高二生物 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循（教學(xué)設(shè)計(jì)）余正英

1、“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)” 教學(xué)設(shè)計(jì)(余正英 深圳科學(xué)高中)【課標(biāo)分析】1.分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)在生物群落與無機(jī)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(xué)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(huì)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(diǎn)、物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的關(guān)系。教材首先以碳循環(huán)為例，引導(dǎo)學(xué)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(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)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(dòng)兩者的關(guān)系。【學(xué)情分析】學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和能量流動(dòng)的知識(shí)，對(duì)這部分的內(nèi)容有了初步的了解。學(xué)生對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)功能的認(rèn)識(shí)停留在簡單識(shí)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(xué)習(xí)，可以深入理解生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，形成結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)觀點(diǎn)。【教學(xué)目標(biāo)】1.通過分析生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的關(guān)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(yùn)用理性思維分析問題、解決問題的能力。（科學(xué)思維）3.通過分析溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因及減緩措施，培養(yǎng)環(huán)保意識(shí)；通過分析生物富集的過程，說明生物富集的危害，認(rèn)同應(yīng)采取措施減少危害。（社

3、會(huì)責(zé)任）4.嘗試探究土壤微生物的分解作用。（科學(xué)探究）【教學(xué)重難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：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(xué)難點(diǎn)：1.說明能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系；2.嘗試探究土壤微生物的分解作用【教學(xué)準(zhǔn)備】1.復(fù)習(xí)回顧生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和能量流動(dòng)相關(guān)知識(shí)。2.收集“生物圈2號(hào)實(shí)驗(yàn)”背景介紹。3.熟悉探究土壤微生物的分解作用實(shí)驗(yàn)【教學(xué)過程】引入：教師活動(dòng)：分析研究人員總結(jié)的“生物圈2號(hào)實(shí)驗(yàn)”失敗的原因，即生物圈2號(hào)中的氧氣和二氧化碳的大氣組成的比例最后無法達(dá)到平衡，多數(shù)動(dòng)植物無法正常生長，導(dǎo)致該實(shí)驗(yàn)失敗。請(qǐng)同學(xué)們思考什么是碳循環(huán)？為什么碳循環(huán)無法達(dá)到平衡會(huì)影響動(dòng)植物的生長？學(xué)生活動(dòng)：思考并嘗試

4、回答問題。設(shè)計(jì)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(dòng)：通過引導(dǎo)學(xué)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(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者？發(fā)生了什么樣的生命活動(dòng)？請(qǐng)用關(guān)鍵詞、線段、箭頭、方框等表示其過程。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)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(dòng)的異同，分別從生產(chǎn)者、消費(fèi)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(guān)聯(lián)到一起總結(jié)學(xué)生活動(dòng)：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(guān)知識(shí)，自主構(gòu)建碳循環(huán)的基本模型。設(shè)計(jì)意圖：通過設(shè)計(jì)問題串，引導(dǎo)學(xué)生逐步繪制出含碳物質(zhì)的轉(zhuǎn)化途徑模型圖。教師活動(dòng)：根據(jù)學(xué)生構(gòu)建的碳循環(huán)的模型圖，主要從3個(gè)方面細(xì)化并總結(jié)提升對(duì)碳循環(huán)的過程的認(rèn)識(shí)碳元素的流動(dòng)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(jìn)行流動(dòng)；在生物群落內(nèi)部主要以含碳有機(jī)物的形式通過食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行傳遞。（2）碳從無機(jī)環(huán)境進(jìn)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?zé)o機(jī)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(xué)生活動(dòng)：思考分析得出答案設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)學(xué)生自己構(gòu)建出

6、的模型圖進(jìn)行總結(jié)，使學(xué)生對(duì)碳循環(huán)的認(rèn)識(shí)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(diǎn)，以此突破本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)。教師活動(dòng)：自主歸納，總結(jié)物質(zhì)循環(huán)的概念和特點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)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(xué)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(duì)物質(zhì)循環(huán)概念的分析，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)循環(huán)性。然后展示大氣環(huán)流、海洋洋流動(dòng)圖，補(bǔ)充問題并請(qǐng)學(xué)生思考：在農(nóng)田中大量使用 DDT 有機(jī)農(nóng)藥為什么會(huì)殃及南極的企鵝？從而推理物質(zhì)循環(huán)的另一特點(diǎn)：全球性。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)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(dòng)。設(shè)計(jì)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(diǎn)，同時(shí)也使學(xué)生更好的理解了物質(zhì)循環(huán)的概念。這樣既培養(yǎng)學(xué)生提取信息、總結(jié)歸納等自主學(xué)習(xí)能力，也落實(shí)了教學(xué)目標(biāo)。教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活，如何看待人類活動(dòng)對(duì)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(dǎo)致溫室效應(yīng)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(lǐng)域的最高榮譽(yù)地球衛(wèi)士獎(jiǎng)。學(xué)生活動(dòng)：歸納人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)的影響，并思考如何從從身邊的點(diǎn)滴做起，減少碳排放。設(shè)計(jì)意圖：聯(lián)系社會(huì)生活，學(xué)以致用，同時(shí)通過我國塞罕壩林場獲得聯(lián)合國環(huán)境領(lǐng)域的最高榮譽(yù)這一案例培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。二、生物

