12.2 植物维持生物圈中的碳氧平衡（教学设计）生物新教材苏科版七年级下册

第12章 植物维持生物圈的稳定 第2节 植物维持生物圈中的碳氧平衡 年级 七年级 授课时间 3课时 教材分析 本节隶属于苏科版初中生物七年级下册，安排在光合作用、呼吸作用之后，是对两大生理作用的综合应用与升华。前面学生已经掌握：光合作用原料、产物、条件；呼吸作用原料与产物。本节课把两个生理过程联系起来，从个体植物上升到生物圈生态层面，建立碳 — 氧平衡宏观概念。既是植物生理知识的收尾，也是后续学习生态系统、生态环保、碳中和、人类活动对环境影响的理论基础，在整个初中生物知识体系中起到承上启下的核心作用。 教学目标 【知识目标】 1.阐明绿色植物的光合作用吸收二氧化碳、放出氧气。 2.说出光合作用的原料、条件、场所和产物，会写光合作用的反应式。 3.举例说明光合作用原理在农业生产中的应用（如合理密植、延长光照等）。 4.知道呼吸作用分解有机物、释放二氧化碳。 5.理解呼吸作用的原理。 6.能举例说明呼吸作用原理在生产生活中的实际应用。 7.了解生物呼吸、燃烧等过程消耗氧气、释放二氧化碳。 【素养目标】 1.认同绿色植物对维持生物圈碳 — 氧平衡的重要意义。 2.明确生物圈碳 — 氧平衡的概念。 3.理解绿色植物是维持生物圈碳氧平衡的核心。 教学重、难点 【教学重点】 1.说出光合作用的原料、条件、场所和产物，会写光合作用的反应式。 2.举例说明光合作用原理在农业生产中的应用（如合理密植、延长光照等）。 【教学难点】 1.能举例说明呼吸作用原理在生产生活中的实际应用。 2.了解生物呼吸、燃烧等过程消耗氧气、释放二氧化碳。 课题 第2节 植物维持生物圈中的碳氧平衡（第1课时） 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 大气中氧气约占空气体积的21%，动植物呼吸、燃料燃烧都会持续消耗氧气，可是大气中的氧气含量却能保持相对稳定，人类并未感到缺氧，原因是什么？ 教师点拨：光合作用 利用生活息息相关的，帮助学生进行知识框架的构建。 新知探究 光合作用 一、自主探究→普里斯特利实验 【探究】思考： 蜡烛为什么会熄灭？小鼠为什么会死去？ 蜡烛燃烧、小鼠的呼吸都会使密闭装置内的空气变污浊，空气中能够支持燃烧、供生物呼吸的气体被消耗完，因此蜡烛熄灭，小鼠死亡。 【探究】思考： 为什么蜡烛可以继续燃烧？小鼠可以存活呢？ 绿色植物能够更新污浊的空气，让空气重新变得适合生物呼吸、支持蜡烛燃烧。 【探究】思考：绿色植物如何做到“更新”空气的呢？ 当时人们并不知道空气的成分，直到1782年，空气的组成之谜被揭开，证明了蜡烛燃烧或动物呼吸都会消耗氧气、产生二氧化碳。 教师点拨：绿色植物可以吸收二氧化碳，释放氧气吗？ 二、实验探究→探究光合作用吸收二氧化碳 实验目的 验证绿色植物在光下消耗二氧化碳。 实验材料和用具 金鱼藻、质量分数为 0.1% 的溴麝香草酚蓝溶液、试管、试管塞、黑纸片等。 实验步骤 1. 在甲、乙、丙三支试管中加入等量的淡蓝色的质量分数为 0.1% 的溴麝香草酚蓝（英文缩写为 BTB）溶液，并向试管中吹气直至液体变为黄色。 【问题讨论】为什么要向试管中吹气？ 目的是向试管中充入二氧化碳（水中溶有二氧化碳，会形成碳酸，碳酸是弱酸，试管中的液体因为加入了溴麝香草酚蓝溶液而变成黄色）。 2. 在甲、乙试管中放入等量的金鱼藻，在丙试管中不放入金鱼藻，将三支试管塞上试管塞，并在甲试管外包上黑纸片。然后，将三支试管置于阳光下，2 h 后观察试管内溴麝香草酚蓝溶液颜色的变化。 【问题讨论】实验中形成几组对照实验，变量分别是什么？ 实验中有甲和乙，乙和丙两组对照实验。 甲和乙对照实验的变量是有无光照；乙和丙对照实验的变量是有无金鱼藻。 推测三只试管内液体颜色变化，并解释原因？ 甲、丙试管内液体颜色无明显变化；乙试管内液体颜色变成淡蓝色。 