初中八年级科学《光合与呼吸：物质能量转化》教案

初中八年级科学《光合与呼吸：物质能量转化》教案

一、课程基本信息与设计理念

【基础】课程名称：光合作用与呼吸作用（第4章第4节）

【基础】授课年级：初中二年级（八年级）

【基础】教材版本：华东师范大学出版社初中科学八年级上册（浙江专用）

【基础】课时安排：3课时（每课时45分钟）

【基础】授课教师：[此处填写教师姓名]

【设计理念】本教学设计严格遵循《义务教育科学课程标准（2022年版）》的核心素养导向，以“物质与能量守恒”这一跨学科大概念为统领，摒弃传统的知识点罗列与灌输模式，转向“大单元、真情境、探究式”的教学范式。课程以浙江省内典型的农业生产（如台州黄岩蜜橘、嘉兴大棚葡萄、丽水高山蔬菜）为真实问题情境链，引导学生在解决实际问题的过程中，自主建构光合作用与呼吸作用的核心概念，深刻理解二者既对立又统一的辩证关系。教学实施过程中，深度融合工程学思想，通过模型建构（如设计智能大棚模型）、实验探究（如探究呼吸作用的产物），培养学生的科学思维、科学探究能力及社会责任感，实现“知行合一、学以致用”的育人目标。

二、教学背景分析

（一）教材内容分析

本节内容是华东师大版八年级上册第4章《植物的物质和能量的转化》的核心与高潮。在此之前，学生已学习了植物的水分代谢、无机盐吸收等知识，为本节理解物质运输奠定了基础。本节将视角从物质的吸收提升至物质的合成与分解、能量的储存与释放，揭示了植物生命活动的本质特征。教材首先通过经典实验（如普利斯特利实验、萨克斯实验）的再现，引导学生探究光合作用的原料、产物、条件和场所，进而归纳出光合作用的概念、表达式及意义。随后，通过探究植物的呼吸作用，证明呼吸作用是有机物分解、释放能量的过程，同样归纳出其概念、表达式及意义。最后，通过对比表格，引导学生厘清光合作用和呼吸作用的区别与联系，并将其原理应用于农业生产实践。

【重要】【高频考点】本节内容整合了植物生理学两大核心过程，知识点密集，逻辑性强，既是解释自然界碳氧平衡、能量流动的理论基础，也是历年浙江省各地市中考科学（或生物）的必考内容，常以实验探究、图表分析、生产应用等形式出现。

（二）学情分析

【基础】知识储备：八年级学生已经具备了一定的生物学基础知识，如细胞结构（叶绿体、线粒体）、有机物、无机物等概念，对生活中的植物生长现象有直观感受，但对其内在的生理机制了解甚少。

能力水平：学生的形象思维依然占据主导，但抽象逻辑思维开始迅速发展。他们具备初步的实验观察、数据记录和分析能力，但设计对照实验、控制变量、得出严谨结论的探究能力尚需系统培养。在跨学科整合（如运用化学方程式表示物质转化、运用物理能量观理解能量变化）方面存在一定的认知跨度。

【难点】认知障碍：学生容易将光合作用与呼吸作用割裂开来，难以理解二者在时间上相继、在空间上共存、在物质和能量上互为逆过程的辩证统一关系。尤其是呼吸作用“为生命活动提供能量”这一意义，以及有机物中化学能的释放与转移，是较为抽象的难点。

（三）浙江本土教学资源挖掘

【特色融入】浙江省素有“七山一水二分田”之称，农业资源丰富，为科学教学提供了鲜活的情境。

台州黄岩蜜橘：作为中国蜜橘之乡，其独特的口感与当地气候、土壤条件密切相关。可引导学生探究光照、昼夜温差对柑橘糖分积累的影响。

嘉兴大棚葡萄：嘉兴是江南葡萄主产区，大棚种植技术广泛应用。可引导学生探究如何通过调控温、光、水、气、肥来提升葡萄品质与产量。

丽水高山蔬菜：利用海拔高、昼夜温差大的特点，种植错季蔬菜。可引导学生分析高山环境如何影响作物的光合与呼吸速率。

三、教学目标（核心素养导向）

（一）科学观念

通过实验探究与理论学习，【重要】初步建立“物质与能量观”，认识到植物的生命活动伴随着物质的转化和能量的流动，光合作用固定太阳能、合成有机物，呼吸作用则分解有机物、释放能量供生命活动利用。理解生物圈中的碳氧平衡依赖于植物的光合作用和呼吸作用来维持。

（二）科学思维

能够运用归纳、演绎、比较、分类等思维方法，【基础】分析光合作用和呼吸作用的实验现象，推导并概括出两者的概念、表达式及其内在联系。能够基于证据（如实验现象、数据）进行逻辑推理，解释生产生活中的实际问题，培养批判性思维和模型建构能力。

