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

3.3生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)【課標要求及解讀】課標要求：本節(jié)內容在《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》的“內容要求”是：1.分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質在生物群落與無機環(huán)境之間不斷循環(huán)；.舉例說明利用物質循環(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；.闡明某些有害物質會通過食物鏈不斷地富集的現(xiàn)象?！窘滩姆治觥勘菊n內容位于人教版選擇性必修2第三章第三節(jié)內容。學生已學習過呼吸作用和生態(tài)系統(tǒng)能量流動的內容，為本節(jié)課打下基礎。本節(jié)內容包括建構生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)概念闡釋能量流動和物質循環(huán)的關系，通過案例引導學生運用所學的物質循環(huán)原理解釋現(xiàn)象和解決問題。本節(jié)內容屬于生態(tài)系統(tǒng)的功能，可以加強學生對“結構與功能觀”的理解，意識到“生命體各結構協(xié)調統(tǒng)一共同完成復雜生命活動”最終能夠構建“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”。同時對學生回顧能量流動內容與承接生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要的作用，承上啟下，是學生整體理解“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”的關鍵一環(huán)?！緦W情分析】授課對象為高二學生，他們已經具備一定的與神經調節(jié)和體液調節(jié)相關的生活經驗，具有一定推理能力和對比能力以及分析能力，且對于現(xiàn)象后的本質有一定的好奇心與探索意識。在之前的學習中，他們已經具備如下知識：①物質是循環(huán)的，學生在高一學習的“呼吸作用”中二氧化碳的循環(huán)，并有益于理解；②地理學科中對于溫室效應的分析，以及聯(lián)系生活有助于于生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)學習。而生態(tài)系統(tǒng)成分之間的關系圖可以轉化為“碳循環(huán)”模式圖，有利于學生理解；③本節(jié)的內容有助于于生命觀念的建構，生物學科思維方法的形成，生物學科能力的培養(yǎng)都具有重要作用?！窘虒W目標】根據(jù)《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》的相關要求，本節(jié)內容的教學目標制訂如下：.了解生態(tài)系統(tǒng)的功能物質循環(huán)途徑，以胡楊樹林為例，構建生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)概念，闡釋能量流動和物質循環(huán)的關系。進一步培養(yǎng)結構與功能觀、物質與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀。（生命觀念、科學思維）.通過概?括能量流動和物質循環(huán)的關系，分析在維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性中的價值，并運用所學知識解決問題。（生命觀念、科學思維）.通過對案例的分析與討論，理解物質循環(huán)過程，并能解決實際問題。（科學探究）.能夠運用人體穩(wěn)態(tài)與平衡觀，結合物質循環(huán)的過程，關注人與自然和諧相處的意義，提出改進農業(yè)生產方式的新思路。（科學思維、社會責任）【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)的物質循環(huán)過程教學難點：1.說明能量流動和物質循環(huán)的關系；2.嘗試探究土壤微生物的分解作用。【教學方法】情境化教學、模型構建法、討論法、合作探究法【課時安排】2課時【教學過程設計】【課堂導入】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。.胡楊死亡后，為什么很長時間都沒有腐爛？.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。胡楊樹中的物質難以回歸到環(huán)境中?！驹O計意圖】通過新疆本土資源的拓展吸引學生的注意力，利用情境引發(fā)學生思考和興趣。引導學生建立和發(fā)展進行科學探究的意識和能力。過渡：之前課程中學習了生態(tài)系統(tǒng)中的能量是單向傳遞、逐級遞減的。即能量并不能重復利用，生態(tài)系統(tǒng)需要保持穩(wěn)定、不斷運轉，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，但生物圈中的物質卻只能來自地球，生物圈這個最大的生態(tài)系統(tǒng)運轉億萬年來其中的物質并沒有匱乏，這是為什么呢？【教學內容】一、碳循環(huán)以碳為例，分析碳循環(huán)的過程?！救蝿找煌瓿伤伎?