高中生物同步備課系列【備教案】3.3 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)-人教2019版選擇性必修2

3.3生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)教案課題生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)單元3學科生物年級高二教材分析《生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)》是人教版（2019）選擇性必修二第三章第3節(jié)的內(nèi)容，這節(jié)包括碳循環(huán)、生物富集以及能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關系。前面兩節(jié)已經(jīng)學習了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)果以及生態(tài)系統(tǒng)的能量流動等相關知識，這一節(jié)將通過分析碳循環(huán)過程，建構概念模型，分析生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。相較于這節(jié)中物質(zhì)循環(huán)的過程及建構模型，說明能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關系相對較難分析，所以在實施教學的過程中，我們通過開展多種形式的學生活動來有意識培養(yǎng)學生主動參與課堂教學活動的意識。學習目標與核心素養(yǎng)1.通過分析碳循環(huán)過程，建構概念模型，概述生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。（科學思維）2.通過分析比較生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的過程，說明二者的關系，建立生命系統(tǒng)的物質(zhì)與能量觀。（生命觀念）3.根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律，為科學有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源等提出有價值的建議和措施。（科學思維）4.嘗試探究土壤微生物的分解作用。（科學探究）5.通過對案例的分析討論，闡明生物富集的成因和危害，并提出科學的防治建議。（社會責任）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。難點說明物質(zhì)循環(huán)與能量流動的關系；嘗試探究土壤微生物的分解作用。教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖導入新課課件展示教材中的問題探討胡楊能抗干旱、御風沙、耐鹽堿，可頑強地在荒漠中生存繁衍。然而，受水資源短缺的影響，一些遠離水源的胡楊也難逃死亡的厄運。這些死亡的胡楊雖歷經(jīng)烈日和荒漠的摧殘，卻依然傲立于大漠，其枝干往往呈現(xiàn)出千姿百態(tài)的奇特造型。討論：1.胡楊死亡后，為什么很長時間都沒有腐爛？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？給同學們思考2分鐘時間，學生進行討論。問題答案提示：1.荒漠中缺乏水分，分解者的數(shù)量很少，因此死亡后的胡楊無法被快速分解。2.荒漠中生產(chǎn)者的種類與數(shù)量很少，能制造的有機物總量就少；消費者與分解者也少，物質(zhì)循環(huán)緩慢；土壤中可供分解者分解的動植物遺體等很少，且分解速度較慢，因此土壤中積累的營養(yǎng)物質(zhì)很少；而且，胡楊還會從土壤中吸收營養(yǎng)物質(zhì)，因此，長有胡楊的荒漠土壤比草原的更為貧瘠。教師創(chuàng)設情境：假如你在操場上運動，呼出了CO2分子，想象一下，CO2離開你以后，會開始怎樣的旅行？請同學們以小組為單位繪制圖片——“碳先生的旅行”。引出本節(jié)內(nèi)容。思考討論學生繪圖、展示、交流。引發(fā)學生學習興趣，引出新課講授新課一、碳循環(huán)展示氨基酸、葡萄糖、脫氧核苷酸、核糖核苷酸的結(jié)構式，引導學生得出結(jié)論：碳是構成生物體的重要元素之一，組成生物體的蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)和核酸等都是以碳鏈為基本骨架形成的。展示教材中的思考討論：思考討論：分析碳循環(huán)的過程二氧化碳能溶于水，因此可在大氣和海洋、河流之間進行交換。此外，碳還可以長期固定或保存在非生命系統(tǒng)中，如固定于煤、石油或木材中。人類對煤和石油等能源的利用，向大氣中排放了大量的二氧化碳?！疽龑W生思考討論】：（1）碳在非生物環(huán)境和生物體內(nèi)分別以什么形式存在？（2）碳是如何進出生產(chǎn)者、消費者、分解者的（以什么形式、通過哪種生命活動、形成哪些產(chǎn)物等）？（3）你如何看待人類活動對碳循環(huán)的影響？