8、富集教師活動(dòng)：人類活動(dòng)向環(huán)境中排放了很多有害物質(zhì)，它們進(jìn)入環(huán)境后也會(huì)進(jìn)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(xué)生認(rèn)識(shí)為什么人類活動(dòng)改變了鉛的循環(huán)？強(qiáng)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(dòng)加劇了鉛循環(huán)的進(jìn)程，引導(dǎo)學(xué)生思考鉛循環(huán)被加劇后會(huì)對(duì)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(dǎo)學(xué)生分析鉛濃度在生物群落內(nèi)的特點(diǎn)。學(xué)生活動(dòng)：通過讀圖和聯(lián)系學(xué)過的水生食物鏈的知識(shí)，推出鉛在生物體內(nèi)的濃度沿食物鏈不斷升高。設(shè)計(jì)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(xué)生讀圖歸納的能力。教師活動(dòng):通過對(duì)鉛

9、循環(huán)的分析，引導(dǎo)學(xué)生思考生活中還有哪些物質(zhì)具有鉛循環(huán)一樣的特點(diǎn)。理解主要是一些有害物質(zhì)會(huì)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(jī)物如DDT、六六六等。引導(dǎo)學(xué)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(gè)特點(diǎn):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(xué)生活動(dòng):學(xué)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(shí)對(duì)比碳循環(huán)，分析鉛循環(huán)在生物體富集的原因。設(shè)計(jì)意圖:從鉛循環(huán)特點(diǎn)分析，歸納出有害物質(zhì)存在的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生歸納能力。三、探究實(shí)踐：探究土壤微生物的分解

10、作用 教師活動(dòng)：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(duì)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(jìn)行探究的原因，介紹土壤重要的生態(tài)學(xué)意義。啟發(fā)學(xué)生提出有關(guān)土壤微生物的分解作用的問題。學(xué)生活動(dòng)：嘗試對(duì)土壤微生物的分解作用提問。設(shè)計(jì)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(xué)生自主探究微生物的分解作用教師活動(dòng)：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(guān)現(xiàn)象和本質(zhì)，各自可以提出的問題和和衡量的指標(biāo)。另外，還可以探究對(duì)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(dǎo)學(xué)生從初中學(xué)過的對(duì)照實(shí)驗(yàn)的三大原則進(jìn)行思考和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)觀察和結(jié)果記錄，分析可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和得出對(duì)應(yīng)的結(jié)論。學(xué)生活動(dòng)：形象地感知分解者分解作用的生態(tài)學(xué)意義，設(shè)計(jì)探究微生物分解的實(shí)驗(yàn)方案。設(shè)計(jì)意圖：明確探究性實(shí)驗(yàn)的一般流程，培養(yǎng)學(xué)生從關(guān)注自然現(xiàn)象到本質(zhì)探索的能力過度。教師活動(dòng)：分別土壤微生物對(duì)落葉的分解作用以及對(duì)淀粉的分解作用的實(shí)驗(yàn)原理及步驟分析。分別展示圖片資料，增加學(xué)生對(duì)落葉腐爛的形象認(rèn)識(shí)。引導(dǎo)學(xué)生合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。學(xué)生活動(dòng)：明確實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，關(guān)注實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際生活中，要具體問題具體分析，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力。四、能量流動(dòng)與物質(zhì)循

12、環(huán)的關(guān)系教師活動(dòng)：物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)都是處于動(dòng)態(tài)變化的，比較能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)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(xué)生活動(dòng)：閱讀教材 P83P85 相關(guān)內(nèi)容，完成物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)比較表格設(shè)計(jì)意圖：在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，加深學(xué)生對(duì)于“能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化過程中的兩個(gè)方面”這一觀點(diǎn)的理解。教師活動(dòng)： 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(xué)本章內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系?！景鍟O(shè)計(jì)】【作業(yè)設(shè)計(jì)】課前：收集生物圈2號(hào)實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(guān)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(jí)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(jī)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(fù)利用2.下列關(guān)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(dòng)、不可循環(huán)的 物質(zhì)是可循環(huán)的 能量是單向流動(dòng)、不可循環(huán)的能量是單向流動(dòng)、可循環(huán)的 能量是伴隨著物質(zhì)而流動(dòng)的 能量不是伴隨物質(zhì)而流動(dòng)的A. B.C. D.【評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)】探究土壤微生物的分解作用