视频标签:生物净化,原理及其应用
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视频课题:人教版高中生物选修二第四章第2节《生物净化的原理及其应用》广东省 - 汕头
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第2节 《生物净化的原理及其应用》教学设计
1.教材分析
《生物净化的原理及其应用》是新课标人教版生物选修2第4章生物科学与环境保护的第二节。环境保护是当今世界的热门话题,是关系到我国社会可持续发展的重要因素之一。了解和学习如何利用生物科学技术净化环境、保护环境,是中学生生物科学素养的重要组成部分。小学初中所学的环保内容更多从宏观理论方面组织教材,内容不具体,操作性不强。而本节课的内容,则更多地是从社会生活中来,通过一些社会中生物净化的事实或事例,引导学生认识并运用生物科学的基本原理和方法,尝试解决现实生活和生产中存在的环境和资源问题。注重培养学生的分析能力、社会参与能力,更加注重引导学生形成有关生物净化和环境保护行为和意识。
教材的内容包含了植物的净化作用和微生物的净化作用两部分内容。与社会生活息息相关,我调整思路,不占用过多的课堂时间来讲授信息,而是设计一个翻转课堂,将教材调整分成三个主线任务,重新调整课堂内外的时间,将学习的决定权从教师转移给学生,让学生在课前通过看视频讲座、听微课、阅读文献和在网络上与别的同学讨论等等多种方式,搜索整合主线任务需要的材料,形成展示材料,在课堂上展示讨论,让学生通过实践获得更真实的学习。
2.学情分析
高二的学生活泼好动,思维活跃,上课充满热情、积极发言、善于表现自己。经过了一年多的生物课程学习,学生具备了一定的自学能力和方法,能够进行资料搜集整理和合作沟通,也掌握实验设计的一般原则,可以独立进行实验设计及进行实验操作。
在学习这节课之前,学生已学习了生物必修一《ATP的主要来源——细胞呼吸》一节和必修三《生态系统的结构》内容,学生对生物细胞呼吸消耗有机物形成无机物以及微生物和植物在生态系统中的作用和地位有了初步了解。
学生对涉及本地社会中环境保护实例很关注,也热切希望自己的家乡水更清、天更蓝。故在资料搜寻的过程中,学生很关注本地实例及其涉及的生物学原理,这些均为本节课的学习奠定了良好的基础。
3.教学目标
(1)生命观念目标:
新课标人教版生物选修2 第4章 生物科学与环境保护
1、具有稳态与平衡观,知道生态系统通过自我调节作用抵御和消除一定限度的外来干扰,保持或恢复自身结构和功能的相对稳定。
2、具有物质和能量观,掌握微生物净化和植物净化原理及过程,了解其中物质变化和能量变化。
(2)科学思维目标:
1、采用适当的科学思维方法,通过设计探究土壤微生物分解作用的实验,初步训练学生的实验设计及操作技能。
2、依据学生搜索整合的实际情境和思考提出的问题,训练学生合作探究能力,形成初步的概念和结论。
3、利用思维导图的构思,提高学生发散思维。
(3)科学探究目标:
1、通过学生自己设计探究性实验,探究土壤微生物分解作用,培养分析问题、解决实际问题的能力,发展科学思维和创新的能力。
2、通过学生自主设计实验和实验操作,养成实事求是的科学态度,初步培养学生具有勇于探索、不断创新和合作等科学精神。
3、通过学生搜寻整合以及参与研学活动获得的生物净化实例,理论联系实际,展开交流,促进学生的思维发展。
(4)社会责任目标:
1、学生通过“城市污水净化和城市沟渠整治”这类实例,加强对科学、技术、社会(STS)的关注。
2、借助“三北防护林和蚂蚁森林”等实例,增强学生关心爱护绿色植物,渗透生态学观点、生命科学价值观等的教育。
4.教学重点和难点:
(1)教学重点
