北师大版（2024）七年级上册生物跨学科实践活动二无土栽培一种植物教学设计课题：无土栽培一种植物科目：初中生物学年级：七年级上册版本：北师大版（2024）一、教学内容本次跨学科实践活动围绕“无土栽培一种植物”展开，学生将学习无土栽培的基本原理、方法和技术，选择一种适合无土栽培的植物进行栽培实践，并观察记录植物在无土栽培条件下的生长过程和变化。在活动过程中，涉及到生物学、化学、物理学等多个学科的知识，学生需要运用这些知识解决无土栽培中遇到的问题，如营养液的配制、植物生长环境的调控等。同时，还将培养学生的实践操作能力、观察能力、分析问题和解决问题的能力，以及团队合作精神和创新意识。二、设计理念1.实践探究为主导强调学生的亲身实践和自主探究，通过实际操作无土栽培植物的过程，让学生深入理解无土栽培的原理和技术，培养学生的动手能力和实践技能。2.跨学科融合打破学科界限，整合生物学、化学、物理学等多学科知识，引导学生从不同学科角度思考和解决无土栽培中的问题，培养学生的跨学科思维和综合运用知识的能力。3.合作学习组织学生进行小组合作学习，共同完成无土栽培植物的任务，培养学生的团队合作精神和沟通交流能力，促进学生之间的相互学习和共同进步。4.创新与拓展鼓励学生在掌握基本无土栽培技术的基础上，进行创新和拓展，探索不同的栽培方式和植物品种，培养学生的创新意识和科学探究精神，激发学生对科学研究的兴趣。三、教学目标（一）知识与技能目标1. 学生能够了解无土栽培的概念、原理和发展历史，知道常见的无土栽培类型。2. 掌握无土栽培营养液的配制方法和技术，理解营养液中各种营养元素对植物生长的作用。3. 学会选择适合无土栽培的植物品种，并掌握其无土栽培的基本方法和管理技术。4. 能够运用观察、测量、记录等方法，对无土栽培植物的生长过程和变化进行观察和分析，并用图表、文字等方式表达观察结果。（二）过程与方法目标1. 通过查阅资料、实验探究、小组讨论等方式，培养学生获取信息、处理信息和解决问题的能力。2. 经历无土栽培植物的实践过程，提高学生的动手操作能力和实践技能，培养学生的科学探究精神和严谨的科学态度。3. 在小组合作学习中，培养学生的团队协作能力和沟通交流能力，学会与他人合作共同完成任务。4. 通过对无土栽培植物生长数据的分析和总结，培养学生的数据分析能力和归纳总结能力，提高学生的科学思维水平。（三）情感态度与价值观目标1. 培养学生对科学技术的兴趣和热爱，激发学生探索科学奥秘的好奇心和求知欲。2. 让学生体验无土栽培技术在农业生产中的应用和优势，增强学生对现代农业的认识和理解，培养学生的社会责任感和创新意识。3. 在实践活动中，培养学生的耐心、细心和责任心，以及不怕困难、勇于尝试的精神品质。4. 通过小组合作学习，培养学生的团队合作精神和集体荣誉感，让学生学会尊重他人、欣赏他人，提高学生的综合素质。四、教学重难点（一）教学重点1. 无土栽培的原理和营养液的配制方法。2. 适合无土栽培植物的选择和栽培技术要点。3. 无土栽培植物生长过程的观察和记录方法。（二）教学难点1. 理解无土栽培中营养元素的平衡和植物对营养液的吸收机制。2. 解决无土栽培过程中出现的如营养液酸碱度调节、植物病虫害防治等实际问题。3. 培养学生的跨学科思维能力，引导学生运用多学科知识分析和解决无土栽培中的复杂问题。五、教学准备1.材料准备无土栽培设备和器材：如栽培槽、栽培架、营养液循环系统、水泵、定时器、pH 计、电导率仪、温度计等（若条件有限，可简化设备，如使用简易塑料容器作为栽培容器）。植物种子或幼苗：选择适合无土栽培的植物，如生菜、菠菜、草莓、绿萝等。营养液原料：硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸亚铁、硼酸、硫酸锰、硫酸铜、硫酸锌、钼酸钠等化学试剂（可根据实际情况选择部分常用试剂）。