初中生物七年级《光合作用吸收二氧化碳释放氧气》教学设计

初中生物七年级《光合作用吸收二氧化碳释放氧气》教学设计

一、教学背景分析

（一）教材分析

【基础】【重要】本节课选自人教版初中生物七年级上册第三单元第五章第一节，是“绿色植物与生物圈中的碳-氧平衡”的开篇之作。它在学生学习了绿色植物的蒸腾作用之后，进一步深入探究植物的生理功能，为后续学习“绿色植物的呼吸作用”以及理解生物圈中的物质循环和能量流动奠定坚实的基础。本节课的核心内容在于阐明绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳、释放氧气的过程，从宏观实验现象深入到微观机制理解，是构建“生物圈中的人”与“环境”之间关系的关键桥梁，具有承上启下的重要地位。

（二）学情分析

【基础】七年级学生正处于形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，对周围世界充满好奇，尤其是对实验现象具有浓厚的兴趣。他们通过小学科学课程和日常生活经验，已经知道植物生长需要阳光，也知道植物的光合作用能产生氧气，但这种认知往往是零散的、感性的，缺乏对背后原理的深入理解和系统性建构。学生对于“二氧化碳如何被吸收”、“氧气如何产生”等微观过程存在认知困难，且尚未建立起“物质和能量”相统一的科学观念。因此，教学设计需从直观的实验现象入手，引导学生通过观察、分析、推理，逐步构建光合作用的概念模型。

二、教学目标与核心素养

（一）生命观念

【核心素养核心】通过探究光合作用吸收二氧化碳、释放氧气的实质，理解绿色植物作为生产者，在将无机物合成有机物的同时，实现了能量转换和物质贮存，初步建立“物质与能量观”，认识到生命的独特性在于能够利用无机物制造自身所需的有机物。

（二）科学思维

【关键能力基础】通过对普利斯特利经典实验的再分析和海尔蒙特实验的解读，能够运用归纳、概括、演绎等方法，初步分析实验现象背后的本质，推断光合作用的原料和产物。通过对“二氧化碳是光合作用必需原料”和“氧气是光合作用产物”的探究实验设计，培养控制变量、设计对照实验的科学探究能力和逻辑思维能力。

（三）科学探究

【高频考点必考】能够设计并实施验证“二氧化碳是光合作用原料”的探究实验（如利用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳），规范操作碘液染色等步骤，观察并记录实验现象，得出科学结论。在此过程中，发展动手实践能力和合作交流能力。

（四）社会责任

【热点】通过了解光合作用的发现史以及光合作用对维持生物圈碳-氧平衡的重要意义，形成保护森林、植树造林、低碳生活的生态意识和责任感，关注全球气候变化等环境问题，并愿意向他人宣传绿色植物在改善环境中的作用。

三、教学重难点

（一）教学重点

【重要】1.阐明绿色植物光合作用吸收二氧化碳、释放氧气的过程。2.说出二氧化碳是光合作用必需的原料，氧气是光合作用的产物。

（二）教学难点

【难点】【思维品质】1.设计对照实验，验证二氧化碳是光合作用的原料（特别是氢氧化钠溶液的使用及其对照组的设置）。2.从物质转变的角度理解光合作用的实质，初步建立光合作用的概念模型。

四、教学准备与课时安排

（一）课时安排：1课时（45分钟）

（二）教学准备：多媒体课件（包含普利斯特利实验动画、海尔蒙特实验数据、光合作用微观过程模拟动画）、课前培养的天然葵（或其他绿色植物）、黑纸、曲别针、烧杯、大烧杯或玻璃钟罩、酒精灯、三脚架、石棉网、酒精、碘液、小烧杯、培养皿、镊子、氢氧化钠溶液（教师演示或分组）、清水。

