2022-2023學(xué)年人教版(2019)選擇性必修二 3.3生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán) (1) 教案

3.3生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)【課標(biāo)要求及解讀】課標(biāo)要求：本節(jié)內(nèi)容在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》的“內(nèi)容要求”是：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?！窘滩姆治觥勘菊n內(nèi)容位于人教版選擇性必修2第三章第三節(jié)內(nèi)容。學(xué)生已學(xué)習(xí)過呼吸作用和生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的內(nèi)容，為本節(jié)課打下基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容包括建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)概念闡釋能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系，通過案例引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的物質(zhì)循環(huán)原理解釋現(xiàn)象和解決問題。本節(jié)內(nèi)容屬于生態(tài)系統(tǒng)的功能，可以加強(qiáng)學(xué)生對“結(jié)構(gòu)與功能觀”的理解，意識(shí)到“生命體各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜生命活動(dòng)”最終能夠構(gòu)建“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”。同時(shí)對學(xué)生回顧能量流動(dòng)內(nèi)容與承接生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要的作用，承上啟下，是學(xué)生整體理解“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”的關(guān)鍵一環(huán)。【學(xué)情分析】授課對象為高二學(xué)生，他們已經(jīng)具備一定的與神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)，具有一定推理能力和對比能力以及分析能力，且對于現(xiàn)象后的本質(zhì)有一定的好奇心與探索意識(shí)。在之前的學(xué)習(xí)中，他們已經(jīng)具備如下知識(shí)：①物質(zhì)是循環(huán)的，學(xué)生在高一學(xué)習(xí)的“呼吸作用”中二氧化碳的循環(huán)，并有益于理解；②地理學(xué)科中對于溫室效應(yīng)的分析，以及聯(lián)系生活有助于于生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)學(xué)習(xí)。而生態(tài)系統(tǒng)成分之間的關(guān)系圖可以轉(zhuǎn)化為“碳循環(huán)”模式圖，有利于學(xué)生理解；③本節(jié)的內(nèi)容有助于于生命觀念的建構(gòu)，生物學(xué)科思維方法的形成，生物學(xué)科能力的培養(yǎng)都具有重要作用。【教學(xué)目標(biāo)】根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》的相關(guān)要求，本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)制訂如下：了解生態(tài)系統(tǒng)的功能物質(zhì)循環(huán)途徑，以胡楊樹林為例，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)概念，闡釋能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系。進(jìn)一步培養(yǎng)結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀。（生命觀念、科學(xué)思維）通過概括能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系，分析在維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性中的價(jià)值，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題。（生命觀念、科學(xué)思維）通過對案例的分析與討論，理解物質(zhì)循環(huán)過程，并能解決實(shí)際問題。（科學(xué)探究）能夠運(yùn)用人體穩(wěn)態(tài)與平衡觀，結(jié)合物質(zhì)循環(huán)的過程，關(guān)注人與自然和諧相處的意義，提出改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的新思路。（科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任）【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；嘗試探究土壤微生物的分解作用。【教學(xué)方法】情境化教學(xué)、模型構(gòu)建法、討論法、合作探究法【課時(shí)安排】2課時(shí)【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】【課堂導(dǎo)入】展示“問題探討”中的新疆的胡楊林圖片自古就有：“胡楊樹生而不倒，生而不死一千年，死而不倒一千年，倒而不朽一千年”的神奇?zhèn)髡f。1.胡楊死亡后，為什么很長時(shí)間都沒有腐爛？2.有研究表明，長有胡楊的荒漠土壤一般比草原的貧瘠，這是為什么？提示：荒漠中缺水，分解者數(shù)量少，所以不能快速分解胡楊。