①微生物净化和植物净化的原理。 ②理解生物净化对生态系统的重要意义。 (2)教学难点
①污水净化的原理及过程; ②生物净化的概念。
5. 教学策略
在翻转课堂模式下,重新调整课堂内外的时间,学习的主体变成了学生。课堂学习时间也延伸至课前课后,故本节课采用以下教学策略。
新课标人教版生物选修2 第4章 生物科学与环境保护
1学习任务单策略
将课程内容分成几大主线任务,课前列出学习任务单分配给学习小组。包含任务指南、学习资源获取来源、尝试设计提出问题、整合资源形成展示成果等内容,该策略也是翻转课堂能够成功实施的关键。
2、协作学习策略
通过小组的形式完成任务单,且在课堂上提出问题,组织学生互动讨论。可以促进学生课堂参与度,充分调动学生积极性、参与性、培养学生协作能力和创新能力,提高生物科学素养。
3个性化指导策略
教师针对学生的特征进行分析,把握每个学生的真实情况,实施个性化指导,切实解决不同学生的差异化问题。
4.量表评价策略
教师设计评价量表,通过对学生展示作品完成情况、合作探究参与情况等给予学生一定的评价,配合学生小组自评和互评等达到评价反馈的效果。学生由课前学习到课堂活动再到学习测评,完成一次学习任务,在这个学习流程中不断内化吸收学习知识,促进了学生发展。
6.课时安排:1课时 7.教学过程
教师的组织和引导
学生活动 教学意图
导入
【标题解析、任务解释】首先我们对这节课标题做个解析,关键词是“生物净化”,净化可以理解为净化环境中的污染物,在此过程中起关键作用的生物主要有两大类微生物和植物。标题中另一个关键词是“应用”也就是让大家了解生活中涉及微生物和植物净化污染物的实际例子,通过这些实例来掌握生物净
化的原理。考虑到这节课与大家日常生活息息相关,所以课前我已经把这节课的大体线索分解成三个主线任务,交给同学们,让大家去搜集相关的资料并思考其中涉及到的生物学问题,那么现在我就把这三尺讲台交给你们,让我们一起探索生活中的生物学奥秘。
【准备成果展示】 【翻转课堂,将学
习的决定权从教
师转移给学生】
新课标人教版生物选修2 第4章 生物科学与环境保护
新课推进
任务一: 土壤微生物实例
【过渡】土壤微生物实例(第一小组展示课前实验) 教师的组织
学生活动
教学意图
【过程性评价】
教师根据学生表现量化记录学生课堂
展示、回答问题情况,接受学生学习反馈。 【适当引导学生回答问题】 有了自然界的分解者是否意味着我们可以随意制造垃圾?生态系统的稳定性是有一定限度的。
【学生成果展示】
接到土壤微生物净化作用这个主线任务后,我们设计了一个小实验,题目是:“探究土壤微生物对果皮的分解作用”目的很简单,想看看,假设没有了土壤中这些不起眼的微生物,生物的枯枝落叶和遗骸还能不能自然降解?
实验原理:微生物的分解作用
实验材料用具:天然土壤,灭菌土,果皮 <观看实验视频>看一下我们实验过程:取相同规格的两个锥形瓶,分别加入等量的土壤,编号甲
组和乙组;甲组土壤进行高压灭菌处理,封口用透
气无菌膜包裹,乙组不做任何处理。取两块大小相
同的橘子皮,一块用无水乙醇消毒后放入甲瓶,一
块不做任何处理置入乙瓶,保持置入深度一致。后
将两个锥形瓶置于适宜且相同的环境下培养,对比
观察。
后续对两个锥形瓶里的果皮分解情况进行观
察发现,实验进行第4天时,天然土壤中的果皮附
近土壤开始长出白色霉菌,两周后发现乙组果皮颜
色发黑,性状明显发生改变。甲组灭菌组内果皮无
明显变化。现在我取出两个瓶子的果皮,做个对比。
【学生设计问题提问】
同学们,听完了我们做的小实验,我们小组同学提出一些小问题,想让大家帮忙解决。
Q1:你能否帮该实验下一个结论?
Q2:根据你学到的知识尝试解释土壤微生物在生态系统结构中的角色和地位?是否意味着可以随意制造垃圾?
Q3:你能举出身边相关的例子吗?
