高中二年級(jí)下學(xué)期生物 選擇性必修2-《探究土壤微生物的分解作用》教學(xué)設(shè)計(jì) +作業(yè)

PAGEPAGE2高中生物選擇性必修2《探究土壤微生物的分解作用》教師姓名教研組生物No：P65.66課題探究土壤微生物的分解作用教學(xué)目標(biāo)1.通過(guò)宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象理解微觀的生物學(xué)原理，了解土壤微生物在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中的重要作用。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)嘗試探究土壤微生物的分解作用，掌握探究的一般流程與方法，學(xué)習(xí)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的原則與處理方法，培養(yǎng)樂(lè)于探究的科學(xué)精神。教學(xué)重點(diǎn)探究土壤微生物對(duì)落葉和淀粉的分解作用教學(xué)難點(diǎn)分析探究實(shí)驗(yàn)的一般方法與流程教學(xué)方法通過(guò)講授法、實(shí)驗(yàn)演示等引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)探究的一般流程與方法，掌握對(duì)照實(shí)驗(yàn)的原則與處理方法。學(xué)法指導(dǎo)聯(lián)系必修一中學(xué)習(xí)過(guò)的探究實(shí)驗(yàn)的一般方法以及淀粉、還原糖的檢測(cè)方法，突破本節(jié)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)教具（資料）多媒體、課件板書設(shè)計(jì)土壤與土壤微生物二、探究土壤微生物的分解作用探究土壤微生物對(duì)落葉的分解作用探究土壤微生物對(duì)淀粉的分解作用教學(xué)過(guò)程組織教學(xué)：引言：我們一起來(lái)觀看一個(gè)視頻。從視頻中我們可以看到，潛蠊正在享受它們的午餐——枯枝落葉。潛蠊是一種蟑螂，是典型的分解者，可以高效分解土壤中的枯枝落葉。在土壤中還有哪些像潛蠊一樣默默無(wú)聞、辛勞工作的分解者呢？今天，讓我們一起走近土壤來(lái)了解一下。新課：土壤與土壤微生物土壤的組成講述：土壤對(duì)地球與地球生物來(lái)說(shuō)都十分重要。土壤由非生物成分和生物兩部分構(gòu)成。其中，非生物成分包括水分、氣體、礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。礦物質(zhì)是由巖石風(fēng)化形成，占土壤質(zhì)量的95%左右，而有機(jī)質(zhì)由動(dòng)物遺體、枯枝落葉、腐殖質(zhì)等組成，大約占土壤質(zhì)量的5%。土壤中的生物種類繁多，包括各種動(dòng)物、藻類、真菌及微生物，特別是微生物種類多、數(shù)量大、繁殖快，但由于形體微小，質(zhì)量占比很少。土壤中的微生物主要生活在腐殖質(zhì)層，也就是土壤表層。覆蓋有枯枝落葉的土壤往往土壤微生物資源較為豐富。那什么是土壤微生物呢？土壤微生物講述：土壤微生物泛指土壤中結(jié)構(gòu)微小、肉眼不可見的生物。主要包括細(xì)菌、放線菌、真菌等生物。也有一些原生動(dòng)物和藻類。土壤微生物的代謝類型比較常見的是異養(yǎng)需氧型、異養(yǎng)厭氧型，當(dāng)然也有像酵母菌這樣屬于異養(yǎng)兼性厭氧的，也有以硝化細(xì)菌為代表的自養(yǎng)需氧類型。這就決定了土壤微生物可以作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者、消費(fèi)者或生產(chǎn)者。不過(guò)，大部分的土壤微生物屬于分解者，具有高效的分解作用，在促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)方面發(fā)揮著不可替代的作用。那么什么是土壤微生物的分解作用呢？微生物的分解作用是指微生物能分泌多種水解酶將大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物，如纖維素酶、淀粉酶可分別將纖維素、淀粉水解成葡萄糖。然后被分解者吸收到細(xì)胞中，一方面為微生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，另一方面進(jìn)行氧化分解，最終形成CO2、水和各種無(wú)機(jī)鹽，同時(shí)釋放能量，為微生物的各種生命活動(dòng)供能。二、探究土壤微生物的分解作用提問(wèn)：土壤微生物肉眼無(wú)法看見，我們要怎樣才能觀察到它的分解作用呢？如果要探究土壤微生物的分解作用，該怎樣開展實(shí)驗(yàn)?zāi)兀空?qǐng)同學(xué)們思考一下。學(xué)生活動(dòng)：積極思考、討論。講述：我們通過(guò)兩個(gè)案例來(lái)學(xué)習(xí)如何探究土壤微生物的分解作用。首先，我們來(lái)看案例1?！景咐?探究土壤微生物對(duì)落葉是否具有分解作用】每到秋冬季節(jié)，我們常能看到樹林中有落葉堆積，也無(wú)人打掃，但為什么沒(méi)有越積越多呢?難道是被分解者分解了?