胡楊樹中的物質(zhì)難以回歸到環(huán)境中?！驹O(shè)計(jì)意圖】通過新疆本土資源的拓展吸引學(xué)生的注意力，利用情境引發(fā)學(xué)生思考和興趣。引導(dǎo)學(xué)生建立和發(fā)展進(jìn)行科學(xué)探究的意識(shí)和能力。過渡：之前課程中學(xué)習(xí)了生態(tài)系統(tǒng)中的能量是單向傳遞、逐級遞減的。即能量并不能重復(fù)利用，生態(tài)系統(tǒng)需要保持穩(wěn)定、不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，就要不斷有能量輸入，對于生物圈來說，源源不斷的太陽能為它提供了能量，但生物圈中的物質(zhì)卻只能來自地球，生物圈這個(gè)最大的生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)億萬年來其中的物質(zhì)并沒有匱乏，這是為什么呢？【教學(xué)內(nèi)容】一、碳循環(huán)以碳為例，分析碳循環(huán)的過程。【任務(wù)一完成思考·討論分析碳循環(huán)的過程】以問題串的形式提問：碳在非生物環(huán)境和生物體內(nèi)分別以什么形式存在？碳是如何以什么形式、通過哪種生命活動(dòng)在生物群落（生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者）之間傳遞的？最終形成哪些產(chǎn)物呢？碳元素主要以什么途徑從非生物環(huán)境進(jìn)入生物群落的？以什么途徑從生物群落進(jìn)入無機(jī)環(huán)境的？引導(dǎo)學(xué)生思考并歸納總結(jié)：碳在生物群落與非生物環(huán)境間主要以二氧化碳的形式進(jìn)行的，由于二氧化碳能夠隨著大氣環(huán)流在全球范圍內(nèi)，因此碳循環(huán)具有全球性。在生物群落內(nèi)以含碳有機(jī)物的形式進(jìn)行。碳進(jìn)入生物群落的途徑是生產(chǎn)者的光合作用和化能合成作用。碳返回非生物環(huán)境的途徑是生產(chǎn)者、消費(fèi)者的呼吸作用，分解者的分解作用，化石燃料的燃燒。此外海洋對于調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用。引導(dǎo)學(xué)生在思考討論的基礎(chǔ)上，結(jié)合課本P62的圖3-10，完成碳循環(huán)示意圖。4.用關(guān)鍵詞、線段、箭頭、方框等表示碳在生物體和非生物環(huán)境之間循環(huán)的過程。留出時(shí)間，讓學(xué)生思考作答。展示碳循環(huán)示意圖提出問題：(1)分別說出圖中的甲、乙、丙代表的是生態(tài)系統(tǒng)中的什么成分？①、②、③表示過程是什么？(2)大氣中CO2進(jìn)入生物群落的主要途徑是哪種？(圖中代號)(3)碳元素在甲、乙、丙之間以什么形式流動(dòng)？【設(shè)計(jì)意圖】設(shè)置這一任務(wù)并進(jìn)行問題串的方式，引導(dǎo)學(xué)生基于既有知識(shí)體系，對兩者進(jìn)行比較。通過這一任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生對概念圖的構(gòu)建。通過建構(gòu)模型，讓學(xué)生理解生態(tài)系統(tǒng)中各組分在碳循環(huán)中所起的作用。過渡：是所有物質(zhì)都如此循環(huán)嗎？展示氮循環(huán)、硫循環(huán)、水循環(huán)等的示意圖。提出問題:1.這些元素有什么特點(diǎn)？是以NO2、H2O的形式循環(huán)嗎？2.不同元素循環(huán)有什么共同特點(diǎn)?提示學(xué)生通過比較、概括形成物質(zhì)循環(huán)的概念。生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)是指組成生物體的碳、氫、氧、氮、磷、硫等元素，都在不斷進(jìn)行著從非生物環(huán)境到生物群落，又從生物群落到非生物環(huán)境的循環(huán)過程。引導(dǎo)學(xué)生分析物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)。生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)具有全球性，在生物圈中循環(huán)往復(fù)。例如，二氧化碳能夠隨著大氣環(huán)流在全球流動(dòng)。提出問題：1.什么條件下，生物圈中的碳循環(huán)可保持基本平衡？如果這種平衡被打破會(huì)有什么樣的后果？【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生通過閱讀教材，分析材料獲取“物質(zhì)循環(huán)的概念及特點(diǎn)”。學(xué)生通過對碳循環(huán)的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，材料圖解為輔助，強(qiáng)化對生態(tài)系統(tǒng)紅物質(zhì)循環(huán)的整體認(rèn)知，有利于自主構(gòu)建“生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)”的概念模型。過渡：分解者通過什么作用完成了元素從生物群落回歸至非生物環(huán)境？土壤中的微生物能夠分解有機(jī)物，這是物質(zhì)循環(huán)過程中重要的一環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)中的消費(fèi)者能夠加快物質(zhì)循環(huán)的循環(huán)過程。那么，是不是所有的物質(zhì)都能較快的通過食物鏈回歸非生物環(huán)境呢？二、生物富集展示“鉛”的資料【任務(wù)二自主學(xué)習(xí)：閱讀教材，思考以下問題】1.哪些有害物質(zhì)也具備與鉛類似的現(xiàn)象？2.這種現(xiàn)象被稱作生物富集，生物富集的定義是什么？3.結(jié)合教材第64頁圖3-11分析，生物富集的危害是什么？4.生物富集現(xiàn)象也有全球性嗎？5.如何有效地減少生物富集現(xiàn)象？總結(jié)歸納：（一）概念：生物體從周圍環(huán)境吸收、積蓄某種元素或難以降解的化合物，使其在機(jī)體內(nèi)濃度超過環(huán)境濃度的現(xiàn)象，稱作生物富集。