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北师大最新版大单元设计案例
4.3 植物通过光合作用和呼吸作用获得生命活动必需的物质和能量，有助于维持生物圈中的碳氧平衡
一、单元（或主题）教学设计说明：
本单元对应《义务教育生物学课程标准（2022年版）》学习主题四“植物的生活”，需要帮助学生形成重要概念4.3 植物通过光合作用和呼吸作用获得生命活动必需的物质和能量，有助于维持生物圈中的碳氧平衡。在这一单元中，学生通过两条主线去把握物质和能量的转化，从而形成重要概念，其中光合作用的教学流程可以设计成如此：分析光合作用发现史——实验验证“重复科学家探索光合作用的历程”——制作叶片临时装片探索光合作用的主要器官——以实验活动形成的感性认识为基点，讨论、归纳光合作用的实质和意义；这是第一节光合作用的主线，而第二节呼吸作用的主线则为“演示三个实验观察植物的呼吸现象”——探究植物其他器官的呼吸作用——以实验活动形成的感性认识为基点，讨论、提炼呼吸作用的实质和意义。两条主线围绕着物质和能量的转变展开，光合作用“劳动”产生有机物，贮存能量，呼吸作用则为消耗物质，释放能量，概念多，故应以学生的生活经验为基础，为学生提供大量的感性材料和创设情景以及实验操作来激发学生的兴趣和求知欲。
居于上述原因，进行本单元教学设计时，需反复研读新课标，以它为一个指导思想，把教学设计成以学生为主体的课堂模式，引导学生通过科学史等资料，了解科学家对光合作用的探究历程，认识到科学的发展是众多科学家经过长期探索、共同努力的结果；结合学生的生活经验，通过实例分析，引导学生关注植物生命活动的原理在生产生活中的实际应用，结合当地的农业生产实践，设计简单的任务，指导学生运用植物生理过程的相关知识、跨学科知识等，尝试分析和解决实际问题。本单元通过小组合作探究、实验、讨论、分析总结等多种途径有效培养学生的核心素养。
二、单元（或主题）学习目标与重点、难点：
大概念 重要概念 次位概念
概念4 植物有自己的生命周期，可以制造有机物，直接或间接地为其他生物提供食物，参与生物圈中的水循环，并维持碳氧平衡 4.3 植物通过光合作用和呼吸作用获得生命活动必需的物质和能量，有助于维持生物圈中的碳氧平衡 4.3.1 植物能利用太阳能(光能),将二氧化碳和水合成为贮存了能量的有机物，同时释放氧气 4.3.2 细胞能通过分解糖类获得生命活动所需的能量，同时生成二氧化碳和水 4.3.3 光合作用和呼吸作用原理在生产生活中有广泛的应用 4.3.4 植物可以为生物圈中的其他生物提供有机物和氧气 4.3.5 植物在维持生物圈中碳氧平衡方面具有重要作用
（一）课程标准的相关要求∶
本单元属于学习主题四“植物的生活”的内容。通过本主题的学习，学生能够理解植物生命活动的基本过程和原理，运用这些生命活动原理分析、解释、解决生产生活中的某些实际问题，并从物质循环和能量变化的角度阐明植物在生物圈中的重要地位。
本单元主要是通过实验活动来形成学生的感性认识，帮助学生形成次位概念：
4.3.1 植物能利用太阳能(光能),将二氧化碳和水合成为贮存了能量的有机物，同时释放氧气
4.3.2 细胞能通过分解糖类获得生命活动所需的能量，同时生成二氧化碳和水
4.3.3 光合作用和呼吸作用原理在生产生活中有广泛的应用
4.3.4 植物可以为生物圈中的其他生物提供有机物和氧气
4.3.5 植物在维持生物圈中碳氧平衡方面具有重要作用
再通过问题导向，和任务驱动学生探索光合作用和呼吸作用的联系逐步完成对知识的探索，同时形成物质与能量的生命观念；在比较、归纳中发展科学思维；在实验中提升探究实践能力；在学习和实践中，无一不彰显着科学家严谨求实，勇于质疑和探索的科学态度，影响着学生，在无形中形成了树立了正确的态度责任。
（二）根据新课程标准和学生实际，设计单元学习目标与重点难点如下∶
单元学习目标：
1.实验验证并概述光合作用的原料、产物、条件、场所，形成探究实践核心素养。
2.探究叶片与光合作用相适应的结构特点，形成结构与功能相适应的生命观念。
3.分析归纳光合作用的实质和意义，发展科学思维。
4.应用光合作用原理，分析、解决在生活中、生产中的实际问题，形成社会态度责任核心素养。
