探究與建構：綠色植物作為生物圈中有機物的制造者——七年級生物學（人教版上冊）教學設計一、教學內容分析

本章內容隸屬于《義務教育生物學課程標準（2022年版）》“生物圈中的綠色植物”這一大概念。其核心在于闡釋“綠色植物能利用太陽能（光能），將二氧化碳和水合成為儲存了能量的有機物，同時釋放氧氣”這一基本生命過程。從單元知識鏈看，本章是繼“細胞是生命活動的基本單位”、“生物體的結構層次”之后，首次從生態(tài)系統(tǒng)功能和能量流動的宏觀視角，揭示植物生命活動的本質及其對生物圈的基礎性作用，為后續(xù)學習“綠色植物在生物圈中的作用”以及整個生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)與能量流動奠定了不可動搖的基石。課標要求不僅停留在識記光合作用原料、產物、條件的層面，更強調通過探究實驗理解科學本質，通過模型建構形成“物質與能量觀”。因此，教學設計需將“探究”與“建構”作為核心路徑，將科學探究的一般方法（提出問題、作出假設、設計實驗、分析結果）轉化為學生可操作的課堂活動，并在探究過程中潛移默化地滲透“結構與功能相適應”、“生命系統(tǒng)的物質與能量觀”等學科思想，引導學生領悟綠色植物作為“生產者”所蘊含的生態(tài)智慧與生命之美。

七年級學生思維活躍，對生命現(xiàn)象充滿好奇，具備初步的實驗觀察能力和邏輯推理基礎。其已有經驗可能包括：知道植物需要陽光和水，能通過生活觀察感知植物生長。然而，潛在的認知障礙亦十分突出：一是易受“土壤是植物食物來源”這一前概念的干擾；二是對“有機物”、“能量轉換”等抽象概念理解困難；三是在設計對照實驗、控制單一變量上存在邏輯難點。因此，教學必須創(chuàng)設具身體驗，制造認知沖突，如提問：“同學們，我們一天不吃飯會餓，那植物會不會‘餓’？它吃什么長大呢？”以此撬動前概念。課堂中將通過實驗方案設計的討論、實驗現(xiàn)象的分析推理等形成性評價任務，動態(tài)診斷學生的思維層級。針對不同層次的學生，將提供差異化的“腳手架”：對于基礎較弱的學生，提供關鍵詞提示和實驗步驟圖解；對于能力較強的學生，則挑戰(zhàn)其設計更復雜的變量控制方案或解釋生活現(xiàn)象，確保所有學生都能在“最近發(fā)展區(qū)”內獲得成長。二、教學目標

知識目標：學生能夠完整陳述光合作用的定義，準確指認其實驗探究中的原料、產物、條件和場所，并能用反應式進行概括性描述。他們需理解“淀粉是光合作用的產物之一”及“葉綠體是轉換車間”的核心概念，能辨析“有機物制造”與“物質積累”的區(qū)別與聯(lián)系。

能力目標：通過重溫“綠葉在光下制造有機物”的經典探究實驗，學生能夠模仿科學家的思維，嘗試提出可探究的問題、作出合理假設，并依據(jù)教師提供的半開放式任務單，合作設計出關鍵步驟的實驗方案。他們能從實驗現(xiàn)象（如遮光與曝光部分遇碘液的顏色變化）中分析對比，歸納出“光”和“葉綠素”是關鍵條件的結論。

情感態(tài)度與價值觀目標：在探究綠色植物制造有機物這一奇妙過程時，激發(fā)學生對自然奧秘的好奇心與探索欲。通過討論“如果沒有綠色植物，生物圈會怎樣”，引導學生深刻體認綠色植物的偉大價值，初步樹立愛護植被、保護環(huán)境的生態(tài)意識和社會責任感。

科學思維目標：重點發(fā)展學生的“實證意識”與“模型建構”思維。通過分析經典實驗證據(jù)鏈，讓學生理解科學結論的得出需要嚴謹?shù)淖C據(jù)支持。通過將分散的條件、原料、產物、場所等信息，整合成一個動態(tài)的、可視化的光合作用概念模型或示意圖，訓練學生的系統(tǒng)思維與整合能力。