（三）科学探究

【核心】经历“提出问题—作出假设—制定计划—实施计划—得出结论—表达交流”的科学探究全过程。重点训练设计对照实验、控制变量、观察记录、分析数据的技能。通过小组合作探究“影响光合/呼吸作用的因素”，培养团队协作与沟通能力。

（四）科学态度与社会责任

【育人价值】在探究活动中养成严谨求实、敢于质疑、勇于创新的科学态度。通过了解植物生理学原理在农业生产（如浙江特色农业）中的应用，【热点】体会科学技术对社会发展的推动作用，增强热爱家乡、关注“三农”、节约粮食、保护生态环境的社会责任感。理解“双碳”战略背景下植物在维持碳氧平衡中的重要作用。

四、教学重难点

【基础】教学重点：

1.通过探究实验，归纳光合作用的原料、产物、条件和场所。

2.通过探究实验，归纳呼吸作用的原料、产物、条件和场所。

3.理解光合作用和呼吸作用的基本概念，并能正确书写表达式。

【难点】教学难点：

1.设计并实施规范的对照实验，如验证光合作用产生淀粉、需要二氧化碳，或呼吸作用释放二氧化碳、消耗氧气。

2.【重要】从物质转变和能量转化的角度，深刻理解光合作用和呼吸作用之间既相互对立又相互依赖的辩证统一关系。

3.【高频考点】运用光合作用和呼吸作用的原理解释并解决农业生产实践（如合理密植、提高大棚作物产量、粮食储存等）中的具体问题。

五、教学准备

（一）教师准备

多媒体课件（含普利斯特利实验、萨克斯实验、海尔蒙特实验的动画或视频；浙江特色农业图片、视频资料）；【实验材料】天竺葵（或银边天竺葵）、黑纸片、回形针、酒精、碘液、小烧杯、大烧杯、酒精灯、三脚架、石棉网、火柴、清水；萌发的种子（如黄豆）、煮熟的种子、保温瓶、温度计、澄清石灰水、漏斗、锥形瓶、燃烧的蜡烛、广口瓶、黑布或遮光袋；【模型材料】卡纸、吸管、黏土、LED小灯珠、小型风扇等（供学生搭建智能大棚模型用）。

（二）学生准备

预习教材，完成预习学案；以小组为单位，收集一种浙江特色农产品（如杨梅、枇杷、茶叶等）的种植或储存资料；准备小组合作探究的初步方案。

六、教学实施过程（核心环节，占3课时）

第一课时：追寻绿色工厂的奥秘——光合作用的探究之旅

（一）【基础】创设情境，唤醒经验：浙江的“甜蜜”从何而来？（5分钟）

【真实情境导入】课堂伊始，多媒体展示一组精美的浙江特产图片：黄岩蜜橘挂满枝头，慈溪杨梅红艳诱人，余姚瀑布茶青翠欲滴。教师提出问题：“同学们，我们浙江物产丰饶，这些农产品为什么如此甘甜、营养？这种‘甜蜜’的物质是什么？它是怎么制造出来的？它的‘原料’从哪来？‘工厂’又在哪？”以此激发学生探究欲望，引出对光合作用的探索。

（二）【基础】追溯历史，像科学家一样思考：构建光合作用雏形（10分钟）

【科学史话】教师引导学生穿越时空，重温几位科学家的经典实验：

1.海尔蒙特实验：引导学生分析柳树增重与土壤减少量之间的巨大差异，【重要】得出植物增重主要来源于水（当时结论），引发对“还有哪种物质参与”的思考。

2.普利斯特利实验：播放经典实验动画，引导学生观察蜡烛熄灭、小鼠窒息与植物存在的辩证关系，【难点】初步构建“植物可以更新空气”的模糊概念，即植物能吸收二氧化碳，释放氧气。

3.英格豪斯实验：补充说明光的重要性，将实验从室内带到阳光下，发现植物的“更新”作用需要光。

通过科学史的串联，学生归纳出光合作用可能涉及水、二氧化碳、光、氧气，但核心产物是什么尚不明确。

（三）【核心】实验探究一：破解产物之谜——验证光合作用产生淀粉（20分钟）

【分组实验】教师以“那么，植物制造的有机物到底是什么？我们用实验来验证”过渡，引入萨克斯实验的改良版。

【难点突破】强调实验设计的严谨性：

1.【重要】暗处理：为什么要将天竺葵放在黑暗处一昼夜？（消耗叶片中原有的淀粉，避免干扰实验结果，体现控制变量思想）

2.设置对照：为什么叶片要部分遮光，部分曝光？（形成有光与无光的对照，自变量是光，因变量是淀粉的生成）

3.酒精脱色：为什么要用酒精隔水加热？（因为叶绿素溶解于酒精，叶片脱色后便于观察碘液染色后的颜色变化，隔水加热为了防火）

4.碘液染色：滴加碘液后，观察到什么现象？（见光部分变蓝，遮光部分不变蓝）

【结论】师生共同得出结论：【基础】淀粉是光合作用的产物之一，光是光合作用的必要条件。

（四）【总结提升】模型初建与首课小结（5分钟）

引导学生初步构建光合作用反应式雏形：水+二氧化碳——(光、叶绿体)——>淀粉（储存能量）+氧气。并布置课后思考：“如果我想证明光合作用还需要二氧化碳，应该如何设计实验？”为下节课埋下伏笔。

