探秘“地球之肺”：基于科学探究的跨学科教学设计-以七年级地理“热带雨林”为例

探秘“地球之肺”：基于科学探究的跨学科教学设计——以七年级地理“热带雨林”为例一、教学内容分析

本节内容源于人教版《地理》七年级下册“我们生活的大洲——亚洲”单元中自然环境部分的延伸与深化，并创造性地整合了生物学、化学及环境科学的核心概念。课标的“坐标”在于引导学生认识区域自然环境对全球生态的重要意义，其背后蕴含的素养指向是人地协调观、综合思维与地理实践力的综合培育。从知识技能图谱看，学生需在已有“热带雨林气候特征与分布”知识基础上，理解“固碳”这一生态过程的科学机理，并评估其在全球碳循环中的作用，认知要求从“识记”跃升到“理解”与“初步应用”，构成连接区域地理与全球性环境议题的关键节点。过程方法上，本节课旨在模拟科学探究的完整路径：从观察现象（雨林被誉为“地球之肺”）提出驱动性问题，到构建简化科学模型（光合作用与呼吸作用平衡），再到基于证据（数据、图表）进行论证，最终形成理性认知并探讨人地关系。这不仅是地理信息处理能力的训练，更是科学思维（如模型建构、证据推理）的启蒙。素养价值渗透方面，知识载体背后是深刻的“绿水青山就是金山银山”的生态文明理念，通过探究雨林巨大的生态服务价值，引导学生感悟自然的精妙与脆弱，培育全球视野下的生态责任感，实现价值引领的“润物无声”。

学情诊断需立足“以学定教”。七年级学生已具备初步的读图能力和对生物、化学基础概念的接触（如光合作用），对热带雨林有“动植物王国”的形象认知，兴趣点高。然而，其思维障碍可能在于：第一，“固碳”作为抽象的生物地球化学过程，与具体的雨林景观难以建立直观联系；第二，对“碳循环”、“碳汇”等跨学科概念感到陌生；第三，易将复杂生态功能简单归因。因此，教学调适策略是“化抽象为具象、化复杂为阶梯”。通过设计“碳足迹”小活动、类比“森林银行”储存碳资产等生活化情境，搭建认知桥梁。过程评估将贯穿始终：在导入环节通过头脑风暴探测前概念；在探究任务中通过小组讨论观察学生的推理逻辑与协作水平；在巩固环节通过分层练习诊断知识内化程度。针对不同层次学生，提供“资源包”（如关键词卡、简化模型图）作为学习支架，并设置开放式挑战任务供学有余力者深入探究，确保每位学生都能在“最近发展区”内获得成长。二、教学目标

知识目标：学生能够阐释热带雨林被称为“地球之肺”的科学依据，具体说明其通过光合作用固定大气中二氧化碳、并将碳存储在生物体内的核心过程；能结合示意图，描述碳在雨林生态系统（生产者、消费者、分解者）中的主要流动路径；并能初步分析雨林破坏对全球碳循环平衡可能产生的连锁影响。

能力目标：学生能够运用图文资料，提取关于雨林分布、生物量与碳储存量的关键信息，并进行初步的定量感知（如比较）；能在教师提供的简化科学模型框架下，小组合作完成一次基于证据的推理，解释雨林固碳功能的工作原理；初步尝试从多学科（地理、生物）视角综合分析一个环境问题。

情感态度与价值观目标：在探究雨林巨大生态价值的过程中，学生能由衷产生对自然奥秘的敬畏之心和欣赏之情；在小组讨论与成果分享中，能认真倾听同伴观点，尊重不同见解；在思考雨林保护议题时，能初步树立全球生态共同体意识和可持续发展的责任感。

科学（学科）思维目标：本节课重点发展学生的“模型思维”与“系统思维”。学生将体验如何将复杂的自然系统（雨林碳循环）简化为可理解的模型（输入存储输出），并理解系统各要素间的相互关联。通过问题链引导，如“如果‘肺’的功能受损，整个‘身体’会怎样？”，训练其进行初步的因果推断和影响预测。

