高二生物 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循（教學設計）余正英

1、“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)” 教學設計(余正英 深圳科學高中)【課標分析】1.分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)在生物群落與無機環(huán)境之間不斷循環(huán)；2.舉例說明利用物質(zhì)循環(huán)規(guī)律人們能夠更加科學地規(guī)劃和有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源的途徑；3.闡明某些有害物質(zhì)會通過食物鏈不斷地富集的現(xiàn)象。【教材分析】“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”是高中生物選擇性必修二生物與環(huán)境第3章第3節(jié)的內(nèi)容,主要講述了碳循環(huán)的過程、物質(zhì)循環(huán)的概念和特點、物質(zhì)循環(huán)與能量流動的關系。教材首先以碳循環(huán)為例，引導學生探究物質(zhì)循環(huán)的過程，以圖文結(jié)合的方式闡述了碳循環(huán)的過程，然后歸納物質(zhì)循環(huán)的概念，簡要介紹了研究物質(zhì)循環(huán)對生產(chǎn)實踐的指導意義；接著解釋了生態(tài)系統(tǒng)的生物富

2、集現(xiàn)象；最后介紹物質(zhì)循環(huán)和能量流動兩者的關系?！緦W情分析】學生已經(jīng)學習了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和能量流動的知識，對這部分的內(nèi)容有了初步的了解。學生對于生態(tài)系統(tǒng)功能的認識停留在簡單識記水平，難以建立起結(jié)構(gòu)功能間的聯(lián)系。通過本節(jié)課的學習，可以深入理解生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的關系，形成結(jié)構(gòu)和功能相適應觀點?！窘虒W目標】1.通過分析生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動的關系，建立生命系統(tǒng)的物質(zhì)和能量觀。（生命觀念）2.通過分析物質(zhì)循環(huán)的模式圖，培養(yǎng)運用理性思維分析問題、解決問題的能力。（科學思維）3.通過分析溫室效應產(chǎn)生的原因及減緩措施，培養(yǎng)環(huán)保意識；通過分析生物富集的過程，說明生物富集的危害，認同應采取措施減少危害。（社

3、會責任）4.嘗試探究土壤微生物的分解作用。（科學探究）【教學重難點】教學重點：分析碳循環(huán)的過程，概述生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過程。教學難點：1.說明能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關系；2.嘗試探究土壤微生物的分解作用【教學準備】1.復習回顧生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和能量流動相關知識。2.收集“生物圈2號實驗”背景介紹。3.熟悉探究土壤微生物的分解作用實驗【教學過程】引入：教師活動：分析研究人員總結(jié)的“生物圈2號實驗”失敗的原因，即生物圈2號中的氧氣和二氧化碳的大氣組成的比例最后無法達到平衡，多數(shù)動植物無法正常生長，導致該實驗失敗。請同學們思考什么是碳循環(huán)？為什么碳循環(huán)無法達到平衡會影響動植物的生長？學生活動：思考并嘗試

4、回答問題。設計意圖：利用單元情境背景初步引入碳循環(huán)的概念。一、碳循環(huán)教師活動：通過引導學生一起分析教材62頁的碳循環(huán)的示意圖，理解物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)過程。結(jié)合示意圖思考問題（1）碳元素在非生物環(huán)境和生物體內(nèi)分別以什么形式存在？（2）碳元素以什么形式分別進出生產(chǎn)者、消費者、分解者？發(fā)生了什么樣的生命活動？請用關鍵詞、線段、箭頭、方框等表示其過程。引導學生關注碳元素在非生物環(huán)境和生物群落中的存在形式。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)不同組成成分生命活動的異同，分別從生產(chǎn)者、消費者、分解者入手，逐步理解出含碳物質(zhì)的轉(zhuǎn)化途徑，最后將不同途徑關聯(lián)到一起總結(jié)學生活動：觀察教材62頁的圖3-10的生態(tài)系統(tǒng)，通過回顧生態(tài)系統(tǒng)