五、教学实施过程

（一）创设情境，导入新课（约3分钟）

【基础】【热点】教师通过多媒体展示一组对比鲜明的图片：一张是空气污染严重、灰蒙蒙的城市景象；另一张是郁郁葱葱、空气清新的森林或公园景象。同时，展示近年来全球二氧化碳浓度变化曲线图和“温室效应”相关的新闻报道截图。提出问题：“同学们，清新的空气和灰蒙蒙的天空，主要的差别之一就在于气体成分。是什么让森林里的空气如此清新？绿色植物在其中扮演了怎样至关重要的角色呢？”引导学生联系生活实际，意识到植物能“净化”空气。随后，教师讲述一个简短的故事：18世纪，英国科学家普利斯特利做了一个著名的实验，他将一只点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放在密闭的钟罩里，不久蜡烛熄灭，小白鼠也窒息而死。但他将一盆植物与点燃的蜡烛或小白鼠一同放入钟罩时，蜡烛能继续燃烧，小白鼠也能存活较长时间。这个实验说明了什么？学生初步感知到植物能够“更新”空气，进而引出本节课的核心问题：“植物到底‘更新’了空气中的什么成分？它又是如何‘更新’的？”从而自然导入课题——《光合作用吸收二氧化碳释放氧气》。

（二）回顾历史，经典实验再探究（约7分钟）

1.普利斯特利实验的深度剖析

【科学探究核心】【高频考点必考】教师并非简单呈现结论，而是引导学生对普利斯特利的实验进行批判性思考和推理。展示普利斯特利实验的简化示意图（四个装置：A.单独蜡烛；B.单独小白鼠；C.植物+蜡烛；D.植物+小白鼠）。提出问题串：

（1）装置A和B中，蜡烛为什么会熄灭？小白鼠为什么会死亡？（引导学生回答：密闭空间内氧气被消耗或二氧化碳积累过多）

（2）装置C和D中，为什么蜡烛能继续燃烧，小白鼠能存活？（引导学生推理：植物可能释放了氧气，或吸收了二氧化碳）

（3）【难点突破】普利斯特利的实验是否完全严谨？有没有可能存在其他我们没有观察到的变化？通过层层设问，引导学生认识到单一实验可能存在局限性，需要多角度、重复验证。教师此时补充介绍后续科学家的研究，说明普利斯特利实验的结论在当时也引发了广泛争议，因为有人重复实验却失败了。从而引导学生分析可能的原因（如光照条件不同、植物种类不同等），让学生明白科学结论的得出需要严谨的控制变量和可重复性验证，初步渗透科学史的教育价值。

2.海尔蒙特实验的启发

【重要】【基础】教师接着呈现海尔蒙特的柳树实验数据和关键步骤：他将一棵2.3kg的柳树种在90kg的干燥土壤中，只浇雨水，5年后柳树增重到76.7kg，而土壤只减少了0.1kg。提出问题：“海尔蒙特认为柳树增加的质量完全来源于水。他的结论正确吗？他忽略了什么？”引导学生讨论，意识到他只考虑了水，而忽略了空气（二氧化碳）的作用。这个实验虽然结论不全面，但它的重要意义在于，它用数据有力地证明了，植物生长所需的主要物质并非直接来自土壤，这就为后来科学家探索空气在植物建造自身过程中的作用开辟了道路，将学生的思维引向“空气”这个关键因素。

（三）聚焦问题，设计实验探究原料（约15分钟）

【难点】【高频考点必考】教师承接海尔蒙特的实验和普利斯特利的启发，明确指出：数百年的探索，科学家们逐渐聚焦到两个核心问题：（1）二氧化碳真的是光合作用的原料吗？（2）氧气真的是光合作用的产物吗？今天，我们就化身“小科学家”，亲自来验证这些问题。