答案提示：1.碳在生物體內(nèi)主要以有機物的形式存在；碳在非生物環(huán)境中主要以二氧化碳的形式存在于大氣中和溶解于水中。2.生產(chǎn)者：非生物環(huán)境中的碳元素以二氧化碳的形式通過光合作用形式形成有機物進入生產(chǎn)者。消費者以生產(chǎn)者為食，使生產(chǎn)者體內(nèi)的有機物進入消費者。生產(chǎn)者、消費者遺體和排出物中的有機物可以被分解者利用。生產(chǎn)者、分解者都通過呼吸作用，將有機物分解為二氧化碳等，使碳元素返回非生物環(huán)境。1.碳循環(huán)過程【布置任務】：經(jīng)過思考，用關鍵詞、線段、箭頭、方框等嘗試構建碳在生物體和非生物環(huán)境之間的循環(huán)。引導學生在思考討論的基礎上，結(jié)合3-10，修改完善碳循環(huán)示意圖。提示：碳在生態(tài)系統(tǒng)各成分之間的傳遞并不都是雙向的，只有生產(chǎn)者與無機環(huán)境之間的傳遞是雙向的，其他各成分間的傳遞均是單向的。【知識延伸】①“物質(zhì)”在非生物環(huán)境與生物體內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化是依靠生物體內(nèi)的生化反應完成的。②物質(zhì)循環(huán)中起決定作用的是生物群落。③參與非生物環(huán)境中的物質(zhì)與生物體內(nèi)生命物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的生理過程主要有光合作用、化能合成作用、呼吸作用。④生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)離不開能量流動。2.碳循環(huán)形式結(jié)合思考討論和碳循環(huán)示意圖，引導學生對碳循環(huán)形式進行歸納總結(jié)。（1）存在形式：①非生物環(huán)境中：CO2和碳酸鹽②生物群落內(nèi)部：含碳有機物（2）流動形式：①生物群落與非生物環(huán)境之間：CO2②生物群落內(nèi)部：含碳有機物（3）進入生物群落的途徑：①光合作用；②化能合成作用（4）返回非生物環(huán)境的方式①生產(chǎn)者、消費者的呼吸作用；②分解者的分解作用；③化石燃料的燃燒。（5）海洋對于調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用。3.溫室效應組織學生閱讀教材“與社會的聯(lián)系（P63）”：化石燃料的開采和使用大大增加了二氧化碳的排放，加劇了溫室效應，引起全球性的氣候變化。引導學生概括溫室效應的形成原因、危害和我國采取的措施?！編熒餐偨Y(jié)】：（1）形成原因：化石燃料的開采和使用，大大增加了二氧化碳的排放，加劇了溫室效應。（2）危害：引起全球性氣候變化。（3）我國采取措施：減少二氧化碳排放和大力提倡植樹種草，提高森林覆蓋率。二、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)的概念及特點1.物質(zhì)循環(huán)的概念：（1）概念：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，這就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。這里所說的生態(tài)系統(tǒng)指的是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)——生物圈，物質(zhì)循環(huán)具有全球性，因此又叫生物地球化學循環(huán)。（2）圖示：（3）對概念的理解①參與循環(huán)的物質(zhì)是C、H、O、N、P、S等元素，而不是這些元素組成的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等生物體所特有的物質(zhì)。②物質(zhì)循環(huán)是指組成生物體的基本元素在生物群落與非生物環(huán)境之間的往返運動，其中伴隨著復雜的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化，并不是單純的物質(zhì)移動。物質(zhì)循環(huán)離不開能量的流動。③循環(huán)的范圍：生物圈（全球）（4）形式：在生物群落與非生物環(huán)境間為無機物，在生物群落內(nèi)為有機物。2.物質(zhì)循環(huán)的特點：物質(zhì)循環(huán)中所說的“生態(tài)系統(tǒng)”指的是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)——生物圈，因此又叫生物地球化學循環(huán)。①全球性：物質(zhì)循環(huán)中所說的“生態(tài)系統(tǒng)”指的是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)——生物圈，因此又叫生物地球化學循環(huán)。②反復利用、循環(huán)流動：物質(zhì)可以在非生物環(huán)境與生物群落之間反復利用、循環(huán)流動。