评价与元认知目标：学生能够依据教师提供的“科学论证评价量规”（如：观点明确、证据有效、推理合理），对小组或他组的探究结论进行初步评价；并在课堂小结环节，通过绘制简易概念图反思自己是如何一步步构建起对“雨林固碳功能”的理解的，识别自己学习的难点与突破点。三、教学重点与难点

教学重点：理解热带雨林固碳功能的科学原理及其在全球碳循环中的关键作用。确立依据在于，这不仅是课标中“认识区域自然环境对全球影响”这一大概念的具体体现，也是连接地理、生物、环境科学的核心枢纽知识。从中考命题趋势看，以真实情境（如“碳中和”目标）考查生态系统的服务功能是高频方向，该重点知识是学生分析相关综合题的能力基石。掌握此原理，学生方能真正理解雨林的全球性生态价值，而非停留于景观描述。

教学难点：难点在于学生如何跨越学科界限，综合运用地理的空间分布知识与生物的物质能量转换知识，构建起对“碳汇”这一抽象功能的具象化、系统化认知。成因在于：第一，碳循环过程涉及不可见的物质流与能量流，对学生空间想象和抽象思维能力要求较高；第二，学生容易孤立看待雨林的“固碳”作用，难以将其置于“大气生物土壤”相互作用的动态系统中理解。预设依据源于学情中常见的概念混淆，如将“释放氧气”等同于“固碳”。突破方向是采用“建模仿真”策略，利用动态示意图、角色扮演（扮演碳原子）和实物类比，将无形过程可视化、情境化。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式课件（含全球热带雨林分布图、碳循环动画、卫星遥感显示雨林变化的对比图）；“碳足迹”计算简易卡片（每人一份）；“雨林碳循环”大型示意图拼图组件（小组活动用）；板书记划预留核心概念区与模型建构区。1.2学习材料：分层学习任务单（含基础任务卡与挑战任务卡）；“科学论证评价量规”表；反映雨林固碳数据的图文资料包（不同难度版本）。2.学生准备2.1预习任务：复习七年级上册生物“光合作用”基本公式；观看一段关于热带雨林的短视频，思考“为什么它被称为‘地球之肺’？”。2.2物品准备：彩色笔、胶水。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与认知冲突：同学们，今天我们先来做一个有趣的“呼吸关联”小思考。请大家看着手里的“碳足迹”卡片，粗略估算一下自己一天的活动会产生多少二氧化碳。算好了吗？好，现在请大家看屏幕（展示一幅生动的热带雨林景观图，配以繁茂的植被）。想象一下，我们呼出的二氧化碳，可能正飘向万里之外的这里——亚马逊雨林。有没有同学感到好奇，这片遥远的森林，和我们每天呼出的这口气，到底有什么关系呢？为什么科学家常常把它比作地球的“肺部”？

1.1问题提出与路径勾勒：从大家的眼神里，老师看到了疑惑也看到了兴趣。今天，我们就化身“地球生态侦探”，开启一场跨学科探险。我们的核心任务就是：解密热带雨林，探寻它神奇的“固碳”功能。我们究竟要探索什么？简单说，就是弄明白：雨林如何像一块巨大的“海绵”，吸收我们排放的碳？这块“海绵”有多重要？如果它“缩水”了，地球会“发烧”吗？我们将沿着“观察现象→科学探秘→构建模型→反思价值”的路线，一步步揭开谜底。先回想一下，生物课上的“光合作用”公式，那可是我们今天的“核心密码”哦。第二、新授环节任务一：初识“地球之肺”——从现象到问题