評價與元認知目標：在小組實驗方案設計展示環(huán)節(jié)，引導學生依據(jù)“變量控制是否單一”、“操作步驟是否可行”等量規(guī)進行互評。課堂尾聲，通過“繪制我的學習地圖”活動，鼓勵學生反思本節(jié)課是如何一步步從問題走向結論的，從而內化“提出問題尋找證據(jù)得出結論”的科學探究路徑。三、教學重點與難點

教學重點：闡明綠色植物通過光合作用制造有機物的過程，并理解其在生物圈作為“生產者”的核心地位。確立依據(jù)在于，這是課標規(guī)定的核心大概念，是理解生態(tài)系統(tǒng)能量流動起點和物質循環(huán)基礎的樞紐。從學業(yè)評價看，光合作用的實質、條件、意義是各類考試的必考核心，且常以實驗探究、圖文分析等能力立意題型呈現(xiàn)，區(qū)分度高。

教學難點：一是“綠葉在光下制造有機物”實驗的探究邏輯與變量分析；二是從具體實驗現(xiàn)象（淀粉的生成）抽象概括出“將無機物轉化為儲存能量的有機物”這一本質。難點成因在于，七年級學生的實驗設計思維尚在培養(yǎng)中，多變量控制易混淆；同時，“能量轉化”看不見摸不著，抽象度高。突破方向在于，將經典實驗拆解為邏輯清晰的階梯任務，利用實物、動畫將抽象過程具體化、可視化，并通過構建概念模型幫助學生完成認知跨越。四、教學準備清單1.教師準備1.1媒體與教具：多媒體課件（含光合作用發(fā)現(xiàn)史微視頻、光合作用動態(tài)模擬動畫）；“綠葉在光下制造淀粉”實驗的關鍵步驟演示視頻或系列圖片。1.2實驗材料：提前一天處理好的天竺葵植株（經暗處理、部分葉片遮光后光照）、酒精、碘液、燒杯、培養(yǎng)皿、酒精燈、三腳架、石棉網(wǎng)、鑷子、清水、防火毯。學生小組任務單（分層設計）。1.3環(huán)境布置：將教室座位調整為46人合作小組式。黑板劃分區(qū)域，預留核心概念建構區(qū)。2.學生準備2.1知識預習：閱讀教材，思考“植物生長所需的營養(yǎng)物質從何而來”。2.2物品攜帶：彩筆、筆記本。五、教學過程第一、導入環(huán)節(jié)1.情境創(chuàng)設與問題驅動：1.1展示對比圖片：一邊是茂密森林、無際稻田，另一邊是荒蕪沙漠、巖石地表。教師用富有感染力的語言設問：“大家看這兩組圖片，感受有什么不同？一個生機勃勃，一個寂靜荒涼。這勃勃生機的源泉到底是什么？”1.2進一步聚焦：“我們都知道，我們人類、動物，餓了要吃飯。請同學們摸摸課桌，它是木頭做的，它來自大樹。那么，請大家猜一猜，這顆參天大樹，它龐大的身體、它茂密的枝葉，是靠‘吃’什么長大的呢？是土壤嗎？是喝水嗎？還是有什么我們看不見的秘密？”（引發(fā)認知沖突，收集學生的前概念回答，如“吃土”、“喝陽光”等）。2.提出核心問題與路徑預覽：“大家的想法很有意思，也很有代表性。但科學的結論需要證據(jù)來支撐。今天，我們就化身小科學家，回到科學家們探索這個秘密的歷史現(xiàn)場，通過一個經典的實驗，一起來揭開綠色植物‘食物’來源的真相。我們將沿著‘提出問題設計實驗觀察現(xiàn)象得出結論’的路徑，最終弄明白：綠色植物如何成為生物圈中有機物的‘偉大制造者’。”第二、新授環(huán)節(jié)任務一：確認“制造”與“檢測”的基石教師活動：首先明確探究目標：“我們要找植物制造的‘食物’，得先知道它可能是什么?！币龑W生回顧舊知：“還記得我們之前學過的，遇碘液變藍是哪種物質的特性？”（淀粉）。展示常見含淀粉食物圖片，建立聯(lián)系?！八?，我們可以把尋找植物制造的‘食物’，先轉化為一個可檢測的問題：植物的葉片中有沒有淀粉？