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第2節綠色植物與生物圈中的碳—氧平衡教案
●教學目標
認知目標
1．歸納出光合作用的概念。舉例說明光合作用在農業生產上的應用。
2．認識綠色植物在維持碳—氧平衡方面的重要作用。
能力目標
運用實驗法獨立設計并完成本的探究活動。
情感目標
培養不斷探究新知識的精神及同學間的合作精神，養成實事求是的科學態度。
●教學重點
1．進一步探究光合作用的實質。
2．認識綠色植物在維持碳—氧平衡方面的重要作用。
●教學難點
設計檢驗二氧化碳是否真的是光合作用的原料的實驗。
●教學方法
觀察、討論、實驗探究法。
●教具準備
1．自制CAI光合作用及光合作用與呼吸作用在生物圈中維持碳—氧平衡。
2．實驗用具準備：（1）按演示實驗一裝置提前兩三天（或一周）準備，并每日放在陽光充足的地方，以收集足夠的氧氣，便于上使用。
（2）另準備一套和實驗一裝置完 全相同的用具，便于上演示操作步驟及注意事項。
●時安排
2時
●教學過程
第一時
［導入新］
地球上凡是生物都要呼吸，而凡呼吸，必消耗氧，產生二氧化碳。尤其是現在隨著工業的發展和能的開發利用，大量的燃料的燃燒也會消耗大 量的氧，排出大量的二氧化碳。可我們為什么還沒有感覺到缺氧呢？氧從何 ？二氧化碳哪去了？大自然是怎樣調節氧和二氧化碳的平衡的？要想破解這個謎，還需要我們進一步了解植物的光合作用。通過引言，創設問題情景，激發學生的求知欲和探究問題的積極性。
［講授新］
一、光合作用還產生氧氣
師：在第四中，我們已經知道了綠色植物通過光合作用可以制造有機物——淀粉，那么，綠色植物光合作用的產物只是有機物嗎？還有沒有其他成分，是什么成分？今 天我們繼續通過實驗探討一下。
教師按演示實驗操作，并要求學生注意觀察實驗裝置里的金魚藻，看它在陽光下是否放出了氣泡。
生：仔細觀察實驗，并描述實驗現象。
學生1：看到漏斗中的金魚藻中有一個一個的小氣泡產生。
學生2：看到漏斗中有氣泡向試管中移動。
師：那么金魚藻產生的小氣泡是什么 成分呢？下邊大家接著看實驗。
教師取出事先準備好的集有氧氣和二氧化碳的兩個瓶子，并告訴學生甲瓶為氧氣，乙瓶為二氧化碳，然后將快要熄滅的衛生香分別伸入甲、乙兩瓶中，讓學生觀察現象并描述。
生：甲瓶中衛生香復燃，乙瓶中衛生香熄滅。
師：再將罩在金魚藻上的集有大約1/2以上氣體的試管取出，迅速將快要熄滅的衛生香伸進管中，并要求學生注意觀察衛生香的燃燒情況并與甲、乙兩瓶 中的燃燒情況進行對照比較，并預測金魚藻在光下通過光合作用可能放出什么氣體？
生：衛生香能復燃；與甲瓶中燃燒情況相同，所以金魚藻在光下通過光合作用放出了氧氣。
師：很好。通過實驗我們可以得出結論：金魚藻在光下能夠產生氧氣，可見，綠色植物進行光合作用的產物除了有機物外，還有氧氣。
二、光合作用利用二氧化碳作為原料
師：俗話說：巧婦難為無米之炊。即任何事物都不會憑空產生，也就是說，綠色植物通過光合作用可以產生有機物及氧氣，而這有機物和氧氣是由什么轉化的呢？下邊請大家看大屏幕。