乙试管内金鱼藻进行光合作用吸收了液体中的二氧化碳。 实验结论： 植物光合作用吸收二氧化碳。 三、实验探究→探究光合作用产生氧气 实验目的 验证绿叶在光照下能够释放氧气。 实验材料和用具 漏斗，烧杯（直径比漏斗稍大），试管，卫生香，火柴，金鱼藻，清水等。 实验步骤 （1）取适量金鱼藻放在盛满清水的烧杯中，用漏斗反扣住。 （2）在漏斗颈上倒扣一支装满水的试管。 （3）将装置移到光照下，放置一段时间，观察发生的现象。 （4）待试管内液面降到比烧杯内液面低时，使试管保持倒立竖直状态，将其从漏斗的颈部取下，不要脱离清水，在液面下用拇指堵住试管口，反转试管，使试管口向上。 （5）松开拇指，将带火星的卫生香迅速插入试管内，观察发生的现象。 【问题讨论】将带火星的卫生香伸入甲装置的试管内，观察到什么现象？该实验说明了什么？ 现象：带火星的卫生香复燃。 说明：光合作用产生了氧气（氧气具有助燃性）。 乙装置几乎没有气泡产生，与甲装置对比，说明了什么？ 光是植物进行光合作用不可缺少的条件。 四、探究→ 光合作用的实质 由实验可知，绿叶在光下释放的气体是氧气，吸收的气体是二氧化碳。在自然条件下，植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水合成为有机物，同时把光能转变成化学能储存在所合成的有机物里，并且释放氧气。 思考：你能用反应式表示出来吗？ 思考：光合作用中，物质和能量是如何变化的？ 物质转变 二氧化碳和水等无机物合成为淀粉等有机物。 能量转换 光能转换为储存在有机物中的化学能。 思考：结合光合作用反应式，想一想，影响光合作用的因素有哪些？我们可以如何调控来提高光合作用？ 充分利用光照—合理密植 充分利用光照—间作套种 增加二氧化碳浓度：增施有机肥料（农家肥），利用微生物分解有机物释放二氧化碳 学生阅读课本相关内容，自主思考并回答 通过总结探究问题，提高学生的归纳总结能力。 通过实验探究，提高学生的动手操作能力。 【习题巩固】 荔枝含糖分多，甘甜可口。荔枝中糖分的合成原料是（    ） A．土壤中的水分和无机盐 B．空气中的二氧化碳和土壤中的有机物 C．空气中的水分和氧气 D．土壤中的水分和空气中的二氧化碳 【答案】D 【难度】0.85 【知识点】光合作用的概念及实质 【详解】A．土壤中的水分是光合作用原料之一，但无机盐不是合成糖分的原料，故A错误。 B．植物不能直接利用土壤中的有机物合成糖分，光合作用的原料为无机物，故B错误。 C．植物所需水分主要来自土壤，且氧气是光合作用的产物，并非合成糖分的原料，故C错误。 D．土壤中的水分和空气中的二氧化碳是光合作用合成糖分的原料，故D正确。 思考回答问题，加深对光合作用的理解。 课堂小结 板书设计 12.2植物维持生物圈中的碳氧平衡（第1课时） 课题 第2节 植物维持生物圈中的碳氧平衡（第2课时） 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 教师点拨：光合作用吸收二氧化碳，制造有机物 呼吸作用分解有机物，释放二氧化碳 对比图片激起学生的学习兴趣，复习导入知识的衔接更加顺畅。 新知探究 呼吸作用 教师点拨:呼吸作用分解有机物放出二氧化碳 小麦种子萌发时，有机物不断减少。 一、实验探究→探究种子呼吸释放热量 实验步骤：1.如右图所示，取两个大小相同的保温杯，分别装入等量的萌发的种子和煮熟后冷却至室温的种子，在两个保温杯中各插人一支温度计，记录最初的温度。 2.密封24h后，观察杯内温度的变化，填写表12-2。 实验现象：甲瓶温度计温度升高，乙瓶中温度计温度不变。 实验结论：种子在萌发过程中会产生热量，这些热量是由呼吸作用分解有机物产生的。 二、实验探究→探究种子呼吸释放热量 【问题探究】1.种子萌发时，有机物通过呼吸作用最终被分解成哪些物质？ 2.该生理过程还需要哪些物质参与？ 