針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象我們就可以進(jìn)行科學(xué)探究的第一步——提出問(wèn)題：樹林中的落葉是被土壤微生物分解的嗎？經(jīng)過(guò)剛才的學(xué)習(xí)，我們知道土壤微生物可以分解大分子有機(jī)物，例如纖維素、淀粉等，而枯枝落葉中富含纖維素，據(jù)此我們可以作出合理的假設(shè)：樹林中的落葉是被土壤中的微生物分解的。接著，我們就要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)可以思考和討論以下問(wèn)題：1.可以將落葉埋在土壤中進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在哪里進(jìn)行？選擇什么樣的土壤較好？2.本實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量分別是什么？3.需要設(shè)置對(duì)照嗎？如何設(shè)置？4.為了排除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，需注意哪些問(wèn)題？5.需要用到哪些材料和器具？為便于實(shí)驗(yàn)的開展，要從野外取土到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。盡量選擇肥沃的土壤，例如農(nóng)田土、或覆蓋有落葉的土壤以保證較好的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)的自變量是：土壤中是否含微生物。因變量是：落葉的分解情況或腐爛程度。無(wú)關(guān)變量有：土壤溫度與濕度、落葉類型、土壤理化性質(zhì)、處理時(shí)間、掩埋深度等。本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對(duì)照。實(shí)驗(yàn)組：將土壤滅菌處理，但盡量不改變土壤的理化性質(zhì)。例如，可以將土壤放到恒溫箱中60℃下處理1小時(shí)。對(duì)照組：土壤不滅菌，處于自然狀態(tài)。為了排除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，土壤、落葉均要隨機(jī)均分為兩組。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的落葉埋入深度、埋入天數(shù)、土壤濕度、放置環(huán)境如溫度等均要相同且適宜。實(shí)驗(yàn)需用到的材料器具有：土壤、落葉、玻璃或鋼制容器、鐵鍬、紗布、標(biāo)簽、恒溫箱等?；谝陨嫌懻摚覀儽憧梢灾贫▽?shí)驗(yàn)步驟，如下：1.取兩個(gè)相同的不銹鋼盆，分別貼上“甲組”、“乙組”標(biāo)簽。2.取肥沃土壤分成等量的兩份，分別放入兩個(gè)不銹鋼盆中，將甲組（實(shí)驗(yàn)組）放入恒溫箱，60℃滅菌1h，乙組（對(duì)照組）不做處理。3.取大小、形態(tài)、種類相同的落葉10片，隨機(jī)均分成2份，分別用紗布包好，埋入2個(gè)盆中，深度約5cm。4.將2個(gè)盆放于實(shí)驗(yàn)室相同的環(huán)境中一至數(shù)月，可每隔兩周取出紗布包觀察落葉腐爛程度。5.分析結(jié)果，得出結(jié)論。我們還可以預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的結(jié)果及結(jié)論，例如：①甲組(實(shí)驗(yàn)組)的落葉腐爛程度小于乙組(對(duì)照組)，則說(shuō)明土壤中的微生物能分解落葉。②甲組的落葉腐爛程度等于乙組，則說(shuō)明土壤中的微生物不能分解落葉。經(jīng)過(guò)這些前面這些分析以后，我們便可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了。依次準(zhǔn)備土壤和落葉，埋入落葉，然后將裝置放到恒溫箱中保溫一到數(shù)月。由于實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，可每隔兩周取出落葉進(jìn)行觀察，并記錄其腐爛程度。最后根據(jù)結(jié)果分析，得出結(jié)論。從圖片中我們可以看到：甲組(實(shí)驗(yàn)組)的落葉腐爛程度小于乙組（對(duì)照組），因此，可以得出結(jié)論：土壤中的微生物能分解落葉，假設(shè)成立。我們還可以圍繞該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究。例如可以繼續(xù)深入探究：溫度、濕度等因素會(huì)影響土壤微生物的分解作用嗎？不同土壤中的微生物對(duì)落葉的分解能力一樣嗎？【案例2探究土壤微生物對(duì)落葉是否具有分解作用】我們?cè)賮?lái)看案例2。我們知道植物葉片光合作用能產(chǎn)生淀粉，那土壤微生物在分解枯枝落葉時(shí)能分解淀粉嗎？我們可以假設(shè)：土壤微生物能分解淀粉。接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們思考一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量分別是什么？好，大家看你的答案跟我一樣嗎？