第二课时：揭秘绿色工厂的运作——光合作用的深入与呼吸作用的发现

（一）【基础】温故知新，方案设计（10分钟）

【小组讨论】回顾上节课结论，围绕课后思考题“如何证明光合作用需要二氧化碳？”各小组展示设计方案。教师选取典型方案进行点评，引导学生认识到设置对照实验的关键在于控制其他变量相同（光照、温度、水分等），只改变二氧化碳这一变量（如利用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，清水作为对照）。

【实验验证】由于课时限制，教师可播放预先录制好的“验证光合作用需要二氧化碳”的实验视频，引导学生观察现象（有二氧化碳的叶片遇碘变蓝，无二氧化碳的不变蓝）。从而完善光合作用的原料，【重要】正式得出并板书光合作用的文字表达式和化学方程式（此时可引入CH2O或C6H12O6表示有机物，但不深入讲解葡萄糖结构）。

（二）【难点】模型完善，能量视角的引入（5分钟）

引导学生思考：淀粉中储存了什么？（能量）能量从何而来？（光能）从而在表达式中补充能量的变化：光能→化学能（储存在有机物中），构建完整的“物质与能量观”模型。

（三）【情境转折】从白天到黑夜：绿色工厂的“另一面”（5分钟）

教师再次展示大棚葡萄或山区菜地的情境，提出一个矛盾的问题：“白天阳光明媚，植物进行光合作用，为我们制造有机物。那么，晚上没有光的时候，植物就‘休息’了吗？它会和动物一样有呼吸作用吗？如果植物也有呼吸作用，它会不会和我们争夺氧气呢？”通过这些问题，制造认知冲突，自然过渡到呼吸作用的学习。

（四）【核心】实验探究二：探寻生命活动的“动力”——探究植物的呼吸作用（20分钟）

【分组实验】以小组为单位，利用萌发的种子和煮熟的种子，设置三组对照实验，分别探究呼吸作用的三个重要现象：

1.探究一：种子萌发时是否放热？

【操作】在两个保温瓶中分别插入温度计，一瓶放入萌发的种子，一瓶放入等量的煮熟的种子。记录起始温度，一段时间后观察温度变化。

【现象】萌发种子的温度计示数明显升高。

【结论】【重要】呼吸作用释放能量，其中一部分以热能形式散失。

2.探究二：种子萌发时是否产生二氧化碳？

【操作】将萌发种子和煮熟种子分别装入广口瓶，密封一段时间。然后将燃烧的蜡烛迅速放入瓶内，观察蜡烛燃烧情况。或者用软管将瓶内气体通入澄清石灰水。

【现象】萌发种子瓶中的蜡烛熄灭（或石灰水变浑浊），煮熟种子瓶中蜡烛继续燃烧（石灰水不变）。

【结论】【重要】【高频考点】呼吸作用消耗氧气，产生二氧化碳。

（教师需强调，煮熟种子因细胞死亡，不进行呼吸作用，起对照作用）

（五）【总结与质疑】初步构建呼吸作用模型（5分钟）

引导学生根据实验现象，尝试构建呼吸作用的表达式：有机物+氧气→二氧化碳+水+能量。并强调呼吸作用的场所是所有的活细胞（主要在线粒体）。同时，提出新问题：呼吸作用释放的能量除了变成热能散失，还有什么作用？

第三课时：一分为二看世界——光合作用与呼吸作用的辩证统一及应用

（一）【基础】完善模型，探明能量去向（5分钟）

承接上节课问题，教师引导学生阅读教材或观看动画，理解呼吸作用释放的能量中，一部分用于植物的各项生命活动，如细胞分裂、物质运输、矿物质吸收、有机物合成等。从而完善呼吸作用的意义：为生命活动提供动力。