教師展示普利斯特利的著名實驗：
畫面1：單擊出現：一個密閉的玻璃罩內放有一支點燃的蠟燭，單擊，蠟燭逐漸熄滅。單擊出現問題1：蠟燭為什么會熄滅？
生：因為密閉的玻璃罩內缺氧。
畫面2：單擊出現一 個密閉的玻璃罩內放有一個小白鼠，單擊小白鼠漸漸死去。單擊出現問題2：小 白鼠為什么會死去？
生 ：缺氧。
畫面3：單擊出現一個密閉的玻璃罩內放有一盆植物和一支點燃的蠟燭，單擊蠟燭不熄滅，植物也能長時間活著。單擊出現問題3：蠟燭為什么不熄滅？其燃燒時所需的氧氣從哪？植物為什么也能很好地生長？
生：因為綠色植物光合作用放出了氧氣。蠟燭燃燒時要產生二氧化碳，可能為植物所利用。
畫面4：單擊出現一個密閉的玻璃罩內放有一盆植物和一只小白鼠，小白鼠不死亡，植物也生長良好。單擊出現問題4：為什么二者放在一起時，卻都能正常地活著，它們之間有什么關系？
生：植物通過光合作用放出的氧可滿足小白鼠呼吸作用所需要，而小白鼠呼吸作用產生的二氧化碳可能也滿足了綠色植物的需要。
師：很好，那么大家再考慮一個問題：普利斯特利的實驗是否總能成功？此實驗成功的條是什么？在普利斯特利之后，也有一些科學家重復了他的實驗，但有的并未成功，請你幫他們找找失敗的原因。
生：因為綠色植物必須在光下才能進行光合作用，所以此實驗成功的條是必須有光。
師：對，分析得很好，所以每一位科學家做每一項實驗都必須有嚴謹的科學態度和嚴密的思維。下邊我們一下，普利斯特利的實驗能得出什么結論？
生：植物能更新由于蠟燭燃燒或動物呼吸而變得污濁了的空氣。同時蠟燭燃燒或動物呼吸排出的二氧化碳又是綠色植物光合作用的原 料。
三、探究實驗：二氧化碳是光合作用所必需的原料嗎？
師：那么二氧化碳真的是綠色植物光合作用所必需的嗎？你能否設計一個實驗，驗證一下二氧化碳確實是 光合作用所必需的，下面大家自己動手設計一下實驗，也可以前后左右互相討論討論，實驗材料及提示，大家可參考P129探究實驗。寫出實驗設計方案并做到以下三點：①寫出所選用的主要實驗材料 的原因。②寫出所選用的實驗儀器設備在實驗中的作用。③寫出每個實驗步驟可以說明什么問題。
第二時
教師組織學生在小組內交流自己的實驗設計方案，先進行小組內評議，共同評析小組內各組員的實驗設計方案是否嚴謹、合理，給同學提出自己的建議，也可將自己在設計過程中遇到的疑問提出，大家共同討論、解答。教師邊巡視，邊指導，也可參與到各小組討論中，適時給予指點與評價。對有創意的給予肯定與表揚，對有明顯漏洞與不 足的方案給予幫助與指點。最后教師可歸納評議結果，也可給學生提供一個簡便易行的實驗方案，供學生參考。
四、光合作用與生物圈中的碳—氧平衡
師：大家先在 小組內交流一下你們的實驗設計方案，選出你們認為較好的、設計較合理的方案，咱們在班上共同分析一下。
生：小組內交流并選出較好的方案。
師：教師挑選較好的方案，用實物投影將學生的實驗設計方案投到大屏幕上。
甲同學：

師：用點燃的蠟燭為綠色植物提供二氧化碳，而且也設計了對照實驗，甲中的氫氧化鈉可用吸收二氧化碳，方案可行，但還有一點問題未考慮周全，誰說一下？