种子在萌发过程中，子叶或胚乳中的有机物通过呼吸作用不断分解，释放出能量；一部分能量用于种子的萌发等生命活动，大部分能量以热能的形式散失。 【链接生活】 小明学习光合作用后得知，植物能释放氧气、净化空气，便在室内摆放了许多绿植。 但每到夜晚睡觉，他总会觉得房间空气沉闷，你能说出其中的原因吗？ 夜晚无光，植物无法进行光合作用；只进行呼吸作用，消耗氧气、释放二氧化碳，导致室内缺氧、空气沉闷。 三、实验探究→探究植物呼吸过程中的气体变化 实验一：植物呼吸产生二氧化碳吗？ 1.取A、B两只塑料袋，在A袋内装入新鲜菠菜等，B袋内不放任何材料。分别将A、B两袋的袋口密封。 2.将两只袋子放到黑暗处，24h后取出。 3.把A、B袋内的气体分别通入装有澄清石灰水的两个锥形瓶中，观察和记录石灰水的变化，分析实验结果。 实验现象：甲瓶澄清石灰水变浑浊，乙瓶澄清石灰水无明显变化。 实验结论：植物进行呼吸作用产生了二氧化碳。 实验二：植物呼吸消耗氧气吗？ 1.取等量的用沸水处理过的菠菜和新鲜的菠菜分别装入甲、乙两只广口瓶。 2.放在温暖处，并封闭、遮光处理24h。 3.分别将点燃的蜡烛迅速伸入到甲、乙两瓶中。 4.观察和记录蜡烛的燃烧情况。 实验现象：甲瓶蜡烛正常燃烧，乙瓶蜡烛迅速熄灭。 实验结论：植物进行呼吸作用消耗了氧气。 【问题探究】（1）在探究植物呼吸过程中的气体变化时,分别选择了什么材料进行对照实验?为什么实验要封闭和遮光处理? 实验一：不放任何材料的B袋是对照组。 实验二：装入沸水处理过的菠菜的甲瓶是对照组。 封闭和遮光处理是为了避免外界气体或光合作用吸收、产生的气体影响实验效果。 （2）上述实验说明了植物呼吸时气体发生了什么变化? 实验一说明呼吸作用放出二氧化碳，实验二说明呼吸作用吸收氧气。 四、实验探究→ 呼吸作用产生水 结论：植物的呼吸作用还产生水。 五、探究→ 呼吸作用的过程和实质 细胞能分解有机物，生成二氧化碳和水，并将储存在有机物中的能量释放出来，供给生命活动需要，这个过程称为呼吸作用。在自然界中，绝大部分生物体的细胞内，有机物的分解要在有氧的条件下完成。 【拓展】我们通常说的“呼吸”和“呼吸作用” 是一回事吗？ 呼吸是生物体吸入氧气、呼出二氧化碳的气体交换过程。 呼吸作用是活细胞内分解有机物、释放能量，供生命活动利用的过程，又叫“细胞呼吸”。 【问题讨论】有同学认为植物在白天进行光合作用，而没有呼吸作用，到夜晚才进行呼吸。这种观点对吗？为什么？ 植物体所有活器官，白天和黑夜时刻都能进行呼吸作用。 六、探究→ 呼吸作用的原理在生产、生活中的应用 思考：影响植物呼吸作用的外界因素有哪些？ 1.温度：一定范围内，升温呼吸作用增强；温度过低或过高，呼吸作用减弱。 2.水分：植物含水量越高，呼吸作用越强。 3.氧气：一定范围内，氧气浓度越高，呼吸作用越强。 4.二氧化碳：二氧化碳浓度过高，会抑制呼吸作用 农业生产中，常采取措施，保证农作物呼吸作用正常进行。 适时松土 及时排水 有的措施能降低呼吸作用的强度。 贮藏粮食，保持干燥 低温贮藏瓜果蔬菜 真空包装降低氧浓度 【链接生活】 新疆昼夜温差大，当地瓜果格外香甜，请说明原因。 白天：温度高，光合作用强，制造有机物多； 晚上：温度低，呼吸作用弱，消耗有机物少；瓜果内有机物积累多，所以特别甜。 学生阅读课本相关内容，自主思考并回答。 【习题巩固】 【典型例题】某兴趣小组同学为探究植物体的呼吸作用模拟了课本中的三组实验，如图所示，下列相关叙述正确的是（    ） A．Ⅰ组可以证明呼吸作用产生能量 B．Ⅱ组甲装置产生的气体可以使澄清石灰水变浑浊 C．Ⅲ组中乙的温度比甲高 D．每组甲、乙两瓶种子的数量可以不同 【答案】B 【难度】0.65 【知识点】植物呼吸作用消耗氧气的探究、植物呼吸作用产生二氧化碳的探究 【详解】A．Ⅰ组的实验结果是：装有萌发种子的瓶内蜡烛熄灭，装有煮熟种子的瓶内蜡烛正常燃烧。