5、結(jié)構(gòu)相關知識，自主構(gòu)建碳循環(huán)的基本模型。設計意圖：通過設計問題串，引導學生逐步繪制出含碳物質(zhì)的轉(zhuǎn)化途徑模型圖。教師活動：根據(jù)學生構(gòu)建的碳循環(huán)的模型圖，主要從3個方面細化并總結(jié)提升對碳循環(huán)的過程的認識碳元素的流動形式：碳從非生物環(huán)境到生物群落，以及生物群落到非生物環(huán)境，主要以二氧化碳的形式進行流動；在生物群落內(nèi)部主要以含碳有機物的形式通過食物鏈和食物網(wǎng)進行傳遞。（2）碳從無機環(huán)境進入生物群落的途徑：主要是通過光合作用和化能合成作用。（3）碳從生物群落返回無機環(huán)境的途徑：主要是生物的呼吸作用以及微生物的分解作用，除此之外，還有化石燃料的燃燒。學生活動：思考分析得出答案設計意圖：通過對學生自己構(gòu)建出

6、的模型圖進行總結(jié)，使學生對碳循環(huán)的認識得以提升，并從中注意到物質(zhì)循環(huán)的一些規(guī)律性特點，以此突破本節(jié)的教學重點。教師活動：自主歸納，總結(jié)物質(zhì)循環(huán)的概念和特點。引導學生根據(jù)前面的結(jié)論自主歸納物質(zhì)循環(huán)的概念。接著追問學生，這里的物質(zhì)是指什么? 這里的生態(tài)系統(tǒng)范圍有多大? 在哪兩者之間循環(huán)? 通過對物質(zhì)循環(huán)概念的分析，引導學生總結(jié)物質(zhì)循環(huán)的特點循環(huán)性。然后展示大氣環(huán)流、海洋洋流動圖，補充問題并請學生思考：在農(nóng)田中大量使用 DDT 有機農(nóng)藥為什么會殃及南極的企鵝？從而推理物質(zhì)循環(huán)的另一特點：全球性。學生活動：學生總結(jié)出碳循環(huán)的概念，通過觀看大氣環(huán)流和海洋洋流問題，理解二氧化碳在全球范圍內(nèi)的流動。設計意圖

7、：通過追問的方式聯(lián)系生活，理解物質(zhì)循環(huán)的特點，同時也使學生更好的理解了物質(zhì)循環(huán)的概念。這樣既培養(yǎng)學生提取信息、總結(jié)歸納等自主學習能力，也落實了教學目標。教師活動：引導學生聯(lián)系生活，如何看待人類活動對碳循環(huán)的影響。首先從煤，石油被大量開采和使用，增加二氧化碳導致溫室效應的角度分析其危害，再從我們國家為努力減少碳排放做出的努力，尤其是以塞罕壩為例，在2017年獲得聯(lián)合國環(huán)境領域的最高榮譽地球衛(wèi)士獎。學生活動：歸納人類活動對碳循環(huán)的影響，并思考如何從從身邊的點滴做起，減少碳排放。設計意圖：聯(lián)系社會生活，學以致用，同時通過我國塞罕壩林場獲得聯(lián)合國環(huán)境領域的最高榮譽這一案例培養(yǎng)學生的社會責任感。二、生物

8、富集教師活動：人類活動向環(huán)境中排放了很多有害物質(zhì)，它們進入環(huán)境后也會進行物質(zhì)循環(huán)，那么，它們的循環(huán)過程和碳循環(huán)的過程相同嗎？分析教材的鉛循環(huán)的資料，幫助學生認識為什么人類活動改變了鉛的循環(huán)？強調(diào)自然條件下，鉛循環(huán)十分緩慢，且參與循環(huán)的鉛含量很少，然而人類活動加劇了鉛循環(huán)的進程，引導學生思考鉛循環(huán)被加劇后會對生物體產(chǎn)生怎樣的影響。然后提供水體和多種水生生物體內(nèi)的鉛濃度示意圖，引導學生分析鉛濃度在生物群落內(nèi)的特點。學生活動：通過讀圖和聯(lián)系學過的水生食物鏈的知識，推出鉛在生物體內(nèi)的濃度沿食物鏈不斷升高。設計意圖：以鉛循環(huán)為例，分析有害物質(zhì)不同的物質(zhì)循環(huán)方式，培養(yǎng)學生讀圖歸納的能力。教師活動:通過對鉛