【培养生物核心素养】
通过学生自己
设计探究性实验,
探究土壤微生物分
解作用,养成实事
求是的科学态度,
培养分析问题、解
决实际问题的能
力,培养科学探究
生物素养,达成教
学目标。
新课标人教版生物选修2 第4章 生物科学与环境保护
【学生回答】
A1:土壤微生物对果皮具有分解作用。 A2:分解者,是必不可少的成分之一。
任务一: 土壤微生物实例
【过渡】土壤微生物实例(第二小组展示垃圾填埋实例) 教师的组织和引导
学生活动
教学意图
【适当引导学生回答问题】
想想这些污染物一般是哪种性质的?无机物还是有机物?大多是有机物,微生物就会将有机物分解成什么?(无机物)。连线练习!
【过程性评价】
教师根据学生表现量化记录学生课堂
展示、回答问题情况,
接受学生学习反馈。
【学生成果展示】你是否想过随手制造的垃圾最终走向何处?2017年2月6日,汕头街头出现“垃圾围城”的现象,大量的生活垃圾占据路面,路面上长长的垃圾带不时散发阵阵恶臭,路面交通
也受到影响。一看新闻才知原来当天下午,汕头金平雷打石垃圾场发生了大型火灾。所幸这场火灾无造成人员伤亡。而受事故影响,填埋场一度封闭,给全市生活垃圾的清运造成不小影响。
而从这一场垃圾填埋场的火灾,让我们也逐渐认识到垃圾处理设施对一座城市发展的重要性……
填埋是城市固废的主要处置方式,生活垃圾进
入到卫生填埋场后,在微生物菌群的作用下会经历好氧、厌氧酸化、初期产甲烷以及稳定产甲烷阶段逐步达到稳定。城市固废有机质含量高,微生物生化降解过程中除产生甲烷等填埋气,还会产生渗滤液处理不好会造成空气、地下水污染。
汕头的垃圾填埋场后续有扩建,也有加大无害
化处理设施的投入。但是同学们知道生活垃圾在填
埋场里自然分解需要多长时间吗?不同的材质自
然降解时间不同,尼龙本身性状稳定,自然降解要
几十年,烟头和纸类差不多,几个月到一年,塑料
需要上百年到几百年,金属像易拉罐类的分解需要几年到几千年不等。
要消除垃圾污染,最关键的是需要减少垃圾的产生。我们在此提出倡议,珍惜资源,垃圾减量,
【培养生物核心素养】
学生通过“城
市垃圾填埋”这类
实例,
加强对科学、技术、
社会(STS)的关注。
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使汕头天更蓝,水更绿,山更青。
【学生设计问题提问】【学生回答】 听完我们的介绍,我们组也提出了两个问题供大家思考。
Q1:讨论微生物如何分解污染物?
有机物→无机物
Q2:将下列有机污染物及被分解的难易程度连线?
任务二: 水体微生物实例
【过渡】水体微生物实例(第三小组展示研学活动污水净化厂) 教师的组织和引导
学生活动 教学意图
【适当引导学生回答问题】
粗格栅、细格栅隔离大块漂浮物属于物理净化。
处理核心是生化池、由各种微生物群组成的生物滤池进行多个微生物降解过程,高效实现污水脱氮和除磷。
【过程性评价】
教师根据学生表现量化记录学生课堂展示、回答问题情况,
接受学生学习反馈。
【学生成果展示】研学活动参观的是位于海湾大桥北岸桥下西侧的汕头龙珠水质净化厂,其服务于汕头市中心城区的生活污水净化工作。
参观期间,污水处理厂工作人员通过展板、影像讲解城市生活污水处理知识、工艺流程,普及污水处理环保知识。
“汕头龙珠水质净化厂污水处理采用具有脱氮除磷功效的接触氧化法即
(A2/0)工艺处理工艺。该工艺基本流程如下:污水首先经过粗格栅去除较大的漂浮物,再经泵房将污水提升,经过细格栅去除部分漂浮物及泥沙等易沉物质后进入生化池,生化池是污水处理的核心部分,大分子有机污染物经酸化池水解酸化后,降解成小分子的有机物,再经过由各种微生物群组成的生物滤池进行多个微生物降解过程,高效实现污水脱氮和除磷两个过程。
在经过消毒等工艺,从而达到净化污水的目的。 我们还仔细参观了污水处理厂粗格栅、生物池、中控室等污水处理构筑物,深入了解生活污水净化处理全过程。工作人员还现场展示比较未处理【培养生物核心素养】
1、具有稳态与平衡观,知道生态系统通过自我调节
作用抵御和消除一定限度的外来干扰,保持或恢复自身结构和功能的相对稳定。
2、学生通过搜寻整合以及参与研学活动获得的生物净化实例,理论联
系实际,展开交流,促进学生的思维发展。 3、学生通过“城市污水净化”
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和经过微生物池处理后水质情况。切实感受到微生物净化水体污染物的重要作用。
【学生设计问题提问】
大家有没有留意污水净化的流程是怎样的?我们小组也针对污水净化提出了几个问题,大家一起解决 Q1:依据上述实例,讨论生物净化污水常用的方法? 城市污水→粗格栅→进水泵→细格栅→生化
池→二次沉淀池→加氯消毒池→汕头港
目前人们常常将 、 和
综合运用,以达到净化污水的作用。
Q2:依据上述实例,归纳生物净化污水的基本
流程?