氧气支持燃烧，因此可以证明呼吸作用消耗了氧气，无法证明呼吸作用产生能量，故A错误。 B．呼吸作用是指活细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，供给生命活动需要的过程。Ⅱ组甲装置内装的萌发的种子，呼吸作用旺盛，产生的二氧化碳气体可以使澄清石灰水变浑浊，故B正确。 C．萌发的种子能进行呼吸作用，呼吸作用是指活细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，供给生命活动需要的过程。甲中装的是萌发的种子，呼吸作用旺盛，分解有机物，释放能量；乙瓶装的是煮熟的种子，不能进行呼吸作用。因此，乙的温度比甲低，故C错误。 D．本实验的变量是种子的呼吸作用，除了这个变量不同之外，其他条件都要相同且适宜。因此，每组甲乙两瓶种子的数量要相同，故D错误。 思考回答问题，加深对呼吸作用实验的理解。 课堂小结 板书设计 12.2 植物维持生物圈中的碳氧平衡（第2课时） 课题 第2节 植物维持生物圈中的碳氧平衡（第3课时） 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 碳氧平衡 教师点拨: 生物圈中各种生物的呼吸作用、有机物的分解过程，以及人类生产和生活中燃料燃烧等过程，都需要消耗大量的氧气，排出大量的二氧化碳。 那么生物圈中的氧气和二氧化碳的含量是如何维持平衡的? 一、自主探究→植物在生物圈碳氧平衡中的作用 观察课本P137图12-15，思考： 【探究】 1. 生物圈中氧气主要来源是什么？ 绿色植物的光合作用，释放氧气。 2. 二氧化碳的主要来源有哪些？ （1）生物的呼吸作用 （2）微生物的分解作用 （3）石油、煤等燃料的燃烧 教师点拨：植物通过光合作用，能吸收大气中的二氧化碳，同时将氧气释放到大气中，维持着生物圈中的二氧化碳和氧气的相对平衡，简称“碳氧平衡”。 【问题探究】碳氧平衡会被打破吗？在什么情况下会被打破？ 人口、工业、交通的快速发展，使氧气消耗量和二氧化碳排放量大幅增。 乱砍乱伐、过度放牧等使绿地减少、吸碳制氧大降。 大气中二氧化碳含量增多，会对环境造成哪些影响？ 加剧温室效应，导致全球气候变暖 碳-氧失衡导致极端天气频发 教师点拨：大气中的二氧化碳浓度不断增加，导致全球变暖，进而引发一系列环境问题。例如，冰川加速融化，干旱、洪涝灾害频发，全球许多地方都出现气候异常。因此，减少二氧化碳排放，早日实现碳中和，是人类面临的重要任务。 二、拓展探究→碳达峰与碳中和 碳达峰：二氧化碳排放量达到峰值，之后不再增加并逐步下降。 碳中和：氧化碳的排放量与吸收抵消量相等，实现净排放量为零。 板书设计 12.2 植物维持生物圈中的碳氧平衡（第3课时） 一、碳氧平衡：生物圈中的二氧化碳和氧气保持相对的平衡状态。 二、维持生物圈中的碳氧平衡 1、利用植物通过光合作用消耗二氧化碳、释放氧气的特点，保护现有的森林，多植树造林； 2、要倡导绿色消费，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式，减少二氧化碳的排放。 课后作业 概念延伸：什么是碳中和、碳达峰？绿色植物在实现碳中和中有什么作用？ 生态延伸：除了绿色植物，微生物、海洋藻类在碳氧平衡中起到什么作用？ 问题探究： 大面积砍伐森林会带来哪些连锁环境问题？ 大棚种植中为什么要适当增施二氧化碳 “气肥”？和碳氧平衡有什么关联？ 教学反思 1.示意图建模效果好利用碳氧循环流程图板书，让学生直观看到：大气 CO₂→植物光合→有机物 + O₂→生物呼吸、燃烧又释放 CO₂，形成闭环，大部分学生能独立说出循环路径。 2.知识迁移答题不规范能记住碳氧平衡概念，但简答题不会规范表述：不能用 “光合作用吸收二氧化碳、释放氧气；呼吸作用消耗氧气、释放二氧化碳” 规范作答，答题口语化严重。 / 学科网（北京）股份有限公司 $