《科学·技术·社会理想的“地质时钟”》精品优质课教案设计

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3.结合教材中运用放射性同位素的半衰期来初步测算化石中的生物所生存的年代、判断生物的种类，认可科学技术对科学研究的重要性。

4.让学生认识到科学研究中学科交叉，掌握多学科知识的重要性，培养学生多思考、多总结归纳的学习习惯。

教学重难点:

理解地质时钟的含义，能够运用放射性同位素的半衰期来初步推算化石中生物所生存的年代。

教学过程

（一）导入：人类生活在地球上已经有300万年的历史了，但是与地球46亿的历史相比，那不过是短短的一瞬。自古以来，人类一直想用某种特殊的装置，穿过时间的隧道，回到地球的过去，而化石就像一本地球日记，记录着地球沧海桑田的变迁，为人类提供了很多地球的密码。那么人类是如何让古老的化石“开口说话”，揭开其神秘的面纱呢？这就是我们今天要学习的内容：（板书）理想的“地质时钟”。课件展示教学目标

（二）各抒己见：什么是地质时钟？你理解的地质时钟是指？（先提问学生，学生可能会想到计时的时钟等）需要解释地质时钟，我们需要先来了解以下几个概念：

1.同位素： 质子 数相同， 中子 数不同的同一元素的不同核素互为同位素。例如氢有三种同位素：1H氕、D氘（又叫 重氢 2H）、T氚（又叫 超重氢 3H）； 碳 有三种同位素：12C、13C和?14C

2.放射性同位素：并不是所有元素的同位素都具有放射性，有放射性的同位素称为“放射性同位素”（例如14C）；没有放射性的同位素称为“ 稳定同位素 ”（例如12C）。说到放射性同位素，得说一下高中学习当中使用频率很高的技术---放射性同位素示踪技术（即用放射性同位素标记分子后，然后观测这个分子在代谢和生命活动中的变化规律），大家回想一下学过的内容当中哪些用到了这项技术呢？（学生回答及补充教师总结：例分泌蛋白的合成、运输与分泌过程；光合作用中氧气的来源；卡尔文循环中碳的转移路径；探索DNA是主要的遗传物质中噬菌体侵染大肠杆菌的实验等从标记元素、实验目的、实验结论），大家下去后可以好好总结一下（培养学生总结归纳的学习习惯结合广西高考状元杨晨煜）。

放射性 同位素 是不稳定的，它会“变”，它的 原子核 会不间断地、自发地放射出 射线 ，直至变成另一种稳定 同位素 ，这就是所谓“ 核衰变 ”。（副板书238U例子） 核衰变 的速度不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响，也不受元素所处状态的影响，只和时间有关。放射性 同位素 衰变的快慢，通常用“半衰期”来表示。

3.半衰期：

半衰期即一定数量放射性 同位素 原子 数目减少到其初始值一半时所需要的时间。如238U的 半衰期 是45亿年，就是说，假使一块化石中原来有100万个238U原子，，经过45亿年后，就有50万个238U蜕变成了206Pb，就只剩下50万个238U，再经过45亿年后，就只剩下25万个了。因此测定了化石中238U和206Pb的比例，就可以知道化石中生物所生存的年代。半衰期越长，说明衰变得越慢，半衰期越短，说明衰变得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常数，不同的放射性同位素有不同的半衰期，例如42K的半衰期为12.4个小时，32P的 半衰期 是14.3天，14C的半衰期为大约5730年，而238U的半衰期则为45亿年。

今天要学的地质时钟应该是---具有较长半衰期的放射性同位素。

（三）解决问题：当人们获得了一块化石以后，是如何根据地质时钟来测算出它是多少年前形成的呢？试着解决课本中的问题：假如发现一块化石中238U和206Pb的比例为2:1时，为什么这块化石大约是在30亿年前形成的？写出计算过程。（学生小组讨论同时选一组展示计算过程投影，展示我的思路）

学以致用：14C的半衰期是5730年，那么经过多少年后，生物体中14C的含量会减少到原来的1/4,如果一块生物化石中14C和12C的比例为7:3时，这块化石是多少年前形成的？

（四）深度思考：回到上课开始时提出的问题：如何确定化石中生物的身份呢？由上面的知识我们知道通过放射性元素半衰期的有关计算就可以知道化石中生物所生存的年代，但是具体是哪种生物呢？（通过观看视频），还必须根据化石中生物的特征及地质年代表有关知识来综合判断。

1、生物的分类

展示蕨类植物化石、鱼类化石及 化石

2、地质年代表（附件1）（播放讲解视频并总结，学生小组根据手中的地质年代表计算查找）

合作探究2：根据图中化石中元素的含量比例，计算生物所生存的年代，查找地质年代表，推测可能是什么生物 ？

化石1三叶虫（47:3）---古生代寒武纪5.4亿年前

化石2恐龙（97:3）--中生代三叠纪2.7亿年前

化石3古细菌（3:2）---太古宙时期36亿年前

通过逐个测算各种化石中生物体内的元素比例，就得到了书上的生物进化历程图，结论：地质时钟可以研究生物进化的历程，为其提供更加科学、直接的证据。实际上地球形成的时期，也是用同样的方法测定出来的，据测定大约是46.6亿年。（学生小组上黑板写并纠正）

（五）质疑升华：用14C作地质时钟，测定的化石如果是五六万年以前的，结果就不可信了，想一想这是为什么？理想“地质时钟”中理想二字的理解？14C的半衰期较短，为5730年，经过5-6万年后，14C会衰变很多次，生物体中14C的含量会变得很少，就现代测量仪器的灵敏度还达不到，但是不是就没有用呢？世界上第一碗面不是2000多年前意大利的空心面，而是我国青海的喇家遗址的拉面，距今有4000多年，就是通过14C定年测定的，需要根据不同的目的，选择合理的放射性同位素。科学家曾经用氦来测定铀矿的年龄，但是氦是气体，如果岩石不很致密，有裂缝，生成的氦气就会跑掉，在这种情况下，测定的数值就不会准确了。（理想二字的理解：1.半衰期相对较长2.相对较稳定）