2019-2020年高中生物 第3節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán) 第1課時示范教案 新人教版 許多同學認為與消耗能量一樣，生物也在不斷地消耗著物質，本節(jié)的“問題探討”便是針對學生這一認識提出來的。在學習了能量流動之后，學生可以很自然地討論“問題探討”所提出的問題，由此開始本節(jié)的教學。在討論中，學生可能會提出如“煤炭、石油等資源難道不能被耗盡嗎？”等問題。教師可引導學生解決這一認知沖突：（1）煤炭、石油等是人類從事現代工業(yè)活動的物質資源，而非生態(tài)系統(tǒng)中生命活動所需的物質資源。（2）煤炭、石油等資源是有限的，這些資源的形成需要相當長的時間，而消耗它們所需的時間卻要短得多。事實上，物質循環(huán)時時刻刻發(fā)生在我們身邊。因此，可以讓學生聯系自身感受物質循環(huán)的存在。 基于已有的知識，學生并不難理解“碳循環(huán)”的內容，但教師應把握：（1）生產者合成的含碳有機物被各級消費者所利用。（2）碳在生物群落與無機環(huán)境之間的循環(huán)主要是以二氧化碳的形式進行的。（3）碳循環(huán)具有全球性。（4）通過碳循環(huán)的實例，提示學生注意，“生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)”中的“生態(tài)系統(tǒng)”是指生物圈，其中的物質循環(huán)帶有全球性，所以又叫生物地球化學循環(huán)。 在學生對碳循環(huán)理解的基礎上，教師可以補充氮循環(huán)和硫循環(huán)。 關于生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的概念,應當講清楚以下要點: (1)這里所說的生態(tài)系統(tǒng)是指地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)生物圈,也就是說要讓學生明確生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的范圍。(2)這里所說的物質主要是指組成生物體的基本化學元素,而不是指由這些元素組成的糖類、脂肪和蛋白質等生物體內所特有的物質。(3)這里所說的循環(huán)是指組成生物體的基本化學元素在生物群落與無機環(huán)境之間的往返運動,其中伴隨著復雜的物質變化和能量轉化,并不是物質的單純移動。(4)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)離不開能量的驅動。 應當注意聯系生態(tài)環(huán)境實際,如聯系濫伐森林對碳循環(huán)的影響、化石燃料的大量燃燒與溫室效應、酸雨等，氟利昂、含氮氣體的排放與臭氧層空洞等。 “溫室效應”是近年來在日常生活中頻繁出現的詞匯，學生并不陌生，而且切身感受到了溫室效應的存在。對溫室效應形成原因的討論，是學生感興趣的話題。在討論中，教師應引導學生充分發(fā)表自己的觀點。 可以通過討論、列表比較來學習能量流動和物質循環(huán)的關系。教師應把握：（1）能量流動和物質循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化過程中的兩個方面（即一個過程的兩個方面，而不是兩個過程），兩者是同時進行的，彼此相互依存，不可分割。（2）能量流動和物質循環(huán)的性質不同：能量流動是單方向的，物質是循環(huán)的。（3）能量流動和物質循環(huán)都借助于食物鏈和食物網進行。（4）生態(tài)系統(tǒng)中的各種組成成分，正是通過能量流動和物質循環(huán)，才能夠緊密地聯系在一起，形成一個統(tǒng)一的整體。 本小節(jié)是以“生態(tài)系統(tǒng)的結構”“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”以及第三章中物質代謝和能量代謝的知識，特別是綠色植物的“光合作用”和“生物的呼吸作用”等為基礎。同時，本小節(jié)也是第九章生態(tài)環(huán)境的保護的基礎。所以，學好本小節(jié)內容，對學習生態(tài)系統(tǒng)具有承上啟下的作用。教學重點 分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán)。教學難點 說明能量流動和物質循環(huán)的關系。教具準備 1.