它是在什么條件下產生的？”此時，教師展示提前處理的天竺葵，拋出關鍵引導問題：“看這盆植物，我提前對它做了一些‘手腳’。有同學能發(fā)現(xiàn)特別之處嗎？”（引導學生發(fā)現(xiàn)部分葉片被鋁箔遮光）。學生活動：回憶淀粉的檢測方法。觀察教師提供的預處理植株，描述特征（部分葉片黑紙片遮蓋），并基于觀察和教師的提示，嘗試提出可探究的具體問題，例如：“光是綠葉制造淀粉的必要條件嗎？”即時評價標準：1.能否準確說出淀粉的檢測試劑及預期現(xiàn)象。2.能否根據(jù)材料（遮光葉片）的提示，提出與“光”相關的研究問題。3.在小組討論中，能否傾聽他人觀點并補充。形成知識、思維、方法清單：★淀粉的檢測原理：淀粉遇碘液變藍，這是生物學中常用的特異性顏色反應，是我們追蹤有機物生成的重要“化學眼睛”。（教學提示：強調“特異性”，為后續(xù)實驗現(xiàn)象分析做鋪墊）?！岢隹茖W問題：一個可探究的好問題，應源于觀察，且能通過實驗尋找答案。從“植物吃什么”到“光是否必要”，是將宏大問題轉化為具體、可操作研究步驟的關鍵。（課堂用語示例：“瞧，科學家就是這樣，把大問題拆解成一個個小問號，逐個擊破?！保┤蝿斩褐販亟浀洌馕鰧嶒炦壿嬫溄處熁顒樱翰恢苯又v解實驗步驟，而是播放或展示“綠葉在光下制造淀粉”實驗的混亂順序圖（包括暗處理、遮光照射、脫色、滴加碘液等）。提出挑戰(zhàn)：“這些是實驗的關鍵步驟，但順序被打亂了。請各小組化身偵探，根據(jù)我們剛才提出的問題‘光是否必要’，推理并排序，說明每一步的目的是什么？想一想，為什么要把植物先放在黑暗處一兩天？”教師巡視，重點指導學生對“暗處理”目的的理解，可提示：“想想看，如果葉片里本來就有淀粉，會影響我們對新制造淀粉的判斷嗎？”學生活動：小組合作，討論并給實驗步驟排序，嘗試解釋每一步的目的。重點爭論“暗處理”和“遮光”的設置邏輯。形成初步的實驗方案。即時評價標準：1.小組排序的邏輯是否合理，能否體現(xiàn)對照原則（遮光與曝光對照）。2.對“暗處理”目的的解釋是否清晰（耗盡或運走原有淀粉，避免干擾）。3.小組內分工是否明確，討論是否圍繞證據(jù)進行。形成知識、思維、方法清單：★實驗關鍵步驟與目的：暗處理（耗盡原有淀粉）→部分遮光并光照（設置對照）→酒精水浴脫色（去除葉綠素干擾觀察）→滴加碘液（檢測淀粉）。這是一個環(huán)環(huán)相扣的證據(jù)鏈。（課堂用語示例：“暗處理就像清空倉庫，我們才能看清新貨物是什么時候、在什么條件下進來的?！保镌O置對照實驗：這是科學探究的“法則”。本實驗中，同一葉片上遮光部分與未遮光部分，除了“光”這一變量不同，其他條件都相同，結果的差異才能歸因于光。（教學提示：此處是突破難點的關鍵，需結合實物或圖示反復強調“單一變量”。）任務三：觀察現(xiàn)象，聚焦“光”與“葉綠體”的作用教師活動：展示脫色、漂洗后的葉片實物或高清圖片?！按蠹铱?，葉片現(xiàn)在是什么顏色？葉綠素去哪兒了？”引導學生觀察滴加碘液后的顏色變化：“仔細看，碘液滴上去后，發(fā)生了什么？不同部位顏色一樣嗎？”（遮光部分不變藍或呈碘液原色，曝光部分變藍）。追問：“這個現(xiàn)象告訴我們什么？除了光，還有什么結構必須是完好的？”順勢展示銀邊天竺葵或白化苗圖片，“如果葉片本身沒有葉綠素（如銀邊部分），即便有光，結果會怎樣？”學生活動：描述實驗現(xiàn)象，進行對比分析。根據(jù)“遮光部分不變藍，曝光部分變藍”的現(xiàn)象，得出“光是綠葉制造淀粉的必要條件”的結論。并推理出“葉綠素”可能的關鍵作用。即時評價標準：1.觀察是否細致，描述現(xiàn)象是否準確、全面。