9、循環(huán)的分析，引導學生思考生活中還有哪些物質(zhì)具有鉛循環(huán)一樣的特點。理解主要是一些有害物質(zhì)會存在生物富集現(xiàn)象，比如重金屬鎘、汞以及一些人工合成的有機物如DDT、六六六等。引導學生總結(jié)生物富集的概念，并通過分析碳循環(huán)的示意圖，通過分析生物富集的原因，掌握發(fā)生生物富集的物質(zhì)具有的以下3個特點:富集物質(zhì)在環(huán)境和生物體中存在形式是比較穩(wěn)定的，生物體能夠吸收的且不易排出的在生物代謝過程中是不易被分解的。學生活動:學生根據(jù)鉛循環(huán)現(xiàn)象的分析，歸納出生物富集概念，同時對比碳循環(huán)，分析鉛循環(huán)在生物體富集的原因。設計意圖:從鉛循環(huán)特點分析，歸納出有害物質(zhì)存在的現(xiàn)象，培養(yǎng)學生歸納能力。三、探究實踐：探究土壤微生物的分解

10、作用 教師活動：1、介紹分解者的分解作用是物質(zhì)從生物群落回歸非生物群落的途徑，是物質(zhì)循環(huán)中重要的一環(huán)。引入對以土壤微生物的分解作用為例，探究分解者的分解作用。2、解說選擇土壤生態(tài)系統(tǒng)進行探究的原因，介紹土壤重要的生態(tài)學意義。啟發(fā)學生提出有關土壤微生物的分解作用的問題。學生活動：嘗試對土壤微生物的分解作用提問。設計意圖：從碳循環(huán)，鉛循環(huán)中微生物分解作用的重要性，引入學生自主探究微生物的分解作用教師活動：首先介紹一種研究自然現(xiàn)象的研究思路：從現(xiàn)象到本質(zhì)。有關現(xiàn)象和本質(zhì)，各自可以提出的問題和和衡量的指標。另外，還可以探究對現(xiàn)象和本質(zhì)有影響的因素。落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？土壤微生物能分解淀

11、粉嗎？引導學生從初中學過的對照實驗的三大原則進行思考和設計實驗方案，實驗觀察和結(jié)果記錄，分析可能的實驗結(jié)果和得出對應的結(jié)論。學生活動：形象地感知分解者分解作用的生態(tài)學意義，設計探究微生物分解的實驗方案。設計意圖：明確探究性實驗的一般流程，培養(yǎng)學生從關注自然現(xiàn)象到本質(zhì)探索的能力過度。教師活動：分別土壤微生物對落葉的分解作用以及對淀粉的分解作用的實驗原理及步驟分析。分別展示圖片資料，增加學生對落葉腐爛的形象認識。引導學生合理設計實驗組和對照組。學生活動：明確實驗原理，設計實驗步驟，關注實驗組和對照組設計。設計意圖：引導學生在實際生活中，要具體問題具體分析，培養(yǎng)學生實驗探究能力。四、能量流動與物質(zhì)循

12、環(huán)的關系教師活動：物質(zhì)循環(huán)和能量流動都是處于動態(tài)變化的，比較能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關系。然后，展示結(jié)果，共同總結(jié)出兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系學生活動：閱讀教材 P83P85 相關內(nèi)容，完成物質(zhì)循環(huán)與能量流動比較表格設計意圖：在已有知識的基礎上，加深學生對于“能量流動和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化過程中的兩個方面”這一觀點的理解。教師活動： 1.小結(jié)本節(jié)課重要概念。2.總結(jié)本節(jié)課內(nèi)容在本章內(nèi)容中的位置，架構(gòu)所學本章內(nèi)容知識點之間的聯(lián)系。【板書設計】【作業(yè)設計】課前：收集生物圈2號實驗背景介紹，查閱資料可以如何探究微生物的分解作用課中：完成教材思考與討論活動課后：1. 下圖為碳元素在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的模式圖,圖中甲、乙、丙表示生態(tài)系統(tǒng)的生物成分,箭頭ag表示生理過程。下列相關敘述不正確的是( )A.d過程代表光合作用,b過程代表呼吸作用B.甲所示的營養(yǎng)級在食物鏈中占有的碳元素最多C.碳元素在甲、乙、丙之間以有機物的形式傳遞D.碳元素可在非生物環(huán)境和生物群落之間反復利用2.下列關于生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中能量和物質(zhì)的敘述,正確的是( )物質(zhì)是單向流動、不可循環(huán)的 物質(zhì)是可循環(huán)的 能量是單向流動、不可循環(huán)的能量是單向流動、可循環(huán)的 能量是伴隨著物質(zhì)而流動的 能量不是伴隨物質(zhì)而流動的A. B.C. D.【評價設計】探究土壤微生物的分解作用