文字資料1：碳循環(huán)模型、能量流動和物質循環(huán)的模型。2.文字資料2：氮循環(huán)和硫循環(huán)示意圖。3.文字資料3：物質循環(huán)與能量流動關系表格。4.文字資料4：課堂問題、例題。5.掛圖：生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)模式圖。6.視頻：溫室效應等環(huán)境問題。課時安排 2課時。第1課時，講述生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的概念、碳循環(huán)的形式和過程、物質循環(huán)的特點以及物質循環(huán)與能量流動的相互關系。第2課時，完成探究實驗。三維目標1.以碳循環(huán)為例，分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán)；同時構建碳循環(huán)的模型。2.嘗試探究土壤微生物的分解作用。3.說明能量流動和物質循環(huán)的關系。4.關注碳循環(huán)平衡失調與溫室效應的關系。5.關于碳循環(huán)過程的學習，可以讓學生構建其模型，使學生對以前的知識有所回憶，并對生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)有一個形象的認識。6.對溫室效應的原因、危害和解決，與學生一起討論，培養(yǎng)學生分析問題的能力。最后探討一下其他的環(huán)境問題。7.通過探究實驗來分析土壤中微生物的分解作用，訓練學生的實驗設計能力，培養(yǎng)學生科學嚴謹的態(tài)度。8.通過討論、列表、構建模型、比較來學習能量流動和物質循環(huán)的關系。9.認同物質與能量是一個統(tǒng)一的整體，確立辯證唯物主義自然觀。10.關注由物質循環(huán)失調而引起的環(huán)境問題，增強保護環(huán)境的意識。11.通過實驗探究，培養(yǎng)科學嚴謹的精神。教學過程第1課時導入新課師 上節(jié)課我們學習了生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，請大家回憶如下問題：（1）地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)是什么?（2）生態(tài)系統(tǒng)的能量源頭是什么?（3）輸入生態(tài)系統(tǒng)的總能量指的是什么? （4）能量流動的主渠道是什么?過程是怎樣的？（5）能量流動有什么特點?（6）研究能量流動的意義是什么？生 回答（略）。師 大家對能量流動的內容掌握得很好!那么，同學們在學習能量流動的過程中是否發(fā)現，能量的流動是需要以物質為載體的?生態(tài)系統(tǒng)中的物質變化又是怎樣的?物質變化與能量流動又有什么關系呢?推進新課師 這就是我們今天要學習的內容生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)。師 大家可以先看一下問題討論，想想怎樣回答。（學生看書、思考）師 我們知道生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動是單向的、逐級遞減的，能量并不能重復、循環(huán)地利用，但生態(tài)系統(tǒng)卻仍舊保持穩(wěn)定，正常運轉。這是因為有源源不斷的太陽能提供。但是生態(tài)系統(tǒng)的物質卻只能來自于地球本身，那億萬年來為什么沒有被地球耗盡呢？生 我想物質和能量不同，應該是可以循環(huán)利用的。師 那大家能給出一些例子來說明物質是可以循環(huán)利用的嗎？生1 動物的呼吸作用消耗有機物和氧氣，產生二氧化碳和水；產生的二氧化碳和水可以提供給綠色植物進行光合作用，產生有機物和氧氣；而有機物和氧氣又可以提供給動物。生2 有機物經過微生物分解，成為無機物，又可以重新提供給生產者來制造有機物。生3 垃圾中有可以回收利用的，說明物質可以循環(huán)。師 很好。通過我們以前學過的知識和生活中的事例，確實可以說明在生態(tài)系統(tǒng)中物質是循環(huán)的。師 我們來看一下第一段，他說你呼吸產生的二氧化碳可以飄向異國他鄉(xiāng)，這說明了物質循環(huán)的范圍怎樣？生 很大，是全球性的。師 確實物質循環(huán)的范圍是整個生物圈。那你呼出的二氧化碳中的碳元素和氧元素是怎樣來到你的體內的呢？生 通過呼吸、飲食，進入人體。師 很好，那么碳元素和氧元素進入人體以前存在于什么物質中呢？