2.能否根據(jù)對照實驗的現(xiàn)象差異，得出與“光”直接相關的結論。3.能否進行合理推論，聯(lián)系葉綠體的功能。形成知識、思維、方法清單：★實驗核心結論1：光是綠色植物制造有機物（淀粉）不可缺少的條件。實驗證據(jù)就是遮光部分未產生淀粉。（課堂用語示例：“證據(jù)確鑿！‘光’這位關鍵先生，被我們逮了個正著?！保飳嶒灪诵慕Y論2：葉綠體是進行光合作用的場所。因為含有葉綠素的細胞才能完成這一過程。（教學提示：此處可與細胞結構知識鏈接，強化“結構與功能觀”。）▲科學結論的得出：結論必須基于實驗現(xiàn)象，用證據(jù)說話。從“現(xiàn)象差異”到“條件必要”，是邏輯推理的飛躍。任務四：追蹤“來龍去脈”，探究原料與產物教師活動：引導學生思維進階：“我們找到了淀粉，證明了需要光和葉綠體。但制造淀粉的‘原材料’是什么？僅僅有淀粉就是全部產物嗎？”播放普利斯特利、英格豪斯等科學家經典實驗的動畫簡述?！翱纯礆v史上科學家們是怎么追查這些‘原材料’和‘副產品’的。”重點引導學生分析：植物更新空氣的實驗暗示了何種氣體交換？教師總結并板書：二氧化碳和水作為原料，有機物和氧氣作為產物。學生活動：觀看科學史動畫，跟隨科學家的探索歷程思考。嘗試分析“植物能更新空氣”意味著吸收了什么，釋放了什么。初步認識光合作用的原料和產物。即時評價標準：1.能否從科學史故事中提取關鍵信息（植物與燃燒、呼吸的關系）。2.能否初步推測出二氧化碳和水可能是原料，氧氣可能是產物之一。形成知識、思維、方法清單：★光合作用的原料與產物：原料是二氧化碳和水；產物是有機物（主要是淀粉等糖類）和氧氣。這是眾多科學實驗共同揭示的真理。（課堂用語示例：“植物就像一座神奇的工廠，吸入二氧化碳和水，在光能的驅動下，加工出了‘食物’和新鮮的氧氣。”）▲科學探究的累積性：一個重大科學發(fā)現(xiàn)，往往凝聚了多位科學家、多個實驗的智慧，是在不斷修正和完善中接近真理的。（教學提示：滲透科學史教育，培養(yǎng)求真精神。）任務五：整合建構，形成“光合作用”核心概念教師活動：提出終極建構任務：“現(xiàn)在，請各小組當一回‘總工程師’，利用黑板或任務單上的‘資源庫’（關鍵詞：光、葉綠體、二氧化碳、水、有機物、氧氣），畫出一幅綠色植物制造有機物的‘生產流程圖’或概念圖。要體現(xiàn)出能量從哪里來，物質怎么變?！苯處熖峁┗A框架（如輸入、車間、過程、輸出），鼓勵學生創(chuàng)造性地表達。學生活動：小組合作，整合本節(jié)課所有信息，繪制光合作用示意圖或概念圖。嘗試用文字或口頭表述光合作用的完整定義。即時評價標準：1.繪制的圖表是否包含了原料、條件、場所、產物等關鍵要素。2.各要素之間的邏輯關系（如箭頭指向）是否正確。3.小組能否用自己語言概括出光合作用的實質。形成知識、思維、方法清單：★光合作用概念定義：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物（如淀粉），并釋放氧氣的過程。這是生物圈有機物和能量的根本來源。（課堂用語示例：“讓我們一起，用最精煉的語言，為這個偉大的過程命名和定義！”）★光合作用反應式：二氧化碳+水（光能、葉綠體）→有機物（儲存著能量）+氧氣。這是對過程的化學概括。（教學提示：強調反應式的讀法和各部分的含義，特別是能量轉化這一隱含信息。）★“生產者”的生態(tài)學意義：綠色植物能自己制造有機物，是生態(tài)系統(tǒng)的生產者，是生物圈得以運轉的基石。（教學提示：將概念提升至生態(tài)系統(tǒng)的宏觀高度，呼應導入。）第三、當堂鞏固訓練