（二）【难点】概念辨析：光合作用vs呼吸作用——一场生命的“双人舞”（15分钟）

【小组合作】教师发放大号卡纸和彩笔，要求各小组从场所、条件、原料、产物、物质变化、能量变化、实质等多个维度，构建光合作用与呼吸作用的对比概念图。

【成果展示与点评】各小组上台展示成果，师生共同评价，最终形成一张清晰、完整的对比表格，粘贴于教室一角。教师引导学生重点讨论以下深度问题：

1.为什么说光合作用和呼吸作用在物质上相互依赖？（光合作用的原料是呼吸作用的产物，呼吸作用的原料是光合作用的产物）

2.为什么说它们在能量上相反？（光合作用储存能量，呼吸作用释放能量）

3.【热点】大棚种植中，为什么白天要适当提高温度，晚上要适当降低温度？（白天升温促进光合作用合成更多有机物，晚上降温抑制呼吸作用，减少有机物消耗，从而增加产量。这是新疆瓜果甜、高山蔬菜口感好的科学解释。）

4.我们常说森林是“地球之肺”，这体现了植物的什么作用？（既体现了光合作用吸收二氧化碳释放氧气，维持碳氧平衡；也体现了呼吸作用时刻在为自身生命活动提供能量。）

（三）【素养升华】学以致用：我是“浙江新农人”（15分钟）

【项目式学习】教师发布核心任务：“现在，我们家乡的农户遇到了几个问题，请你以农业技术员的身份，运用今天所学的知识，为他们设计解决方案。”

【任务分组】每个小组抽取一个任务卡：

1.任务一（黄岩蜜橘增产）：橘农王大爷发现自家橘园产量不如隔壁，请问有哪些措施可以提高橘子的产量？（指导要点：合理密植，充分利用光能；增施有机肥，通过微生物分解产生二氧化碳，提高光合作用效率；修剪枝叶，改善通风透光条件；等等）

2.任务二（嘉兴葡萄大棚管理）：李大叔的葡萄大棚里，尽管阳光充足，但葡萄品质不佳。请你为他设计一天之内（早、中、晚）大棚内的温度、通风管理策略。（指导要点：上午适时揭膜通风，补充二氧化碳；中午阳光过强时适当遮阴，防止“午休”现象；傍晚盖膜保温，利用夜间低温抑制呼吸作用；可引入二氧化碳发生器或施用气肥）

3.任务三（丽水高山蔬菜储存）：张阿姨种植的高山番茄大丰收，但运到山下市场后容易腐烂，卖相不好。请你为她提供科学的储存与保鲜建议。（指导要点：低温储存，抑制呼吸作用；降低氧气浓度（如气调包装），减少有机物消耗；保持干燥，抑制微生物繁殖；等等）

4.任务四（天台山森林保护）：某景区计划开发一片原始森林，作为游客露营基地。请你从生态平衡的角度，向景区管委会提出你的科学建议。（指导要点：森林在夜晚主要进行呼吸作用，会消耗氧气并释放二氧化碳，人群聚集露营存在缺氧风险；强调保护森林对于维持当地碳氧平衡、调节气候的重要性）

【分享交流】各小组派代表上台分享设计方案，其他小组和教师进行追问、补充和评价，评选出“最佳新农人团队”。

（四）【总结与展望】生命不息，转化不止（5分钟）

教师对本单元进行总结，再次强调“物质与能量转化”这一生命本质特征，肯定同学们运用科学知识解决真实问题的能力。最后，播放一段展现地球生物圈生机勃勃的短片，在壮美的音乐声中，寄语学生：“从一粒种子到参天大树，从一片绿叶到整个生物圈，光合作用与呼吸作用这对生命的‘双人舞’，无时无刻不在演绎着物质循环与能量流动的壮丽诗篇。希望同学们不仅掌握了科学知识，更懂得了敬畏生命、尊重自然、用科技创造美好未来的道理。”

七、板书设计

第4节光合作用与呼吸作用——生命物质与能量的转化

一、光合作用：制造有机物，储存能量

1.场所：叶绿体

2.条件：光

3.原料：二氧化碳+水

4.产物：有机物（淀粉）+氧气

5.能量变化：光能→化学能

6.表达式：CO2+H2O——(光、叶绿体)——>(CH2O)+O2

二、呼吸作用：分解有机物，释放能量

1.场所：所有活细胞（主要在线粒体）

2.条件：时时刻刻

3.原料：有机物+氧气

4.产物：二氧化碳+水+能量

5.能量变化：化学能→生命活动所需能量+热能

6.表达式：C6H12O6+6O2——>6CO2+6H2O+能量

三、【重要】【难点】辩证关系

1.区别：场所、条件、原料、产物、能量变化（板书对比箭头）

2.联系：

（1）物质上：相互依存，互为原料和产物。

（2）能量上：相互相反，储存与释放。

（3）生命活动：呼吸作用为光合作用及其他生命活动提供能量，光合作用为呼吸作用提供有机物。

3.农业生产应用：

（1）增产措施：合理密植、气肥法、增加光照、适宜温度……

（2）储存保鲜：低温、干燥、低氧……

（3）维持碳氧平衡