教师活动：首先，我将引导学生聚焦核心比喻。“‘地球之肺’这个称号可不是随便起的，它背后一定有深刻的科学道理。肺对我们人体来说，核心功能是什么？”（预计学生回答：气体交换，吸入氧气，呼出二氧化碳。）“非常棒！那么类比一下，如果雨林是地球的‘肺’，它应该完成怎样的‘气体交换’？”在此，我将展示一组对比数据：单位面积热带雨林年均固碳量vs.温带森林的数据，并出示一幅全球二氧化碳浓度分布与雨林分布的重叠示意图。“请大家结合这组‘证据’，小组内讨论两分钟：从数据和图中，你能为‘地球之肺’的说法找到哪些支撑？除了我们刚才提到的气体交换，雨林这个‘肺’还有什么特别之处？”我会巡视各组，倾听讨论，并用关键词（如“吸收CO2多”、“储存时间长”）点拨思路。

学生活动：学生进行小组讨论，对比分析教师提供的数据和地图，尝试从“吸收能力”和“全球分布关联”两个角度寻找证据。他们可能会指出：“雨林吸收二氧化碳的量好像特别大”、“二氧化碳多的地方和雨林位置有关系吗？”并尝试用生活经验和已有知识进行解释。

即时评价标准：1.能否在讨论中准确引用资料中的具体数据或图像信息作为依据。2.能否进行初步的类比推理，将人体肺功能迁移到雨林生态功能上。3.小组讨论时，是否每位成员都有机会表达自己的观察。

形成知识、思维、方法清单：

★核心概念“固碳”：指生态系统通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将碳固定在生物体（植物、动物）和土壤中的过程。这是理解雨林生态功能的基础。

▲方法：类比推理：将陌生的复杂系统（雨林）与熟悉的事物（人体肺部）进行类比，是提出科学假设、理解抽象功能的重要思维工具。

★证据意识：科学结论需要基于数据和事实。从地理图像和统计数据中提取有效信息，是地理学习的基本能力。任务二：解密“固碳”黑箱——科学原理探究

教师活动：“知道了雨林‘固碳’能力强，那它到底是怎么做到的呢？这个过程就像一个‘黑箱’，输入的是二氧化碳和水，输出的有氧气，那‘碳’去哪了？”此时，我将播放一段简化的动画，展示一片树叶进行光合作用：二氧化碳分子和水分子进入，在光能作用下，合成有机物（葡萄糖），并释放氧气。我会暂停动画，强调：“看，碳原子（C）从气态的CO2中‘跑’了出来，变成了固态有机物的一部分，这就是‘固定’的关键一步！”接着，提出问题链：“这棵树的树干、树枝、树叶里的碳，会一直待在那儿吗？如果树叶被虫子吃了，碳又去了哪里？枯枝落叶腐烂后呢？”引导学生思考碳在生态系统内的流动。

学生活动：学生观看动画，结合生物知识，明确光合作用是固碳的起点。跟随教师的问题链，思考并描述碳可能的流动路径：从植物到食草动物，再到食肉动物，以及通过分解者进入土壤。他们会意识到，碳被“固定”后，并非静止不动，而是在食物链和分解过程中不断转移和循环。

即时评价标准：1.能否清晰地复述光合作用在固碳过程中的核心角色。2.能否描述出碳从植物转移到动物或土壤的至少一条路径。3.是否表现出将生物知识与地理问题综合思考的倾向。

形成知识、思维、方法清单：

★核心原理：光合作用公式：6CO₂+6H₂O光能、叶绿体>C₆H₁₂O₆+6O₂。这是所有后续理解的生化基础，碳被固定在葡萄糖等有机物中。

★概念：生物量：单位面积内生物有机体的总干重。雨林巨大的生物量意味着其体内储存了巨量的碳，就像一个巨大的“碳库”。

▲跨学科联系：地理学关注空间分布与全球影响，生物学解释内在机理。理解雨林固碳，必须打通这两学科的界限。任务三：构建“雨林碳循环”模型——从部分到系统

教师活动：“现在我们了解了碳如何进入生物体，并在其中旅行。但我们还漏掉了一个重要环节——碳会不会又回到大气中？”我将引导学生思考呼吸作用（动植物、微生物）和燃烧（自然火、人为焚烧）作为碳返回大气的途径。“这样一来，碳在‘大气雨林生物土壤’之间就形成了一个循环。请各小组利用我发的示意图拼图组件，合作搭建一个‘雨林碳循环’简易模型，用箭头标明碳的主要流动方向。”我将提供关键词卡片（如：大气CO₂、光合作用、植物体内碳、动物体内碳、土壤碳、呼吸作用、燃烧等），并鼓励学生在模型中心写上“巨大的碳库”作为雨林的特点。