3.探究：二氧化碳是光合作用必需的原料吗？

（1）明确实验目的，作出假设：教师引导学生明确实验要解决的问题，并让学生基于已有知识作出假设：二氧化碳是（或不是）光合作用的原料。

（2）小组合作，设计实验方案：【科学探究核心】这是本节课的教学难点。教师不直接给出方案，而是提供实验材料和关键提示，引导学生以小组为单位进行设计。提供的材料包括：长势相同的天然葵、两个透明密闭的玻璃钟罩、两个小烧杯、清水、氢氧化钠溶液（教师说明氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳）、碘液、酒精等。

教师的关键提示：

①如何设置对照实验？实验组和对照组除了一个变量不同外，其他条件应如何？（引导学生明确唯一变量是“有无二氧化碳”，对照组应放置清水，实验组放置氢氧化钠溶液以吸收二氧化碳。）

②如何确保植物在实验前已经耗尽自身原有的淀粉？（引导学生思考“暗处理”的目的和方法，即将实验植物放在黑暗处一昼夜，消耗掉叶片中原有的淀粉。）

③如何检测是否有淀粉生成？（复习巩固“淀粉遇碘变蓝”的特性，引导学生想到要用碘液染色。）

④实验过程中，对光照条件有什么要求？（必须保证充足的光照，以排除光照这一无关变量的干扰。）

（3）方案交流与完善：请1-2个小组代表分享他们的设计方案，全班共同讨论其科学性和可行性。教师重点点评变量控制是否得当、实验步骤是否清晰、检测方法是否正确，最终形成科学严谨的实验方案。

（4）方案实施（或模拟实施）：由于时间限制，教师可进行演示实验（提前准备已完成暗处理、光照、脱色等步骤的叶片），或利用高清视频展示实验的关键步骤和最终结果。引导学生观察：分别取实验组和对照组植物的一片叶子，经过酒精脱色、碘液染色后，颜色变化有何不同？（对照组叶片遇碘变蓝，说明进行了光合作用，产生了淀粉；实验组叶片遇碘不变蓝，说明没有淀粉产生，即没有进行光合作用。）

（5）得出结论：引导学生根据实验现象，得出结论：二氧化碳是光合作用必需的原料。

4.探究：氧气是光合作用的产物吗？

（1）设计思路引导：【重要】教师引导学生思考：验证产物，最直接的方法就是“看”能否收集到它。氧气我们看不见，但有什么特性可以帮助我们检测到它的存在？（引导学生回忆“氧气能助燃”，能使带火星的木条复燃。）

（2）经典实验再现：教师展示“金鱼藻在阳光下产生气泡”的实验装置图片或视频。提问：“收集到的气体如何验证？”引导学生说出用带火星的木条伸入试管口，观察木条是否复燃。教师可现场演示该实验，或播放清晰的实验视频，让学生亲眼见证氧气助燃的神奇现象。

（3）对照思维的再应用：【高频考点】教师追问：“仅凭这个实验，就能断定氧气一定是金鱼藻产生的吗？有没有可能是水里溶解的氧气受热释放出来的？”引导学生思考设置对照实验的重要性。应该设置怎样的对照？引导学生提出：应该再设置一个同样的装置，但置于黑暗处，其他条件相同。如果黑暗中的金鱼藻不产生气泡或气泡极少，且收集到的气体不能使带火星的木条复燃，才能更有力地证明氧气确实是光合作用在光下产生的。通过这个讨论，进一步强化学生的对照实验设计意识。

（四）微观探秘，揭示机制建构概念（约12分钟）

5.气孔：气体进出的“门户”

【基础】【重要】在宏观实验的基础上，教师将视角引向微观。提问：“二氧化碳从哪里进入叶片？氧气又是从哪里释放出来的？”引导学生回忆叶片的结构，引出“气孔”。教师展示气孔的显微图片或3D动画模型，讲解保卫细胞控制气孔开闭的原理。引导学生理解：气孔不仅是水蒸气蒸腾作用的通道，也是植物与外界进行气体交换的“大门”——二氧化碳从气孔进入叶片内部，氧气从气孔释放到大气中。