（二）常見物質(zhì)：1.重金屬（如汞、鎘等）；2.放射性物質(zhì)（如含137Cs、226Ra等的物質(zhì)）；3.一些人工合成的有機(jī)化合物（如DDT、六六六等）（三）發(fā)生生物富集的物質(zhì)的特點(diǎn)：1.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；2.富集物質(zhì)必須是生物體能夠吸收的且不易排出的；3.富集物質(zhì)在生物代謝過程中是不易被分解的。（四）生物富集的主要途徑：食物鏈、食物網(wǎng)（五）生物富集現(xiàn)象的特點(diǎn)：1.具有全球性；2.有害物質(zhì)在生物體內(nèi)的濃度會(huì)沿食物鏈不斷升高?！驹O(shè)計(jì)意圖】通過分析課本內(nèi)容，提高學(xué)生對信息處理能力，注重對學(xué)生的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，最終完成對知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)，并嘗試完成對知識(shí)的應(yīng)用。教師通過生物富集現(xiàn)象的講解，讓學(xué)生形成生態(tài)意識(shí)，參與環(huán)境保護(hù)，逐步參與綠色家庭、綠色學(xué)校的建立中。過渡：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。請總結(jié)出兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系【任務(wù)三閱讀教材P83~P85相關(guān)內(nèi)容，完成物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)比較表格】總結(jié)：能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，它們同時(shí)進(jìn)行，彼此相互依存，不可分割，但各自又有不同的特點(diǎn)。能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放，都離不開物質(zhì)的合成和分解等過程。物質(zhì)作為能量的載體，使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動(dòng)；能量作為動(dòng)力，使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返。生態(tài)系統(tǒng)中的各種組成成分，正是通過能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，才能夠緊密地聯(lián)系在一起，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生通過討論、繪制模式圖、閱讀列表對比的方式，總結(jié)出能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系，有利于模型的構(gòu)建、轉(zhuǎn)化文字信息能力、科學(xué)思維能力的提升。過渡：土壤中的分解者在物質(zhì)循環(huán)中的作用？探究·實(shí)踐探究土壤微生物的分解作用背景資料：土壤中生活著肉眼看不見的細(xì)菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線菌，這些生物的數(shù)量是極其繁多的，例如一茶匙表層土就可能含有億萬個(gè)細(xì)菌。由于各地氣候與環(huán)境等因素不同，落葉在土壤中被分解的時(shí)間也是不同的。1.實(shí)驗(yàn)原理：土壤中存在種類、數(shù)目繁多的細(xì)菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線菌，它們在生態(tài)系統(tǒng)中的成分為分解者。分解速度主要與環(huán)境溫度和濕度有關(guān)。參考案例1：落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？參考案例2：探究土壤微生物對淀粉的分解作用實(shí)驗(yàn)原理：淀粉+碘液→變藍(lán)淀粉分解為葡萄糖+斐林試劑→產(chǎn)生磚紅色沉淀PPT展示過程：配置土壤浸出液→AB組燒杯中加入淀粉液，分別加入土壤浸出液、等量蒸餾水→分別取兩份樣加入碘液與斐林試劑，斐林試劑加熱，觀察結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)證明土壤中的微生物能分解淀粉【設(shè)計(jì)意圖】利用實(shí)驗(yàn)情境引發(fā)學(xué)生思考和興趣。教材中實(shí)驗(yàn)步驟稍加改進(jìn)，學(xué)生接受不存在困難，在逐步實(shí)驗(yàn)過程中引導(dǎo)學(xué)生建立和發(fā)展進(jìn)行科學(xué)探究的意識(shí)和能力。提問：從本次實(shí)驗(yàn)中你能否得出：1.胡楊為何死而不朽一千年的生物學(xué)原理？2.如果現(xiàn)在需要解決長有胡楊林的荒漠少有其他植物這種現(xiàn)象，你會(huì)從什么角度出發(fā)？燒掉的方法可行嗎？學(xué)生回答后，總結(jié)：1.缺少適應(yīng)干旱、高溫的分解者。2.此處物質(zhì)大多無法回歸非生物環(huán)境，雖然物質(zhì)循環(huán)具有全球性的特點(diǎn)，但此處外來的物質(zhì)較少。如果一燒了事，長此以往會(huì)如同對森林的亂砍亂伐一樣打破碳循環(huán)平衡，造成溫室效應(yīng)?？梢詮暮Y選適應(yīng)環(huán)境的微生物角度進(jìn)行解決?！驹O(shè)計(jì)意圖】呼應(yīng)導(dǎo)入新課時(shí)利用的情境。提問的過程中中引導(dǎo)學(xué)生建立和發(fā)展進(jìn)行科學(xué)探究的意識(shí)和能力，也讓學(xué)生關(guān)心溫室效應(yīng)的解決途徑。 【課堂小結(jié)】【作業(yè)布置】完成課后練習(xí)題【板書設(shè)計(jì)】【教學(xué)反思】在本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中，以探究活動(dòng)