初中六年级生物（鲁科版五四制）下册《碳氧天平上的绿色功臣-探究光合作用的原料与产物》导学案

初中六年级生物（鲁科版五四制）下册《碳氧天平上的绿色功臣——探究光合作用的原料与产物》导学案

一、基于课程标准的核心素养再定位：本节课的教学设计严格依据《义务教育生物学课程标准（2022年版）》中对于“生物圈中的绿色植物”主题的要求，不仅停留在知识的传授，更着力于核心素养的落地。课程旨在通过科学探究史的重演与关键实验的重构，培养学生“生命观念”中关于物质与能量观的认识（光合作用中的物质转化与能量转换）；通过变量控制和方案设计，发展学生的“科学思维”与“探究实践”能力；通过理解绿色植物在维持碳—氧平衡中的核心作用，强化学生的“社会责任”意识，将学科育人价值贯穿始终。

二、教材与学情的深度解构：本节课选自鲁科版五四制六年级下册第三单元第五章第一节，是连接“生物圈中的绿色植物”与“生物圈中的人”的关键纽带。此前学生已学习过细胞的结构及绿色植物的蒸腾作用，但对植物生理功能的深层机制尚不清晰。六年级学生正处于形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期，他们对自然现象充满好奇，特别是对“植物如何养活自己”有着本能的探究欲，但缺乏严谨的实验设计能力和对化学知识的储备。因此，本节课将充分利用学生的前科学概念（如“植物生长只需要水和土”），制造认知冲突，引导他们像科学家一样思考，在探究中构建新知。

三、教学目标（暨学习目标）：1.【基础】通过观察演示实验和分组实验，能够准确阐述海尔蒙特、普利斯特利实验的结论与局限，独立书写光合作用的文字表达式。【重要】2.【能力】通过对“二氧化碳是光合作用必需原料吗？”这一核心问题的探究，学会运用控制变量法设计对照实验，并能预期实验结果，提升科学探究能力。【高频考点】3.【素养】通过分析“碳中和”目标下的生产实践案例，认同绿色植物在维持生物圈碳—氧平衡中的核心地位，形成保护环境的责任感。【热点】

四、教学重难点处理策略：重点在于光合作用原料、产物的探究过程及概念的构建。难点在于探究实验中变量的控制（特别是化学方法吸收二氧化碳）以及从现象到本质的逻辑推理。突破策略：采用“问题链驱动+可视化思维”模式，将复杂的实验设计分解为阶梯式问题，辅以动态板书和虚拟仿真实验，化抽象为具体。

五、教学方法与准备：教法上采用“探究—建构”教学法，结合跨学科融合（化学知识辅助）与项目式学习理念。学法上倡导小组合作、模型建构与科学论证。准备材料包括：金鱼藻、大烧杯、漏斗、试管、卫生香、碘液、氢氧化钠溶液（强调安全）、碳酸氢钠溶液、黑纸、酒精灯、不同波长的LED光源、智能光照传感器（数字化探究）、关于普利斯特利实验的数字化史料、碳中和相关视频。

六、教学实施过程（核心环节）

（一）创设情境，破旧立新——从“土壤本源说”到“海尔蒙特的困惑”（约8分钟）

教学从一段引人深思的旁白开始：“同学们，如果我问‘树木吃什么’，你们脑海中浮现的第一个答案是什么？”大部分学生基于直觉会回答“水和肥料（无机盐）”。此时，教师展示经典的海尔蒙特柳树实验动画示意图：一个木桶，栽种2.5kg柳树，桶内是90kg烘干土壤，只浇雨水。时光荏苒，5年后柳树长到85kg，而土壤仅仅减少了60g。【非常重要】

教师抛出第一个思辨性问题：“海尔蒙特据此认为，柳树增重90%以上来自于水。你完全同意他的结论吗？如果不同意，他忽略了什么？”学生们会迅速指出他忽略了“空气”的作用。教师进一步追问：“空气成分复杂，是氮气、氧气还是二氧化碳在起作用？海尔蒙特受限于时代背景没有化学知识，但今天的我们拥有更丰富的知识储备，我们就来当一回‘科学侦探’，揭秘植物体重的真正来源。”这个导入环节不仅回顾了科学史，更重要的是引导学生敢于质疑权威，并明确了本节课的核心探究方向——气体在植物生长中的作用，渗透了“物质与能量观”中物质来源的多样性。

（二）穿越时空的对话——重构普利斯特利实验的逻辑链（约12分钟）

此环节不再简单地播放视频，而是采用“沉浸式推理”的方式。教师展示三组数字化复原的实验场景（动态图或交互式白板）【重要】。

场景一：密闭玻璃罩+点燃蜡烛→蜡烛熄灭；密闭玻璃罩+小鼠→小鼠死亡。教师提问：“这两个实验的共同结果是什么？原因何在？”（学生：氧气耗尽，或二氧化碳过多导致窒息）。此环节复习了燃烧与呼吸的常识，引出“空气污浊”的概念。

场景二：密闭玻璃罩+点燃蜡烛+绿色植物→蜡烛持续燃烧。教师追问：“奇迹发生了！蜡烛为什么不灭？这说明了什么？”（学生：植物更新了空气，产生了氧气）。

场景三：密闭玻璃罩+小鼠+绿色植物→小鼠存活。教师进一步引导：“现在，密闭系统中的小鼠、植物和蜡烛能共存，能量流动和物质循环是如何实现的？你能用箭头画出这个微型生态系统中的气体流动方向吗？”学生在学案上绘制，教师展示典型作品。