5.认识光合作用的重要性，养成实事求是的科学态度和爱护花草树木的习惯。
6.观察绿色植物的呼吸现象，说出实验结果，发展科学思维。
7.分析归纳呼吸作用的实质和意义，发展科学思维。
8.探究呼吸作用过程中物质和能量的变化，形成物质与能量的生命观念。
9.了解呼吸作用在日常生活中的体现和应用，并能够解释相关现象，形成社会态度责任核心素养。
重点、难点
重点：
1.探索光合作用的原料、产物、条件和场所的实验。
2.叶片与光合作用相适应的结构特点。
3.光合作用的实质和意义。
4.植物的呼吸现象。
5.探究植物细胞的呼吸作用实验。
6.呼吸作用的概念和意义。
难点：
1.光合作用的发现简史。
2.探究影响叶绿素形成的环境因素实验。
3.制作和观察叶徒手切片。
4.植物细胞都进行呼吸作用。
5.呼吸作用的概念。
三、单元（或主题）整体教学思路（教学结构图）：
本单元的第1课时主要讨论分析科学家发现光合作用的历史，初步认识光合作用和科学本质。第2课时通过指导学生完成“验证绿叶在光下合成淀粉”的实验，形成探究实践核心素养。第3课时主要是观察分析两个实验：一是检验光合作用释放氧气；二是检验光合作用需要二氧化碳，通过分析实验现象，发展学生科学思维。第4课时通过指导学生完成“验证植物进行光合作用需要叶绿素”的实验，形成探究实践核心素养，并认同严谨的科学态度。并在前面一系列的实验活动的基础上，引导学生分析归纳光合作用的实质和意义，发展了科学思维并认同生态文明观；第5课时先从宏观上观察叶，知道叶的形态和“表皮、叶肉、叶脉”三个基本结构，再制作叶的临时装片，从微观上去观察叶的表皮细胞、保卫细胞、叶肉细胞及导管、筛管，最后画图进一步规范生物作图，体验严谨求实的科学态度，在整个实验活动中，学生不单提升实践能力，发展科学思维，还形成了结构与功能相适应和生命观念。第6课时通过观察关于植物的呼吸现象的三个实验，让学生通过现象说出结论，实现从感性认识到理论，从形象到抽象的飞跃，在观察和分析中，发展了科学思维；并指导学生探究植物其他器官的呼吸作用，知道植物任何器官的活细胞都能进行呼吸而不只是种子，让学生认同严谨求实的科学态度；第7课时主要是；1.归纳呼吸作用的原理和意义，形成物质变化与能量转化的生命观念。2.归纳呼吸作用和光合作用原理在生产生活中的广泛应用，引导学生把知识用于生产实践，形成一种社会态度责任感。
课时安排：本单元安排7个课时。
四、单元教学评思路设计
为了实现4.3.1、4.3.2、4.3.3、4.3.4、4.3.5的学习目标，将围绕以下核心问题展开，这两个核心问题将通过7个教学任务来解决。同时，在学习评价中，将以课堂表现、成果展示、评价量规等多种形式促进学生学习及评估学生的学习效果，具体如下：
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3.4.1.1从柳苗生长之谜说起 教学设计
课题名称 4.3.1 植物能利用太阳能(光能),将二氧化碳和水合成为贮存了能量的有机物，同时释放氧气 (从柳苗生长之谜说起) 单位 XX中学 执教者 XXX
解读课标 在2022年版的义务教育生物学课程标准中，本节课是课程内容四《植物的生活》中的大概念4《植物有自己的生命周期，可以制造有机物，直接或间接地为其他生物提供食物，参与生物圈中的水循环，并维持碳氧平衡》里的重要概念《4.3 植物通过光合作用和呼吸作用获得生命活动必需的物质和能量，有助于维持生物圈中的碳氧平衡》当中的次位概念《4.3.1 植物能利用太阳能(光能),将二氧化碳和水合成为贮存了能量的有机物，同时释放氧气》，课程标准提出，要针对学生的年龄特点创设学习情境，结合学生的生活经验，通过一组绿色植物的生长发育过程图片（种子→幼苗→果实累累的植株）来创设探索情境，再通过实例使学生认识到植物生长发育所需要的物质和能量的来源问题。科学家的一系列实验前后联系强，每个实验在解决问题同时又发现和提出新问题，实验之间的联系密切，适合学生自主学生。