6.叶绿体：物质变化的“车间”

【核心素养核心】教师进一步深入：“二氧化碳进入叶片后，到底在哪里被消耗，又是如何变成有机物的呢？”引导学生回顾“绿叶在光下制造有机物”的实验，明确光合作用的场所是叶绿体。教师利用多媒体动画，生动形象地展示光合作用的微观过程：在叶绿体这个精巧的“车间”里，在光能驱动下，以从气孔吸收的二氧化碳和通过根系吸收的水为原料，经过一系列复杂而有序的化学反应，最终生成了富含能量的有机物（主要是淀粉），并在这个过程中，将“用不完”的氧原子结合成氧气，从气孔释放出去。动画要突出光能的作用，以及物质从无机物到有机物的转变过程。

7.归纳总结，构建概念模型

【重要】【高频考点】基于以上层层递进的探究和微观机制的解析，教师引导学生尝试用文字和箭头，归纳出光合作用的概念、原料、产物、条件、场所，并尝试写出简单的反应式。最终在师生共同总结下，清晰呈现出光合作用的实质：

概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成贮存着能量的有机物（主要是淀粉），并且释放氧气的过程。

反应式：二氧化碳+水—（光能、叶绿体）→有机物（贮存能量）+氧气

教师在此处强调：【高频考点必考】光合作用的实质包含两个方面：一是物质转变，把简单的无机物（二氧化碳、水）制造成复杂的有机物（淀粉），并释放氧气；二是能量转换，把光能转变为化学能，贮存在有机物中。

（五）联系实际，迁移应用与拓展（约6分钟）

8.解读资料，深化碳-氧平衡观

【热点】【社会责任】教师展示“温室效应”、“全球变暖”、“碳中和”等当今社会的热点词汇和相关数据图表。引导学生结合本节课所学知识进行讨论：

（1）为什么我们常说“森林是地球之肺”？（因为森林通过光合作用大量吸收二氧化碳，释放氧气，维持了大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定，即碳-氧平衡。）

（2）作为青少年，我们能为维持碳-氧平衡做些什么？（倡导低碳生活：节约用纸、爱护花草树木、多植树造林、绿色出行等。）通过讨论，将所学知识与社会责任紧密联系，提升学生的生态意识和环保行动意愿。

9.学以致用，解决实际问题

【难点】【重要】教师提出一些实际问题，检验学生知识迁移能力：

（1）为什么新疆的哈密瓜、吐鲁番的葡萄特别甜？（引导学生分析：当地光照强、昼夜温差大，白天光合作用强，制造的有机物多；夜晚温度低，呼吸作用弱，消耗的有机物少。这样有机物积累多，所以瓜果特别甜。）

（2）在农业生产上，为什么提倡“正其行，通其风”？（引导分析：通风能增加作物周围二氧化碳浓度，从而提高光合作用效率，增加产量。）

（3）卧室里摆放很多绿色植物，你认为合适吗？为什么？（引导学生思考：晚上无光时，植物主要进行呼吸作用，消耗氧气，释放二氧化碳，会与人争夺氧气，因此卧室不宜摆放过多植物。）

（六）课堂小结与作业布置（约2分钟）

10.课堂小结

【基础】教师引导学生回顾本节课的探究历程：从历史实验的启发，到设计实验验证原料和产物，再到深入微观机制揭示本质，最后联系实际应用。再次强调光合作用的物质转变和能量转换两大实质，并重申其在生物圈中的重要意义。

11.作业布置

（1）基础性作业：【基础】完成课后练习题，重点复习光合作用的概念、原料、产物、条件、场所及反应式。

（2）探究性作业：【难点】【热点】请设计一个家庭小实验，探究“不同颜色的光对金鱼藻光合作用产生氧气速率的影响”。写出你的实验设计思路、预期结果及结论，并与同学交流。（此题旨在引导学生将课堂所学探究方法