】 （一）、创意任务发布 1. 教师宣布：“现在，请每位同学用一张白纸，画一幅‘植物守护地球碳氧平衡’的创意手绘图。” 2. 要求包含： - 一棵大树或一片森林； - 箭头表示二氧化碳进入植物叶片； - 箭头表示氧气释放到空气中； - 太阳照射叶片，标出“光能”； - 人体或动物呼吸呼出二氧化碳，形成闭环。 3. 展示优秀作品，评选“最佳守护者”奖。 4. 强调：“每一棵植物，都是地球的‘空气净化器’，是维持碳氧平衡的功臣。” 1. 跟随教师思路，积极参与知识整合，理解光合作用全过程。 2. 在白纸上动手绘制“碳氧平衡守护者”手绘图，发挥想象力。 3. 互相欣赏作品，体会植物在生态系统中的重要作用。 评价任务 公式完整：☆☆☆ 图示准确：☆☆☆ 创意独特：☆☆☆ 设计意图 通过公式提炼，帮助学生系统掌握光合作用核心要素；借助手绘创作，将抽象知识形象化、个性化，增强记忆深度；同时融入情感教育，培养学生对自然的敬畏之心，落实“生命观念”与“态度责任”素养。 课堂小结：我们是碳氧平衡的“未来守护者”【2分钟】 一、回顾旅程，升华主题【1分钟】 （一）、快速问答总结 1. 本节课我们解决了哪些问题？ - 植物如何净化空气？→ 吸收CO₂，释放O₂ - 何时进行？→ 光下，绿色部分 - 有何意义？→ 维持碳氧平衡，保障生命延续 2. 请一位学生用一句话概括本课核心。 二、布置延伸任务，埋下伏笔【1分钟】 （一）、预告下一课时内容 1. 教师语气温和：“明天我们将继续探索——植物不仅‘吐氧’，还会‘吸氧’！它们也会呼吸，也会消耗氧气。这会不会破坏碳氧平衡呢？” 2. 提问引发思考：“如果植物也会‘呼吸’，那它到底是‘造氧者’还是‘耗氧者’？我们该如何看待它的双重身份？” 3. 布置预习任务：“请同学们回家观察家中盆栽，晚上是否应移出卧室？为什么？” 1. 回顾本课重点，主动回答教师提问。 2. 听清下节课预告，思考“植物是否会耗氧”这一矛盾问题。 3. 记录预习任务，准备课后探究。 评价任务 总结完整：☆☆☆ 思考深入：☆☆☆ 预习积极：☆☆☆ 设计意图 通过结构化小结强化知识体系；设置悬念式结尾，激发学生对下一课时的兴趣；引导学生将课堂知识延伸至家庭生活，实现从“课堂学习”到“生活应用”的跨越，体现“学以致用”的教育理念。 作业设计 一、基础巩固：填空与连线 1. 植物在光下吸收__________，释放__________，这一过程称为__________。 2. 光合作用的主要场所是__________，所需的能量来自__________。 3. 溴麝香草酚蓝溶液在含二氧化碳时会由淡蓝色变为__________，可用于检测__________的含量。 4. 连线题：将下列生物与其对应的气体交换方式匹配： - ① 人类 → a. 只在夜间进行呼吸作用 - ② 植物 → b. 白天光合作用强于呼吸作用 - ③ 蘑菇 → c. 无论昼夜都进行呼吸作用 - ④ 绿色植物 → d. 仅在有光条件下进行光合作用 二、实验分析：解读实验现象 阅读以下实验描述，回答问题： 某同学做了如下实验：取两支试管，分别加入等量的溴麝香草酚蓝溶液，一支放入金鱼藻，另一支不放。两支试管都置于阳光下。2小时后，放金鱼藻的试管溶液由淡蓝色变为黄色，未放的试管颜色基本不变。 1. 实验中，哪一支是对照组？哪一支是实验组？ 2. 溶液颜色变化说明了什么？ 3. 如果将其中一支试管用黑纸包裹，再放入阳光下，结果会怎样？为什么？ 三、拓展探究：生活中的碳氧平衡 1. 为什么家里不宜摆放过多的绿植，尤其是在卧室？请结合本节课知识说明原因。 2. 请你设计一条“低碳生活”宣传标语，倡导大家保护植物、维护碳氧平衡。 3. 查阅资料，了解“碳中和”概念，并简述植物在实现碳中和中的作用。 【答案解析】 一、基础巩固：填空与连线 1. 二氧化碳；氧气；光合作用。 2. 叶绿体；光能。 3. 黄色；二氧化碳。 4. ①-c；②-b；③-c；④-d。 二、实验分析：解读实验现象 1. 不放金鱼藻的试管是对照组，放金鱼藻的是实验组。 2. 溶液变黄说明金鱼藻在光下吸收了水中的二氧化碳，导致溶液酸性增强。 3. 用黑纸包裹的试管不会变黄，因为遮光后光合作用无法进行，不能吸收二氧化碳。 三、拓展探究：生活中的碳氧平衡 1. 夜间植物停止光合作用，只进行呼吸作用，会吸收氧气、释放二氧化碳，可能影响室内空气质量，不利于睡眠。 2. 例：爱护一草一木，守护蓝天白云。 3. “碳中和”指通过植树造林、节能减排等方式抵消自身产生的二氧化碳排放。植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，是实现碳中和的重要途径。 板书设计 12.2 植物维持生物圈中的碳氧平衡 🔍 科学家的发现： → 普里斯特利实验：植物能“更新空气” 🧪 探究一：吸收二氧化碳 → 金鱼藻 + 光 → 溶液变黄（吸收CO₂） → 金鱼藻 + 黑纸 → 溶液不变（无光，不吸收） 🔥 探究二：释放氧气 → 金鱼藻在光下产生气泡 → 卫生香复燃 → 是氧气！ 🧩 光合作用公式： 光能 二氧化碳 + 水 —————→ 有机物 + 氧气 （叶绿体） 🌍 碳氧平衡： → 植物：吸收CO₂，释放O₂ → 动物/人类：吸入O₂，呼出CO₂ → 平衡 = 生物圈的“呼吸”与“净化”协同运行 教学反思 成功之处 1. 以科学史为引子，创设沉浸式学习情境，极大提升了学生的课堂参与度与兴趣。 2. 实验探究环节设计巧妙，通过“颜色变化”“卫生香复燃”等可视化现象，有效突破“气体看不见”的认知障碍。 3. 采用“任务驱动+小组合作”模式，充分调动学生主动性，实现了从“被动听讲”到“主动探究”的转变。 4. 手绘创作环节融合艺术与科学，满足学生多元表达需求，增强了知识内化效果。 不足之处 1. 部分学生对“溴麝香草酚蓝”的化学原理理解不够深入，需在后续课时加强跨学科联系。 2. 实验视频替代真实操作，虽节省时间，但削弱了动手体验感，建议条件允许时开展微型实验。 3. 时间分配稍显紧张，最后的知识建构环节略显仓促，部分学生未能充分完成手绘任务。 4. 对“植物夜间呼吸”的前置铺垫不足，部分学生在课后提出疑问，需在下一课时重点回应。 学科网（北京）股份有限公司 $