設計分層練習題，通過希沃白板或學習單發(fā)布。基礎層：1.判斷題：光合作用的場所是線粒體。（）2.選擇題：“綠葉在光下制造淀粉”實驗中，將葉片放入酒精中水浴加熱的目的是（）。A.溶解淀粉B.殺死細胞C.去除葉綠素D.方便染色。綜合層：3.情境應用題：農田里種植過密會導致作物減產，請從光合作用條件角度分析主要原因。4.實驗分析題：給出一組修改后的實驗方案（如用黑塑料袋罩住整盆植物），請學生找出錯誤并說明理由。挑戰(zhàn)層：5.跨學科聯(lián)系/開放題：從物質與能量轉換的角度，解釋“萬物生長靠太陽”這句俗語的生物學原理。反饋機制：基礎層題目采用全班齊答或手勢判斷，即時反饋。綜合層題目由小組討論后派代表回答，教師進行追問和思路點評。挑戰(zhàn)層題目可作為思考題，請有想法的學生簡要闡述，教師提煉其思維亮點。展示學生繪制的優(yōu)秀概念圖，作為可視化成果進行同伴互學。第四、課堂小結

引導學生進行自主總結：“同學們，如果現(xiàn)在請你當小老師，用一分鐘向同桌介紹一下今天探索到的‘綠色植物的秘密’，你會怎么說？”給學生一分鐘時間自我梳理或同伴互述。隨后，教師邀請12名學生分享，并在此基礎上，用板書或課件呈現(xiàn)結構化知識網(wǎng)絡圖，強調“探究路徑核心概念生態(tài)意義”的主線。最后布置分層作業(yè)：“今天的探索暫告一段落，但思考可以繼續(xù)延伸。請完成：1.（必做）根據(jù)課堂概念圖，整理本節(jié)知識筆記。2.（選做A）設計一個簡單的小實驗，證明光合作用需要二氧化碳（可查閱資料）。3.（選做B）撰寫一篇科幻小短文開頭，描述一個沒有綠色植物的星球是什么景象。”六、作業(yè)設計基礎性作業(yè)：1.完成同步練習冊本節(jié)的基礎知識填空題和選擇題。2.繪制一幅個性化的光合作用過程示意圖，標注出原料、產物、條件、場所。拓展性作業(yè)：3.【情境調研】：“假設你是校園綠化工，學校新栽的樹木有些枝葉發(fā)黃（非銀邊品種），請從光合作用角度，分析可能的原因，并提出至少兩條改進建議?！?.【資料分析】：閱讀關于“海洋中的浮游植物貢獻了地球上過半氧氣”的簡短資料，寫一段讀后感。探究性/創(chuàng)造性作業(yè)：5.【家庭微探究】：利用家中盆栽（如綠蘿）、黑色卡紙、回形針，設計并實施一個簡易的驗證“光是光合作用必要條件”的實驗，用照片和文字記錄過程與結果。6.【藝術創(chuàng)想】：以“綠色工廠”為主題，創(chuàng)作一幅科學幻想畫或一首小詩，展現(xiàn)光合作用的奇妙。七、本節(jié)知識清單及拓展★1.光合作用：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物（如淀粉），并釋放氧氣的過程。定義需一字不差理解記憶，這是核心之核心?！?.“綠葉在光下制造淀粉”實驗：關鍵步驟順序與目的必須清晰。暗處理（耗盡原有淀粉）→部分遮光后光照（設置以光為變量的對照）→酒精水浴脫色（溶解葉綠素，避免干擾觀察）→滴加碘液（檢測淀粉）。實驗現(xiàn)象：遮光部分不變藍，見光部分變藍?！?.光合作用的條件：光（必需能量來源）和葉綠體（必需場所）。無光或無雙子葉植物葉片無葉綠素的部位（如銀邊天竺葵的銀邊部分）均不能進行光合作用制造有機物?！?.光合作用的原料與產物：原料是二氧化碳（來自空氣）和水（主要來自根吸收）；產物是有機物（主要供植物自身生長，并直接或間接為其他生物提供食物）和氧氣（釋放到大氣中）?！?.光合作用的實質：包含兩方面。一是物質轉變：將簡單的無機物（二氧化碳和水）轉變?yōu)閺碗s的有機物。二是能量轉化：將光能轉化為化學能，儲存在有機物中。這是理解其重要性的深層邏輯?！?.生產者：綠色植物能自己制造有機物，因此在生態(tài)系統(tǒng)中被稱為生產者。這是生態(tài)學角色定位，是整個生物圈食物鏈和能量流動的起點。▲7.探究實驗中的“單一變量原則”：本實驗是絕佳范例。同一葉片，遮光與不遮光部分，只有“光”這一個條件不同，其他如葉片種類、部位、處理時間等都相同。遵循此原則，實驗結論才可靠。★8.淀粉的檢測方法：碘液是特異性檢測試劑，遇淀粉變藍色。這是生物學常用檢測手段?！?.科學史視角：光合作用的發(fā)現(xiàn)是許多科學家（如范·海爾蒙特、普利斯特利、英格豪斯、薩克斯等）經過漫長探索逐步完善的，體現(xiàn)了科學發(fā)展的累積性與合作性?！?0.生態(tài)意義：綠色植物的光合作用，是生物圈中有機物和能量的根本來源，維持著大氣中氧氣和二氧化碳的相對平衡。沒有光合作用，現(xiàn)有絕大多數(shù)生命將無法存在。八、教學反思

