5.3.1.2 光合作用的原料教学设计-2025-2026学年冀少版（2024）生物八年级上册

该初中生物学教学设计聚焦光合作用的原料（二氧化碳和水）及物质能量转化，通过海尔蒙特柳树实验科学史导入，承接前课光合作用条件，为后续意义与应用铺垫，以历史案例引发认知冲突，搭建“无机物→有机物”转化的学习支架。 以科学探究为主线，通过对照实验设计（氢氧化钠控制二氧化碳变量）、小组合作实操（脱色、染色等步骤）培养科学思维与探究实践，结合鲁宾-卡门实验动画可视化抽象过程，融入科学家故事与农业应用落实态度责任，助力学生建立生命观念，提升教师教学效率。

《光合作用的原料》教案 学科 初中生物 年级册别 八年级上册 共1课时 教材 冀少版（2024） 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 教材分析 本课节选自冀少版八年级上册第五单元“植物的生活”中的第三章“植物与生物圈的碳氧平衡”，是“光合作用”内容体系中的核心组成部分。教材以科学史为切入点，通过海尔蒙特柳树实验引出对光合作用原料的探究，再通过经典对照实验引导学生理解二氧化碳和水是光合作用的原料，进而揭示光合作用的本质——物质转化与能量转化。该部分内容承前启后，既承接了前一课时“光合作用的条件”知识，又为后续学习“光合作用的意义与应用”奠定基础，具有重要的认知价值和实践意义。 学情分析 八年级学生已具备一定的观察、实验设计与逻辑推理能力，对植物生长现象有直观经验，但对“植物如何制造有机物”这一抽象过程仍存在认知盲区。他们习惯于从表象理解生命现象，缺乏对“科学探究过程”的系统认识。部分学生可能误认为植物生长仅依赖土壤或水分，对气体参与生命活动的认知薄弱。因此，教学中需借助真实科学史案例、可视化实验装置图及小组合作探究，帮助学生突破“物质来源”的思维定势，建立“无机物→有机物”的转化观念，提升科学思维素养。 课时教学目标 生命观念 1. 能说出光合作用的原料是二氧化碳和水，理解其在物质转化中的作用。 2. 能解释光合作用过程中发生的物质转化与能量转化，形成“生物体与环境相互依存”的生态观。 科学思维 1. 能基于实验现象提出合理假设，并设计对照实验验证假设。 2. 能运用证据分析法，从实验结果推导出“二氧化碳是光合作用原料”的结论。 探究实践 1. 能在教师指导下，规范操作酒精脱色、碘液染色等实验步骤，完成叶片处理。 2. 能通过小组合作完成实验装置搭建、变量控制与现象记录，培养团队协作能力。 态度责任 1. 能体会科学家探索自然规律的严谨精神，尊重科学事实。 2. 能关注农业生产中提高光合作用效率的实际应用，增强社会责任感。 教学重点、难点 重点 1. 通过实验探究得出二氧化碳是光合作用的原料。 2. 理解光合作用中二氧化碳和水作为原料的作用。 难点 1. 设计并理解对照实验中变量的控制（尤其是二氧化碳的有无）。 2. 从实验现象中推理出“没有二氧化碳则无法产生淀粉”的因果关系，实现从现象到本质的思维跃迁。 教学方法与准备 教学方法 情境探究法、合作探究法、讲授法、实验演示法 教具准备 PPT课件、天竺葵枝条、氢氧化钠溶液、清水、广口瓶、烧杯、酒精灯、碘液、石棉网、镊子、培养皿、凡士林、口罩、护目镜 教学环节 教师活动 学生活动 导入新课：千年误解，一个实验改变世界【5分钟】 一、创设情境，激发探究欲望 （一）、展示历史画面：17世纪前人们对植物生长的误解 1. 教师投影展示17世纪前欧洲绘画中“农民挖土种树”的场景，并配文：“人们普遍相信，植物长大所需的物质全部来自土壤。” 2. 引导提问：如果植物真的只靠土壤长大，那为什么一棵小树苗五年后能增重七十多公斤？它增加的重量从哪里来？ 3. 播放短视频片段：介绍比利时科学家海尔蒙特（J.B. van Helmont）在16世纪末进行的著名柳树实验。 4. 展示实验数据：柳树增重74.4千克，土壤质量减少仅0.06千克，几乎可忽略不计。 5. 提问设疑：既然土壤没怎么变，那这74.4千克的“新增物质”到底来自哪里？难道是空气？水？还是阳光？ 6. 呈现课题：“今天，我们就走进一场跨越四百年的科学探索，揭开‘光合作用的原料’之谜！” 二、提出问题，构建探究任务 （一）、引导学生自主思考 1. 教师板书：“绿色植物生长所需的物质来源？” 2. 分组讨论：请各小组结合已有知识，大胆猜测可能的原料有哪些？（提示：可以是水、空气、阳光、土壤、矿物质等） 3. 