解读学生 1.因某些小学自然课部分学生尝试过种植一棵植物，可以学生身边的植物生长发育过程进行情境设计； 2.通过前面的学习，学生对对照实验有一定的了解，但是操作还是有一定的欠缺，教师需要适时指导； 3.学生有一定的观察、分析、归纳能力，教师可设计问题，通过任务驱动学生探索知识。
解读教材 教材分析 本课时选自北师大最新版七年级上册生物学第三单元《植物的生活》第4章《绿色开花植物的生活方式》第1节《光合作用》。这部分内容主要是概述光合作用的发现简史，教材围绕光合作用概念的要素，简要介绍科学家们的一系列实验研究及成果。在教师指导下，从柳苗生长之谜说起，学生通过阅读、分析和讨论等活动，得出有关光合作用的原料、产物、条件和场所的初步结论。本节课非常适合学生自主学习，教师需要设计问题串，给学生创设探究的情景，让学生进行交流，得出结论，这样的模式有助于培养学生的科学思维能力，并为进一步组织学生的探究性实验活动奠定基础。
教学目标 1.生命观念：知晓植物借光合作用利用光能合成有机物，明白其在生态能量流动中的关键地位，形成对生物能量转换的基础认知。
2.科学思维：以柳苗生长之谜为引，分析光合作用过程，培养从现象推理本质的思维能力，提升对生物现象的逻辑理解。
3.科学探究：围绕植物光合作用，经历探究环节，锻炼观察与简单探究能力，激发探索生物奥秘的兴趣。
4.社会责任：了解光合作用对人类和生态的意义，树立保护植物、维护生态平衡的意识，践行环保理念。
教学重点 1描述各科学家的实验研究与成果； 2.能说出植物生长需要的物质和物质来源。
教学难点 描述各科学家的实验研究与成果。
解读方法 教学方法 情境教学法、任务驱动法、直观教学法
学习方法 自主学习法、合作探究法、观察法
教学手段 多媒体教学、八桂教学通平台、希沃白板5
教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
问题导入 【展示一组绿色植物的生长发育过程图片】 师：请同学们看屏幕上的绿色植物生长发育过程图，也许有些同学在小学上自然课时，老师已经布置过大家种植一棵植物，回想它们的生长发育过程，结合以前学的“生物体由小长大的原因”，想一想：植物的生长是通过细胞的什么过程来实现的？ 生：植物的生长是通过细胞的分裂和细胞的生长来实现的，分裂导致细胞数量增多，生长导致细胞体积增大。 以一组植物生长发育过程图片，创设问题情境激发学生的求知欲。
师：是的，细胞分裂和生长能使植物体由小长大，这些过程都需要一定的物质，这些物质是什么？又是来源于哪里？ 生：植物的生长需要水和肥料，从土壤中吸收来的。
师：请同学们打开课本P69，今天我们先来了解科学家们是如何探索这柳苗生长之谜的？ 学生听
任务驱动 解决问题 【学习任务一】分析海尔蒙特实验 师：早在两千多年前，古希腊著名哲学家亚里士多德和你们的看法一样，认为植物所需要的物质是由“土壤”中来的，那是不是呢？请同学们自主阅读P69，分析海尔蒙特所使用的材料，实验过程及结论。 生：海尔蒙特用木桶和土栽种了一棵柳苗，为了避免灰尘的干扰，定制桶盖，分别对土和柳苗称重，浇5年雨水后，又分别称重，结果发现土壤质量减少量非常小，可忽略不计，但柳苗却增重了不少，由此他得出这样的结论：柳苗生长所需要的物质不是来自于土壤，水能合柳苗增重长大。 自主学习，独立思考，发挥学习自主性。
师：从材料和图示中分析，确实如刚才这位同学描述的那样，水可以使植物增重，长大。那他的结论是否完成正确呢？除了水还应该考虑什么因素？请同学们前后两桌进行讨论、交流教材P71的交流题1。推选小组代表发言。 生：从植物生活角度来看，我觉得植物还需要阳光、空气。 通过小组讨论交流，培养学生的合作学习能力。
任务驱动 解决问题 【学习任务二】分析普里斯特利实验 师：同学们根据自己的生活经验，认为植物生长除了需要水外，还需要有阳光和空气，那是不是呢？下面让我们继续追随着科学家的脚步来寻找答案。请同学阅读教材P70的第一、二段，分析普里斯特利的实验过程和结论。 生：根据课文图示，可知普里斯特利做了三个实验，第一个玻璃钟罩仅罩住了蜡烛和小鼠，结果蜡烛灭了，小鼠死了；第二个实验装置里是果蜡烛和植物，蜡烛没灭；第三个装置是植物和小鼠，小鼠没死。通过比较，得出结论：蜡烛能污染空气，而植物却能净化空气。 自主阅读，独立思考，发挥学习自主性。