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、通過哪種生命活動在生物群落（生產者、消費者、分解者）之間傳遞的？最終形成哪些產物呢？.碳元素主要以什么途徑從非生物環(huán)境進入生物群落的？以什么途徑從生物群落進入無機環(huán)境的？引導學生思考并歸納總結：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行的，由于二氧化碳能夠隨著大氣環(huán)流在全球范圍內，因此碳循環(huán)具有全球性。在生物群落內以含碳有機物的形式進行。碳進入生物群落的途徑是生產者的光合作用和化能合成作用。碳返回非生物環(huán)境的途徑是生產者、消費者的呼吸作用，分解者的分解作用，化石燃料的燃燒。此外海洋對于調節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用。引導學生在思考討論的基礎上，結合課本P62的圖3?10,完成碳循環(huán)示意圖?；饸舛?.用關鍵詞、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。留出時間，讓學生思考作答。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C02進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？【設計意圖】設置這一任務并進行問題串的方式，引導學生基于既有知識體系，對兩者進行比較。通過這一任務，促進學生對概念圖的構建。通過建構模型，讓學生理解生態(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：.這些元素有什么特點？是以NCh、比0的形式循環(huán)嗎？.不同元素循環(huán)有什么共同特點？提示學生通過比較、概括形成物質循環(huán)的概念。生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(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。引導學生分析物質循環(huán)的特點。生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)具有全球性，在生物圈中循環(huán)往復“例如，二氧化碳能夠隨著大氣環(huán)流在全球流動。提出問題：.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有什么樣的后果？【設計意圖】學生通過閱讀教材，分析材料獲取“物質循環(huán)的概念及特點，學生通過對碳循環(huán)的認識為基礎，

材料圖解為輔助，強化對生態(tài)系統(tǒng)紅物質循環(huán)的整體認知，有利于自主構建“生態(tài)系統(tǒng)中物質循環(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物，這是物質循環(huán)過程中重要的一環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)中的消費者能夠加快物質循環(huán)的循環(huán)過程。那么，是不是所有的物質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【任務二自主學習：閱讀教材，思考以下問題】.哪些有害物質也具備與鉛類似的現(xiàn)象？.這種現(xiàn)象被稱作生物富集，生物富集的定義是什么？.結合教材第64頁圖3-11分析，生物富集的危害是什么？.生物富集現(xiàn)象也有全球性嗎？.如何有效地減少生物富集現(xiàn)象？總結歸納：（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，使其在機體內濃度超過環(huán)境濃度的現(xiàn)象，稱作生物富集。（二）常見物質：1.重金屬（如汞、鎘等）；.放射性物質（如含I37CS、226Ra等的物質）..一些人工合成的有機化合物（如DDT、六六六等）（三）發(fā)生生物富集的物質的特點：.富集物質在環(huán)境和生物體中存在形式是比較穩(wěn)定的；.富集物質必須是生物體能夠吸收的且不易排出的；.富集物質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（五）生物富集現(xiàn)象的特點：.具有全球性；.有害物質在生物體內的濃度會沿食物鏈不斷升高?！驹O計意圖】通過分析課本內容，提高學生對信息處理能力，注重對學生的引導，培養(yǎng)學生的探究能力，最終完成對知識的主動建構，并嘗試完成對知識的應用。教師通過生物富集現(xiàn)象的講解，讓學生形成生態(tài)意識，參與環(huán)境保護，逐步參與綠色家庭、綠色學校的建立中。過渡：物質循環(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循環(huán)的關系。