小组代表汇报猜想： - 小组1：可能是水，因为植物每天要浇水。 - 小组2：可能是空气，因为植物会呼吸。 - 小组3：可能是阳光，因为没有光植物不能生长。 4. 教师点评并聚焦：“我们今天要重点验证的是——二氧化碳是否是光合作用的原料。” 5. 抛出驱动性问题：“如何设计一个实验，才能证明‘没有二氧化碳，植物就无法制造有机物’？” 1. 观看历史画面，感受时代认知局限。 2. 思考并回答“物质从哪来”的问题。 3. 听取实验故事，产生好奇。 4. 参与小组讨论，提出自己的猜想。 5. 专注听讲，进入探究状态。 评价任务 猜想合理：☆☆☆ 讨论积极：☆☆☆ 问题意识：☆☆☆ 设计意图 以真实科学史为背景，打破学生“植物长在土里”的固有认知，引发认知冲突；通过设问链层层推进，激发学生的探究兴趣和问题意识，为后续实验设计铺垫情感与思维基础。利用多媒体资源增强情境代入感，使抽象的科学发现变得生动可感。 探究实验：设计对照，寻找真相【12分钟】 一、引导设计实验方案 （一）、讲解实验原理与关键材料 1. 教师出示天竺葵枝条、清水、氢氧化钠溶液、广口瓶、烧杯、凡士林等实物。 2. 重点强调：氢氧化钠（NaOH）是一种强碱，能吸收空气中的二氧化碳，生成碳酸钠和水，反应式为：2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O。 3. 强调安全提示：氢氧化钠具有强腐蚀性！接触皮肤应立即用大量清水冲洗。佩戴护目镜与口罩。 4. 展示两套实验装置： - 装置一：培养皿盛氢氧化钠溶液，广口瓶扣住，瓶口涂凡士林密封。 - 装置二：培养皿盛清水，其余结构相同。 5. 提问：这两组装置最大的区别是什么？（引导学生发现“二氧化碳有无”） 6. 明确变量控制原则：除二氧化碳外，其他条件如光照时间、温度、水量、叶片数量均保持一致。 二、分组设计实验流程 （一）、分组任务发布 1. 将全班分为6个小组，每组4人，分别担任“材料员”“操作员”“记录员”“汇报员”。 2. 发放任务卡，要求每组根据以下提示，写出完整的实验步骤： （1）剪取带有5~8片叶的天竺葵枝条，插入盛有清水的小烧杯。 （2）把小烧杯放在盛有质量分数为25%的氢氧化钠溶液的培养皿里，然后用广口瓶将它们扣住，在瓶口涂上凡士林防止漏气。 （3）用同样方法设置第二套装置，但培养皿里改盛清水。 （4）将两套装置同时放在暗处24小时，然后再一起光照2~3小时。 （5）从两套装置中分别取一个叶片，放入酒精中隔水加热脱色，漂洗后滴加碘液，观察颜色变化。 3. 教师巡视指导，提醒学生注意：脱色时必须使用“水浴加热法”，避免酒精直接加热引发火灾。 4. 鼓励学生思考：为什么要先放在暗处24小时？（提示：消耗原有淀粉，排除干扰） 1. 观察实验材料，了解氢氧化钠的作用。 2. 记录安全注意事项。 3. 分组讨论，明确实验变量。 4. 根据提示撰写实验步骤。 5. 思考“暗处理”的目的。 评价任务 变量清晰：☆☆☆ 步骤完整：☆☆☆ 安全意识：☆☆☆ 设计意图 通过实物展示与原理讲解，让学生直观理解氢氧化钠的“吸碳”功能；通过分组合作撰写实验流程，培养学生的科学表达能力与团队协作能力；强调安全规范，树立严谨的科学态度；引导学生理解“对照实验”的核心思想，为后续分析打下坚实基础。 实验实施：亲历过程，见证奇迹【10分钟】 一、教师示范与学生实操 （一）、教师演示关键操作 1. 示范如何正确使用镊子夹取叶片，放入酒精中。 2. 演示“水浴加热”方法：将装有酒精和叶片的烧杯放入大烧杯中，再倒入热水，缓慢加热至叶片褪成黄白色。 3. 强调：酒精易燃，严禁明火直接加热！ 4. 演示如何用清水漂洗脱色后的叶片，使其柔软便于观察。 5. 演示滴加碘液的方法：每片叶片滴2~3滴，静置1分钟观察。 二、学生动手实验 （一）、小组分工执行 1. 每组按角色分工，依次完成：取材→装瓶→暗处理→光照→取叶→脱色→漂洗→滴碘。 2. 教师巡回指导，重点关注： - 氢氧化钠溶液是否充分覆盖培养皿？ - 广口瓶是否密封良好？ - 脱色是否彻底？若仍有绿色，说明未完全脱色，影响观察。 3. 学生认真记录现象： - 装置一（氢氧化钠）：叶片滴碘后呈黄褐色或淡黄色，不变蓝。 - 装置二（清水）：叶片滴碘后迅速变为深蓝色。 4. 教师提问：为什么会出现这种差异？这说明了什么？ 1. 观察教师操作，掌握关键技能。 2. 按照分工完成实验步骤。 3. 仔细观察并记录实验现象。 4. 在教师引导下分析现象差异。 