生 存在于氧氣、水、二氧化碳等無機環(huán)境中的物質中，也存在于生物群落的生物中。師 不錯，既存在無機環(huán)境中，也存在于生物群落中。可見，物質是在生物群落與無機環(huán)境之間不斷循環(huán)的。師 還有一點，書本的第一段突出了碳元素和氧元素，而不是二氧化碳。可見物質循環(huán)的物質是指化學元素還是化合物？生 化學元素。師 是的，物質是指化學元素。下面我們就來看一下碳元素的循環(huán)，也就是碳循環(huán)，看看物質循環(huán)的過程?？吹倪^程中思考以下問題。（出示掛圖：碳循環(huán)）圖5-3-1課件展示： 1.無機環(huán)境中的碳以什么形式存在? 2.生物群落內部的碳以什么形式存在? 3.碳在無機環(huán)境和生物群落之間以什么形式循環(huán)? 4.碳循環(huán)的范圍。 5.光合作用和呼吸作用的反應式，并說明碳的傳遞過程。 6.“思考與討論”的第2題，如何用系統(tǒng)科學的方法構建碳循環(huán)的模型？師 誰來回答一下？生1 無機環(huán)境中的碳：主要以CO2、碳酸鹽形式存在，也有碳單質、含碳有機物等。生2 生物群落中的碳：主要以有機物形式存在，也有含碳無機物，如碳酸鹽。生3 碳循環(huán)形式是CO2。生4 生物圈。生5 黑板演示：生6圖5-3-2 注：表示碳以植物的枯枝敗葉中有機物的形式被微生物的呼吸作用分解，形成二氧化碳。表示微生物分解以后，碳以二氧化碳的形式被植物光合作用固定，以碳酸鹽形式被植物根系吸收。表示碳以有機物的形式被消費者攝食，最后碳仍以有機物形式儲存在消費者體內。表示碳以有機物的形式被微生物分解成無機物后，存在于無機環(huán)境中。表示碳以有機物的形式通過生產者的呼吸作用，形成二氧化碳釋放到無機環(huán)境中。表示碳以動物的糞便、遺體等中的有機物的形式，被微生物分解，形成二氧化碳。表示碳以有機物的形式通過消費者的呼吸作用，形成二氧化碳釋放到無機環(huán)境中。表示無機環(huán)境中的含碳無機物被生產者利用，合成有機物。師 大家說得很好，下面我們來總結一下。碳循環(huán)主要是在無機環(huán)境和生物群落之間進行，形式是二氧化碳。可以用下圖表示：師 從圖中可以看出在物質循環(huán)中起著非常重要作用的生物是生產者和分解者，正是它們連接了無機環(huán)境和生物群落。師 在生物群落內部，碳以有機物的形式傳遞。大氣中的二氧化碳能夠隨著大氣環(huán)流在全球范圍內流動，因此，碳循環(huán)具有全球性。其范圍是生物圈。物質循環(huán)的概念見書本。師 這里的物質不是指由這些元素組成的糖類、脂肪和蛋白質等生物體內所特有的物質，而是組成生物體的基本元素。循環(huán)指的是這些物質（元素）的往返運動。這里的生態(tài)系統(tǒng)指的是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)生物圈，所以叫“生物地球化學循環(huán)”。生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)可以概括地理解為組成生物體的基本元素在生物群落和無機環(huán)境之間的往返運動，其中伴隨著復雜的物質變化和能量變化，不是單純的物質移動，生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)離不開能量的驅動。課件展示：1.氮循環(huán)圖5-3-32.硫循環(huán)圖5-3-4師 可以看出，其他元素的循環(huán)和碳循環(huán)基本相同。正因為在生態(tài)系統(tǒng)中，物質可以被生物群落往復循環(huán)利用，所以，物質是永恒的，世界是物質的，是符合物質不滅定律的。在生物圈內，無論是無機環(huán)境還是生物群落，也無論是物質循環(huán)還是能量流動，都是以物質為第一性的，因此，大家要以辯證唯物主義觀點來分析事物、認識自然、改造世界。師 如果人們按生態(tài)規(guī)律辦事，亂砍濫伐森林，對生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)有何影響?生 森林生態(tài)系統(tǒng)的森林有維持大氣中氧氣與二氧化碳相對穩(wěn)定的作用，若大量砍伐森林，光合作用減弱，不能吸收大氣中的二氧化碳，更不能增加大氣中的氧氣，不僅破壞了大氣中氧氣與二氧化碳的相對穩(wěn)定，而且阻礙了碳的正常循環(huán)途徑，使大氣中二氧化碳含量明顯增加。師 很好?