其他材料：珍珠岩、蛭石、岩棉等基质材料（可选），塑料薄膜、遮阳网、防虫网等，标签纸、笔、记录表格、相机等。2.场地准备选择学校的生物实验室、温室或教室的一角作为无土栽培的场地，确保场地有充足的光照和适宜的温度，便于学生进行操作和观察。3.知识准备教师提前了解无土栽培的相关知识和技术，准备好教学课件、视频资料和相关实验案例。学生预习课本中关于植物生长需要的营养物质、植物的根吸收水分和无机盐等相关内容，查阅有关无土栽培的资料，了解无土栽培的基本原理和方法。六、教学过程（一）导入新课1. 展示图片和视频教师通过多媒体展示一些无土栽培的图片和视频，包括现代化的无土栽培温室、各种无土栽培植物的生长场景以及无土栽培在城市农业、家庭园艺中的应用等。2. 提出问题，引发思考同学们，你们见过这些没有土壤却能生长得很好的植物吗？知道它们是怎么生长的吗？为什么植物可以在没有土壤的情况下生长呢？无土栽培有什么优点呢？你们想不想自己尝试无土栽培一种植物呢？3. 引出课题今天，我们就一起来探索无土栽培的奥秘，学习如何无土栽培一种植物。在这个过程中，我们将运用到多个学科的知识，相信大家一定会有很多收获。设计意图：通过展示生动的图片和视频，激发学生的学习兴趣和好奇心，让学生对无土栽培有一个直观的认识。提出问题引导学生思考，引发学生对无土栽培原理和技术的探究欲望，从而顺利引出课题。（二）讲解无土栽培的原理和方法1. 结合教材课文内容讲解无土栽培的原理教师讲解植物生长需要的基本条件，包括水分、无机盐、空气、光照和适宜的温度等。强调土壤的主要作用是为植物提供水分和无机盐，并固定植物根系。引出无土栽培的概念，即不用土壤，而用营养液或其他基质来栽培植物的方法。说明无土栽培是通过人为配制的营养液为植物提供生长所需的水分和养分，同时满足植物对空气、光照和温度等条件的需求。利用示意图或动画演示植物根系在无土栽培环境中吸收营养液中水分和养分的过程，帮助学生理解无土栽培的原理。2. 介绍无土栽培的方法和类型水培法：教师讲解水培法的基本原理和特点，即将植物根系直接浸泡在营养液中，通过营养液的循环流动为植物提供养分和氧气。举例说明水培法的应用，如常见的水培生菜、绿萝等。基质培法：介绍基质培法的原理和常用基质，如珍珠岩、蛭石、岩棉等。讲解基质的作用是固定植物根系，并保持一定的水分和透气性。以基质培草莓为例，说明基质培法的操作过程和注意事项。气雾培法：简单介绍气雾培法的原理和特点，即通过将营养液雾化后喷洒在植物根系周围，为植物提供水分和养分。让学生了解气雾培法是一种较为先进的无土栽培技术，但操作相对复杂。设计意图：系统地讲解无土栽培的原理和方法，让学生对无土栽培有一个全面的了解和认识，为后续的实践操作奠定基础。结合教材内容进行讲解，使学生更好地理解理论知识与实践操作的联系。（三）无土栽培营养液的配制1. 讲解营养液的组成成分教师展示营养液配方表，向学生介绍营养液中主要包含的大量元素（氮、磷、钾、钙、镁、硫等）、微量元素（铁、锰、硼、锌、铜、钼等）以及其他辅助成分（如螯合剂、缓冲剂等）。讲解各种营养元素对植物生长的作用，如氮元素是植物蛋白质和叶绿素的重要组成成分，磷元素有助于植物根系的生长和开花结果，钾元素能增强植物的抗逆性等。2. 营养液的配制方法和步骤计算所需药品量：根据营养液配方和栽培植物的数量，计算所需各种化学试剂的用量。教师以配制一定体积的通用型营养液为例，进行详细的计算演示。称量药品：指导学生使用天平准确称量所需的化学试剂。强调在称量过程中要注意药品的纯度和称量的准确性。溶解药品：将称量好的化学试剂分别溶解在适量的蒸馏水中，搅拌均匀。提醒学生注意有些药品的溶解顺序和溶解方法，如硫酸亚铁需要在酸性条件下溶解，可先加入少量稀硫酸后再溶解。