請總結出兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系三、能量流動和物質循環(huán)的關系【任務三閱讀教材P83~P85相關內容，完成物質循環(huán)與能量流動比較表格】能量流動vs物質循環(huán)項目能量流動物質循環(huán)（以碳循環(huán)為例）特點單向流動、逐級遞減全球性、循環(huán)往復過程沿食物鏈、食物網單向流動在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返聯(lián)系二者同時進行、相互依存、不可分割：①能量的固定、儲存、轉移和釋放，懸不開物質的合成和分解；②物質是能量沿食物鏈（網）流動的載體；③能量是物質在生態(tài)系統(tǒng)中往復循環(huán)的動力總結：能量流動和物質循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，它們同時進行，彼此相互依存，不可分割，但各自又有不同的特點。能量的固定、儲存、轉移和釋放，都離不開物質的合成和分解等過程。物質作為能量的載體，使能量沿著食物鏈（網）流動；能量作為動力，使物質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，正是通過能量流動和物質循環(huán)，才能夠緊密地聯(lián)系在一起，形成一個統(tǒng)一的整體。【設計意圖】學生通過討論、繪制模式圖、閱讀列表對比的方式，總結出能量流動與物質循環(huán)的關系，有利于模型的構建、轉化文字信息能力、科學思維能力的提升。過渡：土壤中的分解者在物質循環(huán)中的作用？四、探究?實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細菌。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間也是不同的。1.實驗原理：土壤中存在種類、數(shù)目繁多的細菌、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。參考案例1：探究土壤微生物對落葉的作用參考案例1：探究土壤微生物對落葉的作用、田2止.參考案例1:探究土博微生物對落葉的作用第第1步：分組編號取兩個玻璃容器，一個貼上“甲組"標簽，另一個貼上“乙組”標簽.第2步：設置自變量將準備好的土壤分別放入兩個玻璃容器中，將乙組放入恒溫箱60℃滅菌1h,作為實驗組.甲組不做處理（自然狀態(tài)），作為對照組.第3步：無關變量處理取大小、形態(tài)相同的落葉，清洗干凈后均分成2份，分別用紗布包好，埋入2個容器中，深度約5cm.第1第1步：分組編號取兩個玻璃容器，一個貼上“甲組"標簽，另一個貼上“乙組”標簽.第2步：設置自變量將準備好的土壤分別放入兩個玻璃容器中，將乙組放入恒溫箱60℃滅菌1h,作為實驗組.甲組不做處理（自然狀態(tài)），作為對照組.第3步：無關變量處理取大小、形態(tài)相同的落葉，清洗干凈后均分成2份，分別用紗布包好，埋入2個容器中，深度約5cm.第4步：因變量檢測將2個容器放于實驗室相同的環(huán)境中，一段時間后，取紗布包，觀察比較對照組與實驗組落葉的腐爛程度.結果：對照組（土壤不滅菌）的葉片比實驗組（土壤滅菌）的葉片腐爛程度嚴重.結論：落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的.提示：檢測因變量的其他方法實驗前稱葉片干重的重量，實驗后稱葉片干重的重量，比較實驗前后葉片干重的變化量.參考案例2：探究土壤微生物對淀粉的分解作用實驗原理：淀粉+碘液T變藍淀粉分解為葡萄糖+斐林試劑一產生磚紅色沉淀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、等量蒸馀水一分別取兩份樣加入碘液與斐林試劑，斐林試劑加熱，觀察結果。實驗結果：實驗證明土壤中的微生物能分解淀粉【設計意圖】利用實驗情境引發(fā)學生思考和興趣。教材中實驗步驟稍加改進，學生接受不存在困難，在逐步實驗過程中引導學生建立和發(fā)展進行科學探究的意識和能力。提問：從本次實驗中你能否得出：.胡楊為何死而不朽一千年的生物學原理？.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，你會從什么角度出發(fā)？燒掉的方法可行嗎？學生回答后，總結：.缺少適應干旱、高溫的分解者。.此處物質大多無法回歸非生物環(huán)境，雖然物質循環(huán)具有全球性的特點，但此處外來的物質較少。如果一燒了事,長此以往會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?？梢詮暮Y選適應環(huán)境的微生物角度進行解決?！驹O計意圖】呼應導入新課時利用的情境。提問的過程中中引導學生建立和發(fā)展進行科學探究的意識和能力，也讓學生關心溫室效應的解決途徑。【課堂小結】生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)一啦點程室特過溫碳循環(huán)微生物分解大氣中的二氧化碳庫合用光作吸用一呼作物植色動植物遺體和動物排遺物能星流動與物質循環(huán)的關系【作業(yè)布置】生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)一啦點程室特過溫碳循環(huán)微生物分解大氣中的二氧化碳庫合用光作吸用一呼作物植色動植物遺體和動物排遺物能星流動與物質循環(huán)的關系完成課后練習題【板書設計】生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)—?■■稀年的n?\中.**1物體的化學元上慢行的4￡機口?氣。氏?懸?，■價編川無機卡■的鵬崢通,是，金備建49管■帳.，“■嶺的“有金修利?反題府■??***5小.ffAH("&M機峰"中的〃人影Kr，化"州?懶RJ9%斗箱心內.工化??mUJLMLUUlAfiLBl+.(?*■，"?時〃