通过层层递进的追问，学生不仅得出了“植物能吸收二氧化碳释放氧气”的结论，更深刻理解了对照实验的设计逻辑。此时，教师适时引入现代科学结论：蜡烛燃烧、动物呼吸会产生二氧化碳，植物进行光合作用消耗二氧化碳并释放氧气。同时，将普利斯特利的结论升华为本节课的核心探究课题：二氧化碳是光合作用的必需原料吗？氧气又是光合作用的产物吗？【高频考点】

（三）探究一：探秘原料——二氧化碳是光合作用的“面包”吗？（约18分钟）

这是本节课的思维巅峰，也是难点突破的关键。教师并不直接给出实验步骤，而是提供“脚手架”式材料与任务。

任务驱动：教师提供两株同种且长势一致的天竺葵（经过暗处理）、两个大的透明密闭玻璃罩、两个小烧杯、清水、氢氧化钠溶液（教师简要说明其化学性质：能吸收二氧化碳，具有腐蚀性需小心）、碘液、酒精等。

问题链引导：教师提出一系列环环相扣的问题，引导小组合作设计实验方案。【难点】

1.我们探究的问题是“二氧化碳是不是光合作用的原料”，那么实验的变量是什么？（学生：有无二氧化碳）

2.如何在密闭的玻璃罩中创造一个“无二氧化碳”的环境和一个“有二氧化碳”的对照环境？（学生讨论后明确：一个罩内放一杯氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，为实验组；另一个罩内放一杯清水，不吸收二氧化碳，为对照组。）

3.为什么要将两盆植物在光照下放置相同时间，然后用酒精脱色、碘液染色？（检验淀粉的产生，淀粉是有机物的产物，其有无可间接证明光合作用是否发生。）

4.最关键的一步：如何确保叶片原有的淀粉不影响实验结果？（学生回忆旧知：需要在实验前将植物放在黑暗处一昼夜，进行“饥饿处理”，消耗掉原有淀粉。）

方案展示与论证：各小组派代表展示本组的设计图，并说明预期的实验结果（放清水的叶片遇碘变蓝，放氢氧化钠的叶片遇碘不变蓝）。教师引导学生互相质疑与补充，重点讨论装置的密封性如何保证，以及为什么要用同一种植物同一部位的叶片。最终在全班达成共识后，教师利用数字化传感器或提前录制好的高清实验视频展示真实结果，当看到“有二氧化碳的叶片变蓝，无二氧化碳的叶片不变蓝”时，学生的逻辑推理得到了实证的支持，成就感油然而生。【非常重要】

结论生成：学生自然得出“二氧化碳是光合作用必需的原料”这一核心结论。

（四）探究二：揭秘产物——试管中的“生命之火”（约10分钟）

光合作用产生氧气，这部分实验现象直观，是激发学生热情的好时机。本环节采用“演示实验+现象追问”的形式，并融入跨学科知识。

教师现场演示经典的“金鱼藻产氧”实验（若条件有限则播放高清微距摄像视频）。将金鱼藻放入盛有清水（可添加少量碳酸氢钠以增加二氧化碳浓度）的大烧杯中，用短颈漏斗罩住金鱼藻，再将一支充满水的试管倒扣在漏斗颈上。将装置置于强光下。【基础】

观察与操作：不久，学生惊讶地看到金鱼藻表面冒出成串的细密气泡，气泡上升并聚集在试管顶部，将水排出。当气体收集到约1/2试管时，教师轻轻旋转试管，使水封住管口，在水中用胶塞塞紧试管取出。然后，将一支带有余烬的卫生香（强调安全）迅速插入试管。

奇迹时刻：余烬的卫生香瞬间复燃，发出明亮的光甚至轻微的爆燃声！【重要】教师追问：“这个现象说明了什么？”（学生：这种气体具有助燃性，是氧气！）教师再问：“如果没有光照，这个装置还能收集到气泡吗？为什么？”（学生：不能，因为光是光合作用的条件。）

此环节通过直观的视觉冲击，将“氧气助燃”的化学性质与光合作用产物生物学知识无缝衔接，让学生在震撼中牢固记忆“氧气是光合作用的产物”。【高频考点】

（五）建模与表达——构建光合作用的“通用公式”（约5分钟）

在完成原料和产物的探究后，学生已经有了丰富的感性认识和理性数据。此时，教师引导学生回顾小学科学及前面章节学过的“水是原料”、“叶绿体是场所”、“光为条件”等知识点，将碎片化的信息整合起来。

思维建模：教师让学生在黑板或平板上，用文字和箭头将刚才所学串联起来。从“二氧化碳+水”开始，在“光”和“叶绿体”的驱动下，生成“有机物（主要是淀粉）+氧气”。同时，教师引导学生标注出能量变化：光能转化为储存在有机物中的化学能。

教师最终在黑板上呈现出标准的光合作用表达式，并强调：这是一个极其精巧的物质合成与能量转换过程，是所有生物（包括人类）赖以生存的基础。至此，光合作用的概念完整构建。【非常重要】

（六）学以致用，拥抱热点——从光合作用到“碳中和”（约7分钟）

生物教学不能脱离生活实际，尤其要回应时代关