学生活动：小组合作，动手拼接示意图，讨论并绘制碳流动的箭头。他们需要协商决定各组件的摆放位置和箭头指向，共同构建一个动态的循环系统模型。这个过程是知识内化和系统思维形成的关键。

即时评价标准：1.小组构建的模型是否包含了碳从大气进入生物体、在生物间转移、返回大气这几个关键环节。2.箭头方向是否准确反映了碳的流动过程（如：光合作用箭头指向植物，呼吸作用箭头指向大气）。3.小组分工是否明确，合作是否高效。

形成知识、思维、方法清单：

★核心模型：碳循环简化模型：这是一个输入（光合作用固碳）、存储（生物量与土壤碳库）、输出（呼吸作用、燃烧释放碳）的动态平衡系统。理解模型是突破难点的关键。

★系统思维：不能孤立看待雨林的某个部分，而要将其视为一个各组分相互联系、相互作用的整体（系统）。改变其中一环，会影响整个系统。

▲易错点提醒：碳的“固定”与“存储”是持续过程，而“释放”也在同时发生。雨林作为“碳汇”的强大功能，关键在于其“净固碳”能力，即吸收远大于释放。任务四：评估“地球之肺”的价值——数据分析与推理

教师活动：“模型建好了，现在我们来当一回‘生态会计师’，评估一下这片‘森林银行’的资产价值。”我将展示更具体的数据资料包（分层提供）：例如，全球热带雨林年固碳总量约占全球森林固碳量的一半；一片足球场大小的雨林储存的碳量相当于多少辆汽车一年的排放量等。“请根据资料，完成学习任务单上的价值评估报告提纲：1.雨林的固碳功能，对全球大气有什么‘调节’作用？2.如果大片雨林被砍伐并焚烧，会对我们构建的这个碳循环模型产生什么影响？请用模型中的箭头变化来说明。”

学生活动：学生阅读分析资料，进行定量或半定量的感知，独立或与小组成员简单交流后完成评估提纲。他们需要运用刚建立的模型进行推理：砍伐焚烧意味着植物碳库急剧减少，同时燃烧箭头变粗，向大气释放大量CO₂，导致系统平衡被打破，大气中CO₂净增加。

即时评价标准：1.能否将数据所体现的“巨大价值”转化为具体的、可理解的描述。2.能否准确运用自己构建的模型，逻辑清晰地推演破坏活动带来的连锁影响。3.书面表达是否清晰、有条理。

形成知识、思维、方法清单：

★核心结论：生态服务价值：热带雨林的固碳功能是极其重要的全球性生态服务，它像一台巨大的“空调”，帮助调节地球大气中温室气体的浓度，减缓全球气候变暖。

★推理能力：预测性分析：基于对系统运行机制（模型）的理解，可以预测人类干预（如毁林）可能引发的系统性后果。这是地理综合思维的体现。

▲联系现实：全球气候议题：将雨林保护与“碳中和”、“应对气候变化”等全球议题直接关联，理解其现实紧迫性。第三、当堂巩固训练

本环节设计分层、变式训练体系，及时巩固并诊断学习效果。

基础层（全体必做）：选择题与填空题，直接考查核心概念与原理。例如：“热带雨林固碳的主要生理过程是____。”“判断：雨林中的碳一旦被固定，就永远不会再释放回大气中。（）”目的是确保全体学生掌握最基础、最关键的知识点。