混合营养液：将溶解好的各种溶液依次倒入一个大容器中，并用蒸馏水定容至所需体积。搅拌均匀后，得到配制好的营养液。3. 营养液酸碱度的调节教师介绍营养液酸碱度对植物生长的影响，大多数植物适宜在微酸性至中性的营养液环境中生长。讲解使用 pH 计测量营养液酸碱度的方法，并示范如何通过添加稀酸（如硫酸、盐酸）或稀碱（如氢氧化钠、氢氧化钾）来调节营养液的 pH 值至适宜范围。学生分组进行营养液酸碱度的测量和调节练习，教师巡视指导，确保学生操作正确。设计意图：让学生了解无土栽培营养液的组成和配制方法，掌握基本的化学实验操作技能，如药品的称量、溶解和溶液的混合等。通过调节营养液酸碱度的实践操作，培养学生的实验操作能力和解决实际问题的能力。（四）选择植物和准备栽培设备1. 适合无土栽培植物的选择教师介绍一些常见适合无土栽培的植物品种，如叶菜类（生菜、菠菜、空心菜等）、果菜类（草莓、番茄、黄瓜等）、花卉类（绿萝、吊兰、蝴蝶兰等），并分析它们的特点和无土栽培的适应性。组织学生分组讨论，根据实际情况（如栽培场地条件、季节、个人兴趣等）选择一种适合无土栽培的植物。各小组汇报选择的植物品种及原因，教师进行点评和指导。2. 准备栽培设备和材料教师介绍无土栽培所需的基本设备和材料，如栽培容器（塑料盆、泡沫箱、栽培槽等）、基质（若选择基质培）、营养液循环系统（水泵、管道、喷头等）、固定植物的材料（如海绵、定植篮等）。学生根据选择的植物和栽培方式，领取相应的栽培设备和材料，并进行检查和清洗，确保设备和材料的干净和完好。设计意图：引导学生根据实际情况选择适合的植物进行无土栽培，培养学生的分析和决策能力。让学生熟悉无土栽培设备和材料的准备工作，提高学生的实践操作能力和组织能力。（五）植物的无土栽培操作1. 植物的处理对于种子繁殖的植物，如生菜、菠菜等，教师指导学生进行种子的浸种、催芽处理。讲解浸种的目的是促进种子吸水萌发，催芽的方法和注意事项，如保持适宜的温度和湿度。对于幼苗或扦插繁殖的植物，如草莓、绿萝等，教师示范如何对植物进行适当的修剪和整理，去除病叶、黄叶和过长的根系，以提高植物的成活率和生长势。2. 定植水培法定植：如果选择水培法，教师向学生示范将处理好的植物幼苗或插条固定在定植篮中，然后将定植篮放入装有营养液的栽培容器中，使植物根系浸泡在营养液中。注意调整定植篮的位置，确保植物根系能够充分接触营养液，同时要保持植株的稳定性。基质培法定植：若采用基质培法，教师指导学生先在栽培容器底部铺上一层基质（如珍珠岩或蛭石），然后将植物幼苗或插条种植在基质中，轻轻压实基质，使植物根系与基质充分接触。种植后，浇适量的营养液，保持基质湿润。3. 安装和调试栽培设备（如营养液循环系统）教师讲解营养液循环系统的组成和工作原理，包括水泵的作用、管道的连接方式和喷头的分布等。学生在教师的指导下，安装营养液循环系统，连接水泵、管道和喷头，并进行调试。确保营养液能够正常循环流动，为植物提供充足的养分和氧气。4. 标记与记录各小组在自己栽培的植物上做好标记，注明植物品种、栽培日期和小组名称。学生开始填写第一次观察记录表格，记录植物的初始状态（如植株高度、叶片数量、根系情况等）、栽培环境条件（如温度、光照、营养液酸碱度等）和操作过程中的注意事项。设计意图：让学生亲自动手进行植物的无土栽培操作，体验实践过程，提高学生的动手能力和实践技能。在操作过程中，教师的巡视指导可以及时帮助学生解决问题，确保操作的正确性和安全性。标记与记录环节培养学生的观察习惯和科学记录的能力。（六）无土栽培植物的管理与观察1. 讲解植物生长过程中的管理要点营养液管理：教师讲解营养液的补充和更换方法，根据植物的生长阶段和营养液的消耗情况，定期补充营养液中的水分和养分。同时，提醒学生注意观察营养液的颜色、透明度和酸碱度变化，如发现营养液