评价任务 操作规范：☆☆☆ 现象准确：☆☆☆ 合作有序：☆☆☆ 设计意图 通过教师示范降低操作风险，确保实验安全；通过学生亲身参与，深化对“对照实验”“变量控制”“脱色原理”等概念的理解；在真实操作中体验科学探究的严谨性与趣味性，增强学习获得感。 分析结论：由果溯因，揭示真相【8分钟】 一、引导归纳实验结论 （一）、组织小组交流 1. 教师提问：“装置二叶片变蓝，说明什么？” - 学生回答：说明有淀粉存在，即发生了光合作用。 2. 再问：“装置一叶片不变蓝，说明什么？” - 学生回答：说明没有淀粉，即没有发生光合作用。 3. 追问：“两组唯一不同的是什么？” - 学生回答：二氧化碳的有无。 4. 引导总结：有二氧化碳的一组产生了淀粉，没有二氧化碳的一组没有产生淀粉，说明——二氧化碳是光合作用的必要原料。 二、拓展延伸：水也是原料吗？ （一）、播放鲁宾-卡门同位素标记实验动画 1. 动画展示：第一组实验——提供普通二氧化碳，浇灌被标记的水（¹⁸O-H₂O）；第二组——提供被标记的二氧化碳（C¹⁸O₂），浇灌普通水。 2. 展示结果：第一组释放的氧气全是¹⁸O，第二组释放的氧气全是普通氧。 3. 教师解读：这说明光合作用释放的氧气来源于水，而非二氧化碳。 4. 结论：水和二氧化碳都是光合作用的原料。 5. 板书公式： 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂（光能、叶绿体） 1. 回答教师提问，表述实验现象。 2. 参与小组讨论，归纳结论。 3. 观看动画，理解水是原料。 4. 记录光合作用反应式。 评价任务 推理正确：☆☆☆ 结论准确：☆☆☆ 公式掌握：☆☆☆ 设计意图 通过层层递进的问题链，引导学生从“现象”走向“本质”，实现从“知道”到“理解”的飞跃；引入现代科研技术——同位素标记法，拓宽学生视野，感受科学研究的深度与精度；最终形成完整的知识体系，强化“水+二氧化碳=有机物+氧气”的核心观念。 当堂训练：学以致用，巩固提升【5分钟】 一、完成课堂练习题 （一）、选择题解析 1. 教师投影题目： “某同学设计了如下系列装置，装置中烧杯内的液体均为土壤浸出液，要验证植物光合作用需要二氧化碳，应选用下列装置的组合是？” （图示：①氢氧化钠+透明袋；②清水+透明袋；③氢氧化钠+石灰水；④清水+石灰水） 2. 引导学生分析： - ①和②的区别在于培养皿中是氢氧化钠还是清水，即二氧化碳有无。 - ③和④用于检测二氧化碳是否存在，非实验主干。 3. 正确答案：A.①和②。 二、简答题指导 （一）、分析实验图示 1. 展示“无色透明塑料袋+氢氧化钠溶液”的实验装置。 2. 提问： （1）实验后A叶片呈______色，B叶片呈______色。 （2）本实验探究的光合作用的原料是______。 （3）大棚种植蔬菜时，使用二氧化碳发生器增加浓度，其作用机理是什么？ 3. 学生作答，教师即时反馈： - （1）A：黄褐；B：深蓝。 - （2）二氧化碳。 - （3）提高环境中二氧化碳浓度，促进光合作用，增加有机物合成，提高产量。 1. 审题并分析选项。 2. 独立完成选择题。 3. 观察实验图，思考并作答。 4. 参与互动，接受反馈。 评价任务 判断准确：☆☆☆ 表述清晰：☆☆☆ 联系实际：☆☆☆ 设计意图 通过典型习题训练，检验学生对实验设计、变量识别与应用迁移的能力；结合农业生产实例，体现生物学科的社会价值，增强学习的现实意义；及时反馈，帮助学生查漏补缺，实现“教—学—评”一体化。 总结升华：致敬科学，展望未来【5分钟】 一、知识梳理与回顾 （一）、师生共同构建思维导图 1. 教师引导学生口述： - 光合作用的原料：二氧化碳和水。 - 条件：光能、叶绿体。 - 产物：有机物（淀粉）、氧气。 - 转化类型：物质转化（无机物→有机物），能量转化（光能→化学能）。 2. 板书关键词，形成结构化知识网络。 二、情感升华与责任教育 （一）、讲述科学家故事 1. 教师深情讲述鲁宾与卡门如何在实验室中反复试验，历时多年才确认“氧气来自水”。 2. 强调：每一个科学真理的背后，都是无数个夜晚的坚持与试错。 3. 提问：作为新时代的学生，我们能为保护地球的碳氧平衡做些什么？ 4. 学生自由发言： - 多植树，少砍伐。 - 节约用电，减少碳排放。 - 倡导绿色出行。 5. 结束语：“让我们像科学家一样思考，像守护者一样行动，让每一缕阳光都成为生命的能量！” 1. 回忆并复述知识要点。 2. 构建知识框架。 3. 感受科学家精神。 