综合层（大多数学生挑战）：情境应用题。提供一幅“某地区雨林变为农场前后”的碳流动示意图（部分空白），要求学生补全箭头并说明变化；或给出一段关于“REDD+”（减少毁林和森林退化所致排放）项目的简介，让学生从固碳角度解释其意义。这要求学生在新情境中综合应用模型和原理。

挑战层（学有余力者选做）：开放探究题。例如：“假如你是一位环保倡导者，请设计一条标语或一个比喻（像‘地球之肺’一样），向公众形象地传达保护热带雨林对于应对气候变化的重要性，并简要阐述你的设计思路。”鼓励创造性表达和深度思考。

反馈机制：基础层答案通过集体核对快速反馈；综合层选取12份典型答案进行投影，由师生共同依据“科学论证评价量规”进行点评，重点关注推理过程；挑战层成果鼓励自愿分享，主要给予观点新颖性和思维深度的肯定性评价。第四、课堂小结

知识结构化总结：同学们，今天的“生态侦探”之旅接近尾声。我们来一起梳理一下破案的线索和最终发现的“真相”。请大家用2分钟时间，在笔记本上快速画一个思维导图或概念图，核心是“热带雨林的固碳功能”。可以从“原理过程模型价值威胁”这几个方面展开。画好后，同桌之间互相说一说。

学科方法提炼：今天我们不仅学到了知识，更体验了一种重要的学习方法：面对复杂的自然系统，我们可以通过‘建模’来简化它、理解它，并基于模型进行推理和预测。这种跨学科的综合思维，是我们理解许多全球性环境问题的钥匙。

分层作业布置与延伸：

必做作业（基础性）：完善课堂绘制的概念图，并书面回答：为什么保护热带雨林与全人类的福祉息息相关？（至少从两个角度阐述）。

选做作业（拓展/探究性）：1.（拓展）查阅资料，了解除了固碳，热带雨林还有哪些重要的生态或经济价值，制作一份简易的“雨林价值说明书”。2.（探究）思考：我们距离热带雨林千里之遥，日常生活中可以为保护它做些什么？提出三条具体、可行的建议。六、作业设计

基础性作业：

1.完成学习任务单上关于“雨林碳循环”模型的填空与标注，巩固对碳流动路径的记忆。

2.书面阐述：用一段话（150字左右）解释“为什么热带雨林被称为‘地球之肺’？”，要求包含“光合作用”、“固碳”、“碳库”、“调节气候”等核心术语。

拓展性作业：

3.情境写作：假设你是一颗被热带雨林中一棵大树固定的“碳原子”，写下你在树被砍伐焚烧前后的“经历”和“感受”，用故事的形式体现碳从被固定到被释放的过程。

4.微型调研：利用网络或书籍，查找一个我国为保护森林、增加碳汇（如植树造林、建立自然保护区）所采取的具体行动或工程，并简要介绍其意义。

探究性/创造性作业：

5.设计一份面向初中生的“保护雨林，助力碳中和”宣传小海报（手绘或电子版均可）。要求主题突出，科学准确，并具有吸引力和号召力。

6.探讨一个两难问题：某些热带地区的发展需要砍伐部分雨林来获取土地或资源。请尝试从“发展需求”和“生态保护”两个角度进行分析，并提出一个你认为相对平衡的建议。七、本节知识清单及拓展