生：要將植物在黑暗處放一晝夜，再移到光下做實驗，這樣可避免原有葉片中秋景的有機物的干擾。
師：很好，下邊咱們再看一個較好的實驗設計方案。請乙同學介紹其設計原理。
生：乙同學自己介紹：將甲、乙兩套裝置（如下圖所示）同時放在黑暗處一晝夜，然后一起移到光下，幾小時后，檢驗甲、乙裝置里的葉片是不是都有淀粉生成。

師：這個實驗方案既設計了對照，也用了提示中的實驗材料，還考慮 到了檢驗的方法及結果，是較好的實驗方案。由于時間關系就不一一展示分析了。通過這個實驗，我們可以得出結論：二氧化碳是光合作用必需的原料，而且光合作用的原料中還需要水的參與。
五、光合作用與生物圈中的碳—氧平衡
師：通過這幾節的學習，我們知道了：光合作用消耗二氧化碳，放出氧，而其他所有的生物包括植物自己都要呼吸，吸進氧呼出二氧化碳，這樣大氣中的碳—氧如何保持平衡呢？好，下邊大家閱讀P129~P130的光合作用與生物圈中的碳—氧平衡部分，并在閱讀過程中，思考并討論以下幾個問題：
（1）碳—氧平衡會打破嗎？在什么情況下會打破？我們應當怎樣預防？
（2）聯系自己的生活環境，談談環境中二氧化碳增多的原理。
（3）二氧化碳增多已經給環境帶了什么影響？
（4）請同學們預測一下，如果環境中的二氧化碳再繼續增多，將會使我們的生活環境發生什么變化，對人類有什么影響？
學生自學閱讀、討論回答問題。
學生1：碳—氧平衡會打破，如當 我們大量砍伐森林、破壞植被時就會打破平衡，還有我們大力開發能如化石燃料的大量燃燒會增加大氣中的二氧化碳量，我們應大力開展植樹造林、綠化祖國的活 動，同時減少能資料的過度浪費。
學生2：環境中二氧化碳增多會帶一系列的影響，如使全球氣候變暖，極地冰川融化，海平面升高，使一些海邊城市變為海底世界，動植物也會因氣候變暖而變得不適應等。
師：同學們回答得都挺好，大家的知識面還比較寬。我們每一位同學都要積極行動起，盡自己的一份力，保護好自己的家園。
六、光合作用及其在農業生產上的應用
師：光合作用不僅給我們地球上的所有生物提供了食物，還提供了氧氣。可以看出，光合作用是多么偉大的一項生理活動啊，那么就讓我們用一個簡單的式子永遠記住這一偉大過程吧。
學生抄寫光合作用反應式，朗讀光合作用的實質。
師：在農業生產上，你能否用你所學的知識指導農民伯伯們應怎樣做才能充分利用光能，提高產量呢？
生：如應注意在種植農作物時，要合理密植。還可以延長光合作用時間，采取一定的方法，提高植物周圍的二氧化碳濃度等。
師：很好，下去以后大家還可以想辦法，多找資料。接下我們共同小結一下這一節的內容。教師利用多媒體展示。
單擊：屏幕左上角出現鮮紅的太陽，并光芒四射，畫面中央是一盆盆栽植物，點擊葉片，則放大葉片，點擊太陽則出現光線并能沿箭頭進入葉片中，點擊二氧化碳則進入葉片，葉脈中的水也進入葉片中，二者通過箭頭匯聚在一起，單擊，則葉片中有淀粉形成，并且有氧氣不斷地擴散出葉片之外，進入大氣中。
［堂小結］[:學&科&網][:學.科.網Z.X.X.]