（一）目標達成度分析：本節(jié)課的核心目標——引導學生通過探究實驗理解光合作用的條件與過程，基本達成。證據(jù)在于，在“任務二”的方案排序和“任務三”的現(xiàn)象分析中，超過80%的小組能準確指出對照關系和得出“光必要”的結論。在“任務五”的概念圖繪制中，多數(shù)小組能整合關鍵要素，形成基本正確的邏輯關系。然而，對于“能量轉化”這一抽象實質，部分學生僅停留在記憶層面，未能深刻內化，體現(xiàn)在對挑戰(zhàn)層問題“萬物生長靠太陽”的解釋仍顯機械。這提示我在動畫模擬中，需加入更生動直觀的能量符號（如閃爍的光子箭頭轉化為化學鍵能）來強化表征。

（二）環(huán)節(jié)有效性評估：導入環(huán)節(jié)的生活化問題成功激發(fā)了普遍興趣，有效暴露了“植物吃土”的前概念，為后續(xù)探究提供了靶點。新授環(huán)節(jié)的五個任務形成了良好的認知階梯：“任務一、二”搭建了方法支架，“任務三”聚焦證據(jù)分析，是本節(jié)課的高潮和思維最活躍處。我當時巡視時聽到一個小組爭論：“如果整個葉子都遮住，是不是就完全沒淀粉了？”這說明學生真的在思考變量控制?！叭蝿账?、五”的整合提升是必要的，但時間稍顯倉促，部分小組的概念圖繪制較為粗糙。當堂鞏固的分層設計滿足了不同需求，但在點評綜合層“農田減產”問題時，我意識到自己可以引入更多本地化案例，如本校“空中