1.★热带雨林分布：主要分布在赤道附近南北纬10度之间，如南美洲亚马逊盆地、非洲刚果盆地、东南亚群岛。这里是高温多雨气候的产物。

2.★“地球之肺”比喻：形象地概括了热带雨林通过强大的生命活动，吸收大量二氧化碳、释放氧气，对全球大气成分起到重要调节作用的功能。

3.★★固碳：指生态系统吸收大气中的二氧化碳，并将其转化为有机碳固定在生物体和土壤中的过程。是缓解温室效应的关键自然机制。

4.★★光合作用（公式）：6CO₂+6H₂O光能、叶绿体>C₆H₁₂O₆+6O₂。这是实现固碳最根本的生化反应，碳从无机气体转化为有机物质。

5.★生物量：一个生态系统或群落中，单位面积内所有活生物体的干重。热带雨林拥有地球上最高的陆地生物量，意味着其碳储量巨大。

6.★碳库：指储存碳的场所。热带雨林是极其重要的陆地生物碳库，其碳储量主要存在于树木的木质部以及深厚的枯枝落叶和土壤有机质中。

7.★★雨林碳循环简化模型：一个包含“大气CO₂→（光合作用）→植物体内碳→（取食/死亡）→动物体内碳/土壤碳→（呼吸作用/分解/燃烧）→大气CO₂”的动态循环系统。理解关键在于各环节的连通与平衡。

8.▲呼吸作用与分解：植物、动物和微生物通过呼吸作用，将有机物氧化分解，释放CO₂返回大气。分解者（细菌、真菌）将枯落物、尸体分解，也是碳返回大气的重要途径。

9.★净固碳能力：生态系统吸收的碳量与释放的碳量之差。健康、生长的热带雨林净固碳能力为正值，是强大的“碳汇”。

10.★★生态服务功能：指生态系统为人类提供的各种惠益。雨林的固碳功能是其重要的“调节服务”，具有全球性价值，无法用局部经济价值衡量。

11.★毁林（尤其是焚烧）的影响：直接导致生物碳库迅速损失，并通过燃烧将储存的碳以CO₂形式大量、快速地释放回大气，严重破坏碳循环平衡，加剧温室效应。

12.★人地协调观：认识到人类社会经济活动（如毁林开荒）与自然环境（全球碳循环、气候）之间存在深刻的相互影响。保护雨林是实现可持续发展、应对全球气候变化的关键行动之一。

13.▲碳汇与碳源：碳汇是指吸收并储存碳的体系（如森林、海洋）；碳源是指向大气释放碳的体系（如化石燃料燃烧、毁林）。同一系统在不同条件下可能扮演不同角色。

14.▲遥感监测：现代地理学利用卫星遥感技术，可以大范围、动态地监测热带雨林的面积变化、生物量估算，为评估其固碳能力和保护成效提供科学数据。

15.▲跨学科本质：完整理解“雨林固碳”涉及地理学（分布、空间尺度）、生物学（生理过程、生态过程）、化学（物质转化）、物理学（能量流动）等多学科知识，是典型的综合性议题。八、教学反思

（一）教学目标达成度分析：从当堂巩固训练的完成情况和课堂讨论的深度来看，知识目标与能力目标达成度较高。绝大多数学生能准确表述固碳原理，并能在模型框架下进行合理推演。情感态度目标通过震撼的数据和最后的反思环节得到了有效渗透，学生在分享“碳原子故事”和讨论保护措施时表现出了真切的关注。科学思维目标中，“模型思维”的构建过程较为扎实，但“系统思维”中对各环节反馈循环的复杂性（如土壤碳库的长期动态）涉及较浅，这是基于学情的合理取舍。元认知目标通过概念图绘制得以初步落实，但如何让学生更清晰地意识到自己思维策略的变化，仍需设计更精细的反思引导语。

（二）核心教学环节有效性评估：

1.导入环节：以“个人碳足迹”与“遥远雨林”建立联系，成功制造了认知冲突和探究悬念。“我们呼出的气，可能正飘向那里……”这句话起到了很好的情感连接作用。驱动性问题清晰有力。

2.任务二与任务三（原理探究与模型构建）：这是本节课的“脊柱”。动画可视化破解了抽象难点；从部分到系统的拼图活动，将静态知识转化为动态建构过程，学生参与度高，课堂上有小组为“呼吸作用的箭头该画多粗”而争论，这正是深度思考的表现。我意识到，提供的关键词卡片起到了关键的“词汇脚手架