教師組織學生自行小結，可讓不同學習程度的學生分別用自己的語言概述本節主要內容，教師加以點評、補充與強調，及時了解教學效果。
［鞏固練習］
1．進行光合作用時，植物不需要的外界條是
A．二氧化碳B．水
C．高溫D．光
答案：C
2．植物光合作用的實質是
A．合成有機物，釋放能量B．合成有機物，貯存能量
C．分解有機物，貯存能量D．分解有機物，釋放能量
答案：B
3．要保證城市居民每天都能得到新鮮氧氣，可以采取的措施是
A．多蓋高樓，居住在高層B．擴大居住面積
C．美化環境 D．多植草坪多種樹
答案：D
4．仙人掌由于葉變成刺，所以不能進行光合作用
答案：×
5．有機物中儲存的能量，歸根結底于太陽光能
答案：√
6．綠色植物生物必需的有機物，可以由根從土壤中吸取
答案：×
7．植物體的所有活細胞都能進行光合作用
答案：×
8．新疆吐魯番盆地，由于晝夜溫差較大，白天光合作用旺 盛，晚上呼吸作用微弱，所以種植的瓜果味道特別甜
答案：√
9．植物在光下不進行呼吸作用，因為呼吸作用放出的二氧化碳被光合作用利用了
答案：×
10．1862年，德國科學家沙克斯做過這樣的實驗：他每天早晨、傍晚、深夜三個時間從同一棵植物上摘下一片葉子，再用打孔器在這三片葉子上各取下同樣大小的一塊圓片，烘干后稱重，結果發現：深夜取下的葉片最輕，早晨取下的比較重，傍晚的最重。他又把這三個圓片放入酒精中煮一下，取出后，用水沖洗，加碘液染色，結果發現：深夜的顏色最淺，傍晚的顏色最深。試分析說明早晨、傍晚、深夜出現三種不同結果的原因。
（1）早晨的樣品比較重，這說明___________________________________________。
（2）傍晚的樣品最重，碘酒處理時藍色最深，這說明___ _________________________。
（3）深夜的樣品最輕，顏色最淺，這表明_______________________________________。
答案：（1）早晨有關，植物進行光合作用大于呼吸作用　
（2）經過一天的光合作用積累有機物，所以最重　
（3）深夜只進行呼吸作用，要消耗有機物
12．下圖為呼吸作用實驗。

（1）實驗要用黑布遮住大燒杯，不讓透光，其目的是___________
_____________________________________。
（2）第二天揭開黑布，小燒杯內的石灰水變得________________，說明大燒杯內________________的濃度大大增加。
（3）將燃著的火柴放進大燒杯，火柴立刻__________，說明大燒杯內___________________濃度大大減少。
答案：（1）防止進行光合作用，影響實驗結果　（2）渾濁　二氧化碳　（3）熄滅　氧氣
●活動與探究
題：探究二氧化碳是光合作用的原料。
提示：本實驗只有一個變量即二氧化碳；氫氧化鈉溶液能吸收二氧化碳。
材料用具：玻璃罩、燒杯、氫氧化鈉溶液、碘液、植物。

●板書設計
第二節 綠色植物與生物圈的碳—氧平衡
一、光合作用的產物——有機物+氧氣
二、光合作用的原料——二氧化碳+水
三、光合作用與生物圈中的碳—]氧平衡
1．碳—氧平衡
2．綠色植物在維持碳—氧平衡方面的作用
3．維持生物圈中碳—氧平衡的措施
（1）尋求國際合作，限制二氧化碳的排放量
（2）植樹 造林、種草，發揮綠色植物的作用
四、光合作用及其在農業生產上的 應用
1．光合作用的反應式
二氧化碳+水 有機物+氧氣
　　　　　　　　 （儲存著能量）
2．光合作用的實質
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，并且釋放出氧氣。
3．光合作用在農業生產上的應用
合理密植。
●備資料
一、增加CO2濃度的方法
溫室中和露天都可以利用人工的方法增加空氣中CO2濃度，使作物增加產量。用人工的方法增加空氣中CO2的含量，稱為“CO2施肥”。室外一般在土壤中加廄肥、泥炭、混合肥料及無機肥料（如碳酸氫銨既能提供氮素又能提供CO2），依靠微生物的活動使有機物分解，在土壤中產生CO2，分散到大氣中。室 內常以燃燒碳物質、用干冰（固體CO2）、噴施CO2氣體等方法提高空氣中CO2的含量。這種施肥對蔬菜和花卉栽培都有很大的價值。