师：这位同学分析图示很到位，那为什么后面有些人在重复普里斯特利实验时失败了？甚至还发现植物还会严重地污染空气。这是为什么呢？请大家前后两桌同学进行小组讨论，完成P71交流题2。 生：普里斯特利的实验是在光照下进行的，后面有些科学家不是在光下进行，所以导致实验结果不一样。 通过小组讨论交流，体现学生的合作精神。
任务驱动 解决问题 【学习任务三】分析英格豪斯实验 师：事实上是不是如同学们所说这般呢？还得靠实验说话，请同学阅读教材P70第三段，前后两桌同学交流，分析讨论英格豪斯的实验结果，说明光合作用的条件是什么？ 生：通过实验现象分析，可以知道光合作用的条件是光照。 分析实验现象，得出结论，发展科学思维。
师：那为什么能够净化空气呢？同学们阅读教材后，结合自己的生活经验，能否回答这一问题？ 生：在光下植物可以吸收二氧化碳，放出氧气，空气就会变得清新。 设计问题，引导学生联系实际，解决问题
任务驱动 解决问题 【学习任务四】分析萨克斯实验 师：同学们，在探索光合作用的过程中，有太多的科学家进行了很多的实验，也得到了一些相同的结论，比如瑞士学者索绪尔通过实验也发现了植物在光下的同时还需要消耗水，这跟海尔蒙特的实验结论是一样的，而萨克斯也是通过对照实验发现了光合作用的产物，现在请同学们自主阅读教材P70~71，思考以下问题，接龙式回答：1.将绿叶放在暗处的目的是什么
2.实验控制的变量是什么
3.叶片为什么要一半照光一半遮光
4.同一叶片上设置对照实验好，还是在不同叶片上进行对照实验
5.怎样检测是否有淀粉产生
6.叶片照光的一半与遮光的一半遇碘颜色为何不同 生1：绿叶放在暗处的目的是消耗完叶片内原有的淀粉 生2：控制变量是光照。 生3：叶片一半照光一半遮光是为了设置对照。 生4：我们认为在同一叶片上设置对照好。
生5：用碘检测淀粉，变蓝则说明产生了淀粉，因为淀粉遇碘变蓝。 生6：照光部分产生了淀粉，遇碘变成了蓝色，而遮光部分未产生淀粉，不变蓝。
设计问题串，引导学生讨论分析对照实验，得出结论，发展学生的科学思维
师：每个实验同学们都进行分析得出了相应的结论，请大家分组进行梳理这些科学家的研究成果，推测光合作用的原料、条件、产物。 生：从前面一系列的实验结果，可以推测光合作用的条件是光，原料是二氧化碳和水，产物是淀粉和氧气。 引导学生把发现史的研究成果进行归纳，得出光合作用概念
课堂总结 老师和学生通过思维导图共同总结 落实教学目标，通过归纳梳理发展科学思维。
练习巩固 展示【数字教材】的内嵌资源完成教材中的练习； 使用【数字课件】的习题库添加练习。 做练习 对所学知识进行巩固。
拓展延伸 鼓励学生课后查阅更多关于光合作用的发现历程上更多学者研究的材料。 1.课后可以查阅关于更多关于光合作用的发现历程上更多学者研究的材料。 2.进行交流和展示教材以外的学者的研究。 让学生学会搜集资料，会交流主动获得更多的知识。
学习评价 项目细则分值自我评价小组评价综合评价 【学习任务一】分析海尔蒙特实验能描述海尔蒙特实验研究过程和现象15 能说出海尔蒙特实验结论10 【学习任务二】分析普里斯特利实验能描述普里斯特利实验研究过程和现象 15能说出普里斯特利实验结论10【学习任务三】分析英格豪斯实验能描述英格豪斯实验现象10能说出英格豪斯实验的结论10 【学习任务四】分析萨克斯实验能分析萨克斯的对照实验的步骤并说出结论15能梳理出光合作用的原料、产物、条件15总分100
板书设计 从柳苗生长之谜说起 海尔蒙特实验结论：水是植物增重所需要的物质。 普里斯特利实验结论：植物能净化污染的空气。 英格豪斯实验结论：在光下，绿色植物才能净化污染的空气。 萨克斯实验结论：在光下，绿色植物叶子能制造淀粉。
教学效果 1.本节课主要是通过设计问题，引导学生分析实验现象，得出结论，充分体现了学生的合作交流探究精神，发展了学生的科学思维。 2.在任务驱动下，充分发挥学生学习的主体性。 3.通过一系列科学家的实验，学生体验到科学家严谨求实的科学态度，树立榜样。 4.最后通过梳理一系列的实验研究成果，让学生推出光合作用的概念，落实了核心素养目标。
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