例如，可采用種養(yǎng)結(jié)合的模式，在稻田中養(yǎng)鴨養(yǎng)魚，動物的取食、消化能促進物質(zhì)循環(huán)，它們排出的糞便中的氮、磷等可供水稻吸收利用。它們呼出的二氧化碳還可為水稻的光合作用補充原料。練一練：碳循環(huán)示意圖中各組成成分的判斷（1）圖甲——先根據(jù)A、B之間為雙向箭頭且指向B的箭頭最多可判斷：B為大氣中的二氧化碳庫，A為生產(chǎn)者。再根據(jù)A、C的箭頭都指向D判斷：D為分解者，C為消費者。（2）圖乙——根據(jù)A、C之間為雙向箭頭且指向C的箭頭最多可判斷：A是生產(chǎn)者，C是大氣中的二氧化碳庫。根據(jù)A、B、D的箭頭都指向E可進一步判斷：E是分解者，B是初級消費者，D是次級消費者。三、生物富集過渡：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)、氮循環(huán)的過程相同嗎？介紹教材P63頁有關“鉛”的資料。引導學生歸納概括生物富集的概念、物質(zhì)種類以及實例。1.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(nèi)濃度超過環(huán)境濃度的現(xiàn)象。2.生物體吸收環(huán)境中物質(zhì)的情況有三種（1）藻類植物、原生動物和多種微生物等，它們主要靠體表直接吸收；（2）高等植物，它們主要靠根系吸收；（3）大多數(shù)動物，它們主要靠吞食進行吸收。在上述的三種情況中，前兩種屬于直接從環(huán)境中攝取，后一種則需要通過食物鏈進行攝取。環(huán)境中的各種物質(zhì)進入生物體后，立即參加到新陳代謝的各項活動中。其中一部分生命必需的物質(zhì)參加到生物體的組成中，多余的以及非生命必需的物質(zhì)則很快地分解掉并且排出體外，只有少部分不容易分解的物質(zhì)如（DDT、鉛、汞、鎘等）會長期殘留在生物體內(nèi)。3.物質(zhì)種類（1）重金屬：如鉛、鎘、汞等。（2）人工合成的有機化合物：如DDT、六六六等。（3）某些放射性物質(zhì)。4.發(fā)生生物富集的物質(zhì)的特點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。5.生物富集的主要途徑：食物鏈、食物網(wǎng)。6.實例——鉛的富集7.生物富集現(xiàn)象的特點：①具有全球性原因：導致生物富集的有害物質(zhì)可以通過大氣、水和生物遷移等途徑擴散到世界各地②有害物質(zhì)在生物體內(nèi)的濃度會沿食物鏈不斷升高四、能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關系【過渡引入】：物質(zhì)循環(huán)具有全球性和循環(huán)往復的特點，那么能量流動呢？能量流動和物質(zhì)循環(huán)有什么區(qū)別與聯(lián)系？【布置任務】：結(jié)合所學知識，分析能量流動與物質(zhì)循環(huán)有什么聯(lián)系和區(qū)別，進而進行歸納概括。1.區(qū)別：（1）物質(zhì)循環(huán)具有全球性和循環(huán)性的特點。（2）能量流動是逐級遞減的，是單方向不循環(huán)的。2.聯(lián)系：（1）二者同時進行，彼此相互依存，不可分割。（2）物質(zhì)作為能量的載體，使能量沿著食物鏈（網(wǎng)）流動；能量作為動力，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?！竞诵臍w納】：能量流動和物質(zhì)循環(huán)關系分析（1）能量流動和物質(zhì)循環(huán)相伴而行，但能量在傳遞過程中由光能→化學能→熱能，而物質(zhì)在循環(huán)過程中，由無機物（CO2）→有機物→無機物（CO2）。（2）能量流動的終點是熱能散失到非生物環(huán)境中，不能循環(huán)利用。而物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生的CO2又被重新利用，所以沒有終點。五、探究土壤微生物的分解作用【探究實踐】：探究土壤微生物的分解作用閱讀教材，自主學習，了解實驗原理，并對相關的案例進行分析歸納。1.實驗原理（1）土壤中生活著細菌、真菌、放線菌等微生物，它們在生態(tài)系統(tǒng)中主要充當分解者。在不同的氣候與環(huán)境條件下，落葉在土壤中被分解的時間不同。提出問題：土壤微生物具有分解作用嗎？（2）提出問題：分解過程中物質(zhì)發(fā)生怎樣的變化？2.案例歸納提出問題：土壤微生物具有分解作用嗎？分解過程中物質(zhì)發(fā)生怎樣的變化？土壤是微生物的天然培養(yǎng)基，大多數(shù)的土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，能夠?qū)⑼寥乐械挠袡C物分解為無機物。土壤微生物的分解能力受溫度和土壤濕度影響較大，一般情況下溫度與濕度越高，土壤微生物的分解能力越強；反之，則越弱。思考回答思考、討論、回答。討論、展示結(jié)構。拓展了解歸納總結(jié)。閱讀教材，歸納概括。認真聽講，歸納概括。通過學生的自主、合作學習，教師的點撥，讓學生學會學