【学生回答】
学生可根据关键词提示,完善污水净化流程。
这类实例,加强对科学、技术、社会(STS)的关注。
【突破难点内容】 依据学生搜索的实
例引导学生自行总结重点内容“污水
净化的原理及过程”,突破难点。 任务二:水体微生物净化实例
【过渡】 微生物综合净化实例(第四小组展示城市黑臭沟渠整治) 教师的组织和引导
学生活动
教学意图
【适当引导学生归纳原理,拓展知识】
在了解到四沟污水处理时,有没有很好奇投放的土著微生物是如何分解污染物的,具体是通过什么过程?实际上微生物的净化作用大体包括3类,降解作用、共代谢、去毒作用。
【学生成果展示】你们猜猜这都是哪里?
先来重现一组对比照相信您一下子就能猜出来了。没错,这就是曾经的“臭水沟”——龙湖沟、新河沟、星湖公园、港区排洪沟“四沟”。 2017年11月,我市启动四沟“黑臭水体”整治及水质提升工程,经过了一年多的修复,如今这“四沟”不仅水体变清了,环境也大大改观。 “四沟”整治,可不像家里的鱼缸换个水那么简单。要水质变好,
整治第一步深化截污、重建生态河床
对“四沟”沿线截污管网进行全面摸查,截留【培养生物核心素
养】
1、培养学生具有物质和能量观,
掌握微生物净化原
理及过程,了解其
中物质变化和能量
变化。
2、依据学生搜索整合的实际情境
和思考提出的问
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【过程性评价】 教师根据学生表
现量化记录学生课堂
展示、回答问题情况,接受学生学习反馈。 沿线污水,同时清挖底泥、恢复自然土质河床。并通过投放土著复合微生物菌群,吸收底泥中氮磷等元素,降解和氧化底泥污染物,营造适合水生动植物生长和繁殖的底栖环境。 第二步水体修复、活水保质塑造“颜值” 对于我们而言,复杂的专业内部治理也许看不 懂,但“四沟”修复后的“颜值”却可眼见为实。
大家看,那一张张漂浮于河道内,上面长满美人蕉、黄鸢尾、花叶芦竹等绿色水生植物的绿色“甲板”,就是生态膜床。通过投放土著微生物,
它还能与浮床下面的生物填料形成一个微生物处理环境,使水体的污染物得到分解,从而达到生态净化水质的效果。
另外还设置曝气机,目的就是为了提升流域溶解氧,使水体由缺氧转变为富氧,抑制厌氧微生物生长,促进好氧微生物的繁殖,对水中的有机物进行好氧分解,改善水域环境,形成水循环流动状态。
新的水环境生态修复工艺给四沟带来了令人欣喜的变化,今天的“四沟”,水质明显改善,过往市民从嗅觉、视觉都能直观感受到这种改变,不过,我们也在这里呼吁大家水体修复整治工作不容易,为了让碧水常漾、鲜花常绽,请同学们们也自觉加入文明和环保的行列,共同守护汕头的碧水蓝天。
【学生总结归纳】
学生回忆刚才同学描述的内容,结合教师协助拓展的知识,完善学案中微生物净化原理。
题,训练学生合作探究能力,形成初步的概念和结论。
【强调重点内容】 依据学生展示的实例引导学生思考重
点内容“微生物净
化的原理”,同时理解生物净化对生
态系统的重要意义。
任务三: 植物净化实例
【过渡】刚才黑臭水体整治中提到生物膜床,上边种植的那植物的对水质有没有净化作用呢?当然有,一些植物可以依靠根系吸收重金属污染物,从而起到净化作用。接下来我们进入第三个任务,植物净化实例(第五小组展示城市绿化——一城春色半城花 打造精致“汕头绿”)
新课标人教版生物选修2 第4章 生物科学与环境保护
教师的组织和引导 学生活动
教学意图
【适当引导学生归纳原理】