4. 表达环保决心。 评价任务 知识完整：☆☆☆ 情感共鸣：☆☆☆ 责任意识：☆☆☆ 设计意图 通过思维导图实现知识整合，帮助学生形成系统认知；通过科学家故事激发敬畏之心，培育科学精神；通过环保倡议落实“态度责任”目标，实现育人价值的落地。 作业设计 一、基础巩固题 1. 请写出光合作用的反应式，并标出原料、条件、产物。 ___________________________________________________ ___________________________________________________ 2. 判断正误：（正确的打√，错误的打×） （1）植物生长所需的物质全部来自土壤。（ ） （2）光合作用只能在白天进行。（ ） （3）氢氧化钠溶液可以吸收二氧化碳。（ ） （4）光合作用释放的氧气来自水。（ ） 3. 简答：为什么要在实验前将植物放在暗处24小时？ ___________________________________________________ ___________________________________________________ 二、拓展应用题 4. 请你设计一个实验，验证“水是光合作用的原料”。请写出实验步骤、变量控制与预期现象。 ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ 5. 生活链接：某菜农在大棚中安装了二氧化碳发生器，每天定时释放二氧化碳。请你解释这样做的科学依据。 ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ 【答案解析】 一、基础巩固题 1. 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂（光能、叶绿体） 原料：二氧化碳、水；条件：光能、叶绿体；产物：有机物、氧气。 2. （1）×；（2）√；（3）√；（4）√。 3. 为了消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰实验结果，确保实验中检测到的淀粉是新合成的。 二、拓展应用题 4. 【参考答案】 步骤：①选取两株长势相同的天竺葵，分别置于两个密闭容器中； ②一个容器内放置蒸馏水，另一个容器内放置无水硫酸铜（干燥剂）以去除水汽； ③其他条件相同，光照2小时； ④取叶片脱色后滴加碘液。 变量：水的有无；预期现象：有水组叶片变蓝，无水组叶片不变蓝。 5. 二氧化碳是光合作用的原料之一。增加大棚内二氧化碳浓度，可以提高光合作用速率，使植物合成更多有机物，从而提高蔬菜产量。 板书设计 [光合作用的原料] ┌──────────────┐ │ 海尔蒙特实验：柳树增重74.4kg，土壤减0.06kg → 物质来源？ └──────────────┘ ┌──────────────┐ │ 探究实验：对比装置（氢氧化钠/清水） │ 变量：CO₂有无 → 结果：有淀粉/无淀粉 → 证明：CO₂是原料 └──────────────┘ ┌──────────────┐ │ 科学家证实：水也是原料（鲁宾-卡门同位素标记） │ O₂来自水，不是CO₂ └──────────────┘ ┌──────────────┐ │ 光合作用反应式： │ 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ │ （光能、叶绿体） └──────────────┘ ┌──────────────┐ │ 实质：物质转化（无机物→有机物） │ 能量转化（光能→化学能） └──────────────┘ ┌──────────────┐ │ 应用：大棚增施CO₂ → 提高产量 └──────────────┘ 教学反思 成功之处 1. 以海尔蒙特实验为切入点，成功制造认知冲突，激发学生探究热情，课堂氛围活跃。 2. 采用“任务驱动+小组合作”模式，学生全程参与实验设计与操作，真正实现了“做中学” 3. 引入同位素标记实验动画，有效突破“氧气来源”这一抽象难点，学生理解深刻。 不足之处 1. 部分学生在酒精脱色环节操作不熟练，导致颜色变化不明显，影响观察效果。 2. 个别小组在变量控制上仍有混淆，如误以为“清水”是实验组，需加强对照实验概念教学。 3. 时间分配略显紧张，当堂训练环节学生思考时间不足，可适当压缩讲解时间。 学科网（北京）股份有限公司 $