二、二氧化碳肥料
在講二氧化碳肥料時，可以用下面的實驗證明二氧化碳能促進植物的生長發育。取兩個小花盆，每盆內播種3~5粒小麥種子。等出苗后，分別用兩個玻璃罩把它們罩起，其中在一個小花盆旁邊放一只小燒杯，燒杯內放入碳酸氫鈉20 g和10%的鹽酸80 mL。碳酸氫鈉 和鹽酸反應生成了二氧化碳。這樣，生活在這個玻璃罩下的小麥苗因得到比較豐富的二氧化碳，它就長得比較好。而對照組內，因二氧化碳比較少， 相形之下，就長得差。這個實驗結果，經過兩周后就可以看得很清楚。燒杯內的碳酸氫鈉和鹽酸，每隔一天就要更換一次，因為這樣才可以不斷地供給豐富的二氧化碳。
三、“氣肥”的使用
近年，隨著科學技術的進步與發展，氣體化肥正逐漸被人們所接受。光合作用是農作物豐產的核心。農作物生產所需的二氧化碳遠遠超過空氣中的正常含量（約0．032%）。溫室大棚內，白天光照增強，光合作用相應加快，消耗的二氧化碳又得不到及時補充，致使光合作用不能正常進行。為了提高產量，對溫室大棚補充二氧化碳是非常必要的。溫室大棚補充二氧化碳“氣肥”的方法較多，常見的有干冰法、發酵法、石灰石與鹽酸法、碳酸氫銨與硫酸反應法等，較受歡迎的是碳酸氫銨與硫酸反應法。實踐證明，二氧化碳“氣肥”的施用，可以顯著提高農作物的產量，如水稻抽穗前二氧化碳的體積分數增加到0．09%時，其產量將增加30%。
四、光合作用的副產物
按光合作用簡單的反應式（6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2），其過程中產生氧氣，并擴散至大氣中。我們稱氧氣為副產品，因為氧氣是制造淀粉時附帶產生的。地球大氣中存有的氧氣絕大多數是通過綠色植物的光合作用產生的，這些氧氣除了滿足綠色植物 利用外，也滿足其他生物生命活動的需要。
將植物沉浸于水內，并在日光中照射，則綠色植物進行光合作用時所產生的氣體形成氣泡上升。淡水中的絲狀藻類經過日光照射后，因氣泡的聚集可使藻體浮至水面。如以一玻璃漏斗覆于水中的藻類或水生的植物上，使漏斗頸中充滿水，繼續將其頸封閉可收集植物所放出的氣體，待氣體收集至相當容量時，開啟其封閉的頸，以燃燒的木片試之，則木片燃燒旺盛，這證明其氣體中含有大量的氧氣。

五、生物圈中的碳—氧平衡
植物通過光合作用從大氣中吸收碳的速率，與通過動植物的呼吸和微生物的分解作用將碳釋放到大氣中的速率大體相等，因此，大氣中二氧化碳的含量在受到人類活動干擾以前是相當穩定的。
六、溫室效應
二氧化碳是影響地球能量平衡的一個重 要方面。能量主要以光的形式到達地球，其中大部分被吸收，并通過各種方式轉化為熱量，熱量最后以紅外（熱）輻射形式從地球再輻射出去。在大氣層中，二氧化碳對光輻射沒有阻礙，但是能吸收紅外線并阻擋紅外線通過，就像溫室的玻璃頂罩一樣，能量進容易出去難。大氣中的二氧化碳越多，對地球上熱量逸散到外層空間的阻礙作用就越大，從而使地球溫度升高得越快，這種現象叫做溫室效應。
科學家預測，今后大氣中二氧化碳每增加1倍，全球平均氣溫將上升1．5℃~4．5℃，而兩極地區的氣溫升幅要比平均值高3倍左右。因此，氣溫升高不可避免地使極地冰層部分融解，引起海平面上升。海平面上升對人類社會的影響是十分嚴重的。如果海平面升高1 m，直接受影響的土地約5×106 km2，人口約10億，耕地約占世界耕地總量的1/3。如果考慮到特大風暴潮和鹽水侵入，沿海海拔5 m以下地區都將受到影響，這些地區的人口和糧食產量約占世界的1/2。一部分沿海城市可能要遷入內地，大部分沿海平原將發生鹽漬化或沼澤化，不適于糧食生產。同時，對江河中下游地帶也將造成災害。當海水入侵后，會造成 江水水位抬高，泥沙淤積加速，洪水威脅加劇，使江河下游的環境急劇惡化。溫室效應和全球氣候變暖已經引起了世界各國的普遍關注，目前正在推進制訂國際氣候變化公約，減少二氧化碳的排放已經成為大勢所趨。


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