学生小组展示实例,且总结出植物净化原理,教师引导全体学生参考借鉴将自己的理解归纳总结于学案上。
【学生成果展示】同学们在上下学的路上不知
有没有留意,市区绿化面积正逐年增加,大街小巷处处绿意盎然、姹紫嫣红,绿化景观的档次不断提升。
下面,就让我们一起走进鮀城姹紫嫣红的春天,感受风情万种的“汕头绿”。木棉树树姿巍峨,花朵大而美丽,既可作为行道树,也可作为庭院观赏树,目前主要种植在金环路、金湖路、天山路等道路上。
在沈海高速汕头段隔离栏外种植了成排的鸡冠刺桐,艳丽的花朵为高速驾驶者减轻疲劳,这种植物喜光,喜高温,但具有较强的耐寒能力,适应
性强。种植在此还可为高速沿线居民起到减音降噪的作用。 绿意盎然的城市“底色”,配以姹紫嫣红的花朵,更显鮀城魅力。目前,我市各条道路上种植的树种共有70多种,除了提升景观档次,在生物净化方面也起着重要作用,具体归纳如下: ①吸收大气中一定浓度范围内的有害气体 例如:汕头街道很常见的夹竹桃、芒果、细叶榕等树种可以吸收Cl2等。 有些植物还可以吸收SO2,每平方千米柳杉林每个月能吸收60千克的二氧化硫;柑橘可以吸收低浓度的HF。
②阻滞和吸附大气中的粉尘和放射性物质 马尾松是华南地区很常见的树种,针叶和树干分泌的松脂易被氧化,放出低浓度的臭氧能清心空气,防尘、吸尘能力也极强,一颗成年松每年可吸附成吨的大量灰尘。
③分泌抗生素等物质杀灭空气中的细菌 圆柏分布很广,常被种植于在庭院中,圆柏可以分泌抗生素到空气中,在一定的方面起到杀灭细菌的效果,从而保持环境卫生,减少疾病的发病率。
【学生总结归纳】
第五小组展示了我们身边的例子,植物净化为
【强调重点内容】
依据学生展示
的身边实例引导学
生思考重点内容“植物净化的原理”,同时理解生物净化对生态系统
的重要意义。
新课标人教版生物选修2 第4章 生物科学与环境保护
城市营造更美好的生活环境。同时第五组也为我们总结了植物净化的原理,学生回忆刚才同学描述的内容,完善学案中绿色植物净化原理。
任务三: 植物净化实例
【过渡】上升到国家层面,我国的荒漠化近年来也有所改观,这也归功于植物的作用,特别是森林的作用,课本提到了我国的三北防护林工程体系,接下来请第六组的同学展示他们搜集的资料。(第六小组展示蚂蚁森林资料) 教师的组织和引导
学生活动
教学意图
【学生成果展示】身在汕头这个海边城市,提
到治理荒漠化,你可能会觉得很遥远,但可能每天你都有做出过贡献。这个界面看起来熟悉吗?没错,就是蚂蚁森林,你在虚拟世界种树,支付宝帮
你把真的树种在荒凉的沙漠里,听起来是不是不太可信?看一段视频,让我们一起走进蚂蚁森林。(播放视频)
森林对于环境的净化作用会更加明显, 我们归纳如下:遏制风沙灾害,减少水土流失,降低大气污染。
【学生思维拓展】观看小组成果展示,结合身边例子,感受作为普通国民为祖国生态做出的贡献。
【培养生物核心素养】 借助“三北防
护林和蚂蚁森林”等实例,增强学生
关心爱护绿色植
物,渗透生态学观点、生命科学价值观等的教育。
知识提升——生物净化的概念 教师的组织和引导
学生活动 教学意图
【引导学生归纳总结】
整节课众多的实
例都为学生掌握难点内容“生物净化的概
念”做伏笔,水到渠成。
【学生总结归纳】生物净化:是指生物通过自身的代谢,使环境中的污染物数量减少,浓度下降,
毒性减轻,有害成分转化、分解,直至消失的过程。
【强调重点内容】
学生掌握难点内容
“生物净化的概念”。
新课标人教版生物选修2 第4章 生物科学与环境保护
小结及作业布置
