3.3 生态系统的物质循环（教学设计）生物人教版选择性必修2

该高中生物学教学设计聚焦“生态系统的物质循环”，以碳循环为核心，涵盖生物富集及与能量流动关系。通过“呼气中二氧化碳的旅行”情境导入，衔接能量流动知识，以问题链和模型构建为支架，引导学生梳理碳循环过程。 亮点在于情境导入生活化激发兴趣，碳循环模型构建培养科学思维，生物富集结合铅、甲基汞实例强化社会责任，探究土壤微生物分解实验落实探究实践。助力学生形成物质与能量观，教师教学逻辑清晰，活动可操作性强。

　3.3　生态系统的物质循环 年级 高二年级 授课时间 1课时 课题 第3节　　生态系统的物质循环 教材分析 《生态系统的物质循环》是选择性必修2、第3章、第3节的内容，属于“课程标准”生物与环境的相关内容。教材第3章是以生态系统为框架，主要讲述了生态系统的结构，生态系统的能量流动、物质循环、信息传递及稳定性等知识，主要体现宏观的生态学的内容。本节课内容是第3章的一个重点，是衔接生态系统稳定性与能量流动的重要环节，并为生态系统的稳定性实现，埋下了一个伏笔。 教学目标 1.概述生态系统的物质循环过程。 2.通过分析生物富集的过程，说明生物富集的危害，认同应采取措施减少危害。 3.说明能量流动和物质循环的关系。 4.尝试探究土壤微生物的分解作用。 教学重、难点 1.分析碳循环的过程，概述生态系统的物质循环过程。 2.说明能量流动和物质循环的过程。 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 情境导入：呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。这些二氧化碳分子离开你后，会开始怎样的旅行？ 碳元素和氧元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。 【问题】： 生物体和大气中的碳的含量是怎样维持相对稳定的？ 阅读相关内容，思考讨论并回答有关问题。 新知探究 一、碳循环 【引导分析】： 二氧化碳能溶于水，因此可在大气和海洋、河流之间进行交换。此外，碳还可以长期固定或保存在非生命系统中，如固定于煤、石油或木材中。人类对煤和石油等能源的利用，向大气中排放了大量的二氧化碳。 【设问】结合教材回答以下问题 1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ 无机环境中的存在形式CO2和碳酸盐 CO2 2.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节 (以什么形式、通过 哪些生命活动、形成哪些产物等)？（请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。） 3.碳在生物群落内传递的途径是？ 食物链（网） 4.碳返回非生物环境的途径？ CO2 5.碳循环的形式？ 【总结】碳循环的特点 ①循环往复运动 ②具有全球性 【思考】如果滥伐森林、大量化石燃料燃烧，对生态系统的碳循环 及生态环境有何影响？ 能量主要以光的形式到达地球，其中大部分最后以红外线的形式从地球再辐射出去。在大气层中， CO2对光辐射没有阻挡，但是能吸收红外线并阻挡红外线通过，就像温室的玻璃顶罩一样，能量进入容易出去难。 温室效应 1.原因：化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放（主要原因）。森林、草原等植被遭到大面积破坏。 2.危害 气温升高 极地和高山冰川加速融化 海平面上升 对人类和其他生物的生存构成威胁 3.措施 减少二氧化碳排放：开发新能源，减少化石燃料燃烧。 增加二氧化碳的吸收和固定量： ①大力植树种草，提高森林覆盖率。②提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。 阅读教材相关内容，小组思考、讨论并回答问题。 了解温室效应，加强环保意识，树立人与自然和谐共生的生态意识。 二、物质循环 1、概念： 组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本元素，在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境　　　 的循环过程。 2、范围：生物圈，又叫生物地球化学循环 物质： 组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本元素 循环过程：非生物环境⇄生物群落 特点：循环往复运动，全球性 3. 物质循环在农业方面的应用 物质在生态系统中循环往复运动的特点，对改进农业生产方式有多方面的启示。 结合稻鱼共生、稻蟹共生理解物质循环 三、生物富集 了解铅与人类生活的联系，思考并回答：铅与人类的哪些生活相关呢？ 1、概念： 生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。 2.物质①重金属: 如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等。 ②人工合成的有机物: 如DDT、六六六等。 3.生物富集的主要途径：食物链、食物网 4.生物富集的物质的特点 ①在环境和生物体中存在形式是比较稳定的； ②必须是生物体能够吸收的且不易排出的； ③在生物代谢过程中是不易被分解的。 