；剂系拇罅咳紵瑢ι鷳B(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)有何影響?生 化石燃料如煤、石油、泥炭等是地層中千百萬年積存的碳元素，是一筆寶貴而豐富的能源物質，若在短時間內釋放出來，使二氧化碳來不及轉化，也同樣打破了生物圈中碳循環(huán)的平衡，使大氣中二氧化碳的含量明顯增加。師 不錯。通過以上兩例的分析，顯而易見地說明：人類活動若違背了生態(tài)規(guī)律，對碳循環(huán)的影響是導致大氣中二氧化碳的明顯增加，這樣將形成危及整個生物圈的“溫室效應”。大氣中二氧化碳越多，對地球上散佚到外層空間的熱量的阻礙作用就越大，即大氣中的二氧化碳層就相當于保溫層。從而使地球上的溫度升高得越快，這種現象就叫做“溫室效應”。那么溫室效應將對生物圈和人類造成什么危害呢?請大家觀看視頻。（視頻播放：溫室效應）師 可見，溫室效應的危害不是突然爆發(fā)，而是慢慢積累的。容易被人們忽視，但可喜的是現在越來越多的國家注意到了這個問題，并開始努力去改善。如：減少溫室氣體的排放，植樹造林等。師 P101右側的問題如何回答？生 大力植樹造林后，這些植物能大量吸收已有的二氧化碳，因而能起一定的緩解作用。但更應該控制源頭溫室氣體的排放。師 說得不錯。現在我們再來看看其他的一些由于物質循環(huán)受到干擾而引起的環(huán)境問題。（視頻播放：酸雨、臭氧層空洞）師 希望我們一起來維持生物圈正常的物質循環(huán)，共同來保護我們的地球。師 現在生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)我們都學過了，下面請大家用表格和模型分別來總結一下它們的關系。參考書上的內容。（學生看書、思考、討論）教師出示“物質循環(huán)與能量流動的關系”投影片的底層（空表格）學生可分別作答，也可集體討論，此時教師應啟發(fā)誘導，并幫助學生歸納要點，組織語言。課件展示：項目能量流動物質循環(huán)編號形式以有機物形式流動以無機物形式在生物群落與無機環(huán)境間流動1過程沿食物鏈（網）單向流動在無機環(huán)境和生物群落間往復循環(huán)2范圍生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級全球性3特點單向流動，逐級遞減反復出現，循環(huán)流動4聯系（1）二者同時進行，彼此相互依存，不可分割（2）能量的固定、轉移、儲存、釋放離不開物質的合成和分解（3）物質是能量沿食物鏈（網）流動的載體（4）能量是物質在生態(tài)系統(tǒng)中往復循環(huán)的動力（5）生態(tài)系統(tǒng)中的各種成分，正是由于物質循環(huán)和能量流動，才能緊密地聯系在一起，形成一個統(tǒng)一的整體5 教師依上層投影片（正確答案）末端的序號逐一疊顯，以示準確，并以“真棒”“漂亮”等激勵贊美性語言給予評價，從上而下，依次進行師 那如果用模型來表示呢？(學生討論、作答）（教師糾正，補充。最后演示正確的模型）課件展示：圖5-3-5 物質循環(huán)與能量流動的關系模型師 請大家觀看投影片，思考物質循環(huán)與能量流動之間的關系。（學生思考、討論）師 可見物質循環(huán)和能量流動是密不可分的，它們是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能維持著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。人們可以對其改進，來獲得最大的利益，但前提是不能破壞其穩(wěn)定性。課堂小結師 本節(jié)課，咱們討論了生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的概念、碳循環(huán)的形式和過程、物質循環(huán)的特點以及物質循環(huán)與能量流動的相互關系。第一，大家要明確物質循環(huán)是指組成生物體的基本元素在生物群落與無機環(huán)境之間的反復循環(huán)流動。第二，關于碳循環(huán)要掌握以下三點：碳循環(huán)的形式是CO2；循環(huán)的過程是在無機環(huán)境與生物群落之間通過光合作用、呼吸作用、微生物的分解作用，營養(yǎng)級間的同化作用以及特殊的化能合成作用等對碳進行傳遞的；物質循環(huán)的特點是全球性往復循環(huán)。第三，物質循環(huán)和能量流動的關系要注意其區(qū)別與聯系，進而逐漸學會用辯證統(tǒng)一的觀點去分析事物。