教师的组织和引导
学生活动 教学意图
【课堂小结】
今天我们跟随小组展示的成果,了解许多生物净化的实例。体验了污水进化、垃圾处理和城市生活等方方面面。下边我们一起来通过概念图的形式总结,建构今天的知识网络。
【布置思维导图】
展示各类思维导图,为学生提供参考。布置运用思维导图的方式,联系本节课的知识点并做细化或拓展。
【总结性评价】
通过学生反馈的概念图,了解学生对本节课程的学习效果,达到总结性评价的目的,评价结果量化总结至学生平时评价中。
集体回忆本课内容,构建知识框架。
小组讨论构思绘制思维导图,细化知识。
【个性化指导】
教师针对学生的特征进行分析,实施个性化指导,
解决不同学生的差异化问题。 【总结性评价】
通过对学生展示作品完成情况、
合作探究参与情况等给予学生一定的评价,配合学生小组自评和互评等达到评价反馈的效果。
8.板书设计
4.2 生物净化的原理及其应用
一、微生物净化 1.实例
①垃圾填埋 ②污水净化厂
流程: ③“四沟”整治 2. 原理
二、植物净化 1. 实例
①城市绿化;②三北防护林体系和蚂蚁森林 2. 原理
三、生物净化概念
9.教学反思
新课标人教版生物选修2 第4章 生物科学与环境保护
本节课的内容包含了植物的净化作用和微生物的净化作用两部分内容。与社会生活息息相关。回顾本节,我认为几点可取之处。
设计翻转课堂。调整教学内容和教学思路,不占用过多的课堂时间来讲授信息,设计翻转课堂,将教材调整分成三个主线任务,重新调整课堂内外的时间,将学习的决定权从教师转移给学生,让学生在课前通过看视频讲座、听微课、阅读文献和在网络上与别的同学讨论等等多种方式,搜索整合主线任务需要的材料,形成展示材料,在课堂上展示讨论,让学生通过实践获得更真实的学习。
发布学习任务单。
将课程内容分成几大主线任务,课前列出学习任务单分配给学习小组。包含任务指南、学习资源获取来源、尝试设计提出问题、整合资源形成展示成果等内容,充分调动学生的积极性,引起学生的学习兴趣。
调动学生协作学习。通过小组的形式完成任务单,且在课堂上提出问题,组织学生互动讨论。可以促进学生课堂参与度,培养学生协作能力和创新能力,提高生物科学素养。
设计评价量表。 通过对学生展示作品完成情况、合作探究参与情况等给予学生一定的评价,配合学生小组自评和互评等达到评价反馈的效果。学生由课前学习到课堂活动再到学习测评,完成一次学习任务,在这个学习流程中不断内化吸收学习知识,促进了学生发展。
构建概念图。小组成果展示的知识点因为幻灯片的切换而不连贯,这样一节下来学生不能把整节课的知识串联起来形成内在的知识框架,导致知识的迁移能力不够。课堂小结时师生共同总结构建知识体系,强化重点知识,加深对知识的掌握。课后布置思维导图作业。运用思维导图将本节课内容进行框架化和拓展,也能针对每个学生构建的思维导图,接收学生学习反馈。
但在几个方面还有待改进,一是第一组设计的实验“探究土壤微生物分解作用”的实验存在些许问题,但由于时间限制未能让其他小组的同学提出建议,不利于培养学生的实验设计能力。二是在课前指导学生小组探究的过程中,教师未能顾及每一个学生的想法,致使过程性评价中存在些许偏差,解决方法是参照学生互评和自评的结果,形成总结性评价。
整体来说,本节课能较好调动学生学习热情,完成本节课思维目标,一定程度培养学生的生物核心素养,但仍有许多细节需要进一步优化。
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