5.生物富集现象的特点 （1）具有全球性：导致生物富集的有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地 （2）有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高。 6.生物富集的危害 进入人体的甲基汞在体内代谢缓慢，且不易排出，严重时会引起中毒。通过血脑屏障进入大脑的汞会侵害脑神经，导致脑萎缩。 阅读教材，小组合作完成相关问题 四、能量流动和物质循环的关系 【引导分析】物质循环和能量流动的起点和终点是否相同？ 不同。能量流动的起点是生产者固定的太阳能，终点是以热能的形式散失。物质循环没有起点和终点。 【设问】能量流动和物质循环有什么关系？ （1）能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，它们同时进行，相互依存，不可分割。 （2）生态系统中的各种组成成分，正是通过能量流动和物质循环，才能够紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。 （3）能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程。物质作为能量的载体 ，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。 总结物质循环和能量流动的关系 五、探究土壤微生物的分解作用 【实验原理】 (1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者，将环境中的有机物分解为无机物，其分解速度与环境中的温度、水分等生态因子相关。 【背景资料】 土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，这些生物的数量是极其繁多的，例如一茶匙表层土就可能含有亿万个细菌。 【实验过程】 【注意】1.土壤进行处理，排除土壤微生物的作用，同时要尽可能避免土壤理化性质的改变。2.不能加热烘干，会导致土壤理化性质发生改变，可将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中1小时灭菌 阅读教材，设计实验，明确自变量、因变量、无关变量 课堂小结 板书设计 3.3 生态系统的物质循环 一、碳循环 二、物质循环 全球性 循环性 三、生物富集 课后作业 1．下列关于相关实验操作的说法，正确的是（  D  ） A．“探究土壤微生物的分解作用”实验中，对照组的土壤需进行灭菌处理 B．“模拟生物体维持pH稳定”实验中，一般以pH为横坐标，滴酸碱量为纵坐标绘制曲线 C．“探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”预实验的目的是排除实验的偶然因素 D．“探究土壤微生物对淀粉的分解作用”实验中，可以用斐林试剂来检测实验的结果 2．“四大家鱼”的混养模式充分利用了不同鱼类在池塘中占据不同生态位的特性，是我国传统农耕文化的智慧结晶。下列叙述错误的是（　D　） A．混养加快了池塘生态系统的物质循环 B．混养利用了它们在栖息水层和食物来源上的生态位分化 C．栖息空间和食物等环境因素塑造了四大家鱼的分层现象 D．生态位分化使青鱼和草鱼之间不存在任何种间竞争 3．大气CO2浓度的升高会影响到水体中藻类的生长，水环境中碳循环的部分过程如图所示。下列相关叙述错误的是（  A  ） A．能量作为物质的载体，使物质沿着食物链(网)流动 B．该示意图可体现碳循环具有循环往复的特点 C．藻类可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环 D．从物质循环的角度看，藻类碳元素的根本来源是大气中的CO2 4．假设某个稳定生态系统只存在一条食物链。研究人员调查了一段时间内这条食物链上其中4种生物的相关指标（如表，表中“—”表示该处数据省略）。根据表中数据，判断这4种生物在食物链中的排序，正确的是（  A  ） 物种 流经生物的能量（kJ） 生物体内镉浓度（μg/g） 生物承受的捕食压力指数（一般情 况下，数值越大，生物被捕食的压力越大） ① — 0.03 15.64 ② — 0.08 — ③ 1.60×106 — 1.05 ④ 2.13×108 — — A．④③①② B．④②①③ C．①③②④ D．④①②③ 5．为实现“碳达峰”、“碳中和”目标（“碳中和”是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消 CO2排放总量，实现相对“零排放”），我国科研人员采取了“碳减排”、“碳捕集”、“碳封存”和“碳利用”等多种措施。图为某生态系统碳元素流动模型，图中数字表示生理过程或化学反应过程。下列叙述错误的是（　D　） A．图中B的作用是促进生态系统的物质循环 B．若图中⑧=①+②+③+④，则可达成“碳中和” C．图中碳元素以含碳有机物形式流动的过程有⑤⑥⑦⑨ D．植树造林、使用清洁能源等都是达成碳减排的重要措施 教学反思 通过具体情境导入，学生对碳循环的概念有了更直观的理解，激发了他们的学习兴趣。通过具体的实例和对比分析，学生能够较好地掌握物质循环、生物富集以及物质循环与能量流动的关系，培养了他们的归纳和比较能力。 / 学科网（北京）股份有限公司 $