該實(shí)驗(yàn)的自變量是：是否含有分解淀粉的土壤微生物。因變量是：淀粉的分解情況。無(wú)關(guān)變量有：淀粉用量、時(shí)間、溫度等。那這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軐⒌矸巯衤淙~一樣埋進(jìn)土壤中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)嗎？不能，紗布包裹淀粉容易漏出，不便于淀粉的檢測(cè)；若用其他材料包裹淀粉則可能不利于淀粉與微生物接觸。因此，我們可以制取土壤浸出液，浸出液中含微生物，再向其中加入淀粉溶液。那么怎么判斷淀粉是否被分解呢？經(jīng)過(guò)必修一的學(xué)習(xí)，我們知道淀粉酶能將淀粉分解成麥芽糖，麥芽糖是一種還原糖。淀粉遇碘變藍(lán)，而還原糖遇斐林試劑，在加熱條件下會(huì)產(chǎn)生磚紅色沉淀。因此，可用碘液或斐林試劑檢測(cè)淀粉是否被分解。經(jīng)過(guò)這些分析我們大概能想到該實(shí)驗(yàn)所用到的實(shí)驗(yàn)材料用具有：土壤、紗布、洗瓶、燒杯、玻璃棒、滴管、試管、試管架、試管夾、酒精燈、蒸餾水、質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的淀粉溶液、碘液、斐林試劑等。做好了前期準(zhǔn)備工作，我們便可以參照課本66頁(yè)的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：1.將取自農(nóng)田、林地或花盆等處的土壤放入里面墊有厚紗布的燒杯中，加水?dāng)嚢?，然后將紗布連同土壤一起取出。將留在燒杯中的土壤浸出液靜置一段時(shí)間備用。2.另取兩只燒杯，編號(hào)為A、B，放入等量淀粉溶液。在A燒杯中加入30ml土壤浸出液，B燒杯中加入30ml蒸餾水。3.在室溫(20℃左右)下放置7天后，分別取A、B燒杯中的溶液2ml，各放入兩支試管中，分別編號(hào)為A1、A2，B1、B2。4.在A1、B1中加入3滴碘液；在A2、B2中加入1ml斐林試劑，加熱。5.觀察試管中溶液的顏色變化，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。我們一起來(lái)看老師所做的實(shí)驗(yàn)：依次準(zhǔn)備土壤、制備土壤浸出液、加淀粉并靜置一周讓其反應(yīng)，最后加試劑檢測(cè)。我們可以看到：A1試管的藍(lán)色比裝蒸餾水的B1試管淺；A2出現(xiàn)磚紅色，B2未出現(xiàn)磚紅色。這是因?yàn)?，A1、A2試管中是農(nóng)田土浸出液，其中的微生物將淀粉分解一部分，并產(chǎn)生了還原糖，因而加碘液之后藍(lán)色淺，而加了斐林試劑之后呈現(xiàn)磚紅色沉淀。而B1、B2試管中是蒸餾水，沒(méi)有可以分解淀粉的微生物，因此加碘液之后藍(lán)色更深，而加斐林試劑沒(méi)有出現(xiàn)磚紅色沉淀。根據(jù)這些分析，我們就可以得出結(jié)論：土壤中的微生物能分解淀粉，假設(shè)成立。以上就是科學(xué)探究的一般流程與方法，也是探究肉眼不可見的土壤微生物的分解作用的常用方法。同學(xué)們都學(xué)會(huì)了嗎？課后趕緊動(dòng)手試一試吧。當(dāng)堂作業(yè)1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)來(lái)探究土壤微生物對(duì)落葉的分解作用，下列操作及分析錯(cuò)誤的是（）A.實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組應(yīng)選擇同種樹葉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)B.將網(wǎng)兜或紗布中的落葉埋入兩組土壤中，觀察腐爛情況C.可通過(guò)加熱烘干的辦法對(duì)實(shí)驗(yàn)組的土壤進(jìn)行滅菌D.溫度是本實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量，會(huì)影響微生物的分解效率2.為了了解土壤微生物能否分解農(nóng)藥，有人用“敵草隆”(一種除草劑)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：取等量沙土分裝于相同的兩個(gè)容器中，a組高壓滅菌，b組不滅菌。下列有關(guān)敘述中正確的是（）A.應(yīng)先向a中噴入“敵草隆”，再將a進(jìn)行高壓滅菌B.只用沙土實(shí)驗(yàn)效果比用幾種典型土壤混合后的好C.再增加c組作為對(duì)照，不噴入“敵草隆”，其他處理與a、b組相同D.農(nóng)藥降解菌能夠降解農(nóng)藥,減輕環(huán)境污染，體現(xiàn)了生物多樣性的間接價(jià)值3.某興趣小組以帶有落葉的表層土壤為實(shí)驗(yàn)材料，研究土壤微生物的分解作用，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)組土壤處理土壤濕度放置溫度60天后落葉腐爛程度甲滅菌將用紗布包裹好的落葉埋入各組土壤中濕潤(rùn)20℃基本沒(méi)有腐爛乙不滅菌濕潤(rùn)20℃大部分腐爛丙不滅菌濕潤(rùn)5℃少部分腐爛丁不滅菌較干燥20℃少部分腐爛（1）該實(shí)驗(yàn)的自