3.3 生态系统的物质循环教学设计（表格式）-2024-2025学年高二上学期生物人教版（2019）选择性必修二

《生态系统的物质循环》教学设计
一、教学目标
基于课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕培养学生核心素养的要求，制订了如下教学目标：
1.通过概述碳元素在生物群落和无机环境之间的主要存在形式，及其在两者之间循环的方式，建构碳循环概念模型，培养合作交流、归纳概括等能力，发展科学思维。
2.通过模型分析温室效应、生物富集等环境问，建构物质循环模型，培养分析和解决问题的能力，升思维的品质和社会责任意识。
3.通过对环境问题的探讨，提出相关主张，渗透人与自然和谐相处的生态理念，倡导绿色健康生活。
4.通过讨论能量流动与物质循环之间的相互关系，逐渐形成物质与能量观。
二、教材分析
本节教学内容选自人教版高中生物学教材（2019版）选择性必修2第3章第3节“生态系统的物质循环”。本节内容是建立在学生学习了关于种群、群落及生态系统基本概念之上，深入讨论生物群落与无机环境的关系；也是在学习本章生态系统结构、能量流动的前提下，从物质角度进一步讨论生态系统的功能；还是后续学习生态系统稳定性及生态修复所依据的基本原理之一。因此，本节内容在生态学知识中起着承前启后的作用。
三、学情分析
本节课的授课对象是高二学生，学生在高一时已经学过了细胞中的元素和化合物，了解生物体和无机环境之间具有统一性，但对物质如何从无机环境到生物群落又从生物群落到无机环境还未有系统的了解和学习，本节内容通过对已学知识的回顾引入碳循环过程，并结合生态系统的组成成分，建立生态系统碳循环模型，运用物质循环和能量流动的相关知识解释种养一体化农业蕴含的生物学原理，增进对本章节内容的理解。因此在学习本节内容时教师要注重启发引导学生思维，使学生能够将前面的内容联系起来，综合运用所学知识来思考实际问题，利用实例来帮助学生理解本节内容。
四、教学重难点
1. 教学重点
分析碳循环的过程，概述生态系统的物质循环过程。
2. 教学难点
物质循环模型的构建。
五、教学过程
教师活动 学生活动 设计意图
【创设情境】 介绍香禾糯：香禾糯的历史延绵数千载。明朝文献《黎平府志》记载：香稻俗称籼禾，味极香美。素有“亩稻花十里香，一家蒸饭十家香”的美誉，是从江侗族人民招待贵宾的佳品。播放“从江侗乡稻鱼鸭复合系统”相关视频。由此导入新课。 【提出问题】 视频中的生产模式和传统的水稻生产模式相比有何不同？ 有鱼有鸭对水稻生长有什么好处呢？ 归纳评价学生的答案，提出新问题，开始新课： 1.水稻如何利用有机肥（类便）？ 2.为什么生态农业提倡不使用农药控制虫害？ 根据视频内容布置任务。 任务1：根据所给资料，请同学们写出其中的一条食物链。 引导学生评析各组所写食物链，根据生产目标给出正确答案。 学生通过必修一中相关内容的学习，清楚地知道组成生物的元素主要是碳元素，那碳在这条食物链中以及所处的生态系统当中是如何流动的？ 问题：碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ 1.在非生物环境中 2.在生物体内 布置任务2：用文字、线段、箭头在编号为1的模型中表示出碳元素流入和流出食物链中生物的过程。 小组讨论，解决问题： 1.碳元素如何进入所写食物链中的生物？（用什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等） 2. 碳元素如何流出所写食物链中的生物？（用什么形式，通过哪种生命活动、形成哪些产物 继续思考问题： 1.碳元素从非生物环境进入生物群落的主要方式是什么？ 2.碳元素从生物群落进入非生物环境有哪些方式？ 设问假如把碳元素换成氮或硫，同样有相同的特点。引导学生自己总结出物质循环的概念。 【过渡引入】 物质循环具有全球性和循环往复的特点，那么能量流动呢？能量流动和物质循环有什么区别和联系？ 【布置任务】 请学生复习能量流动的过程，并在碳循环的模型（碳循环示意图）中绘制能量流动的过程。 【追问】 结合图示分析能量流动和物质循环有什么联系，有什么区别。请列表比较。 问题：是不是所有的物质都和碳元素一样迅速的从生物群落回归到无机环境呢？ 【资料】研究者对某水域DDT（有机氯农药）的污染状况进行调查，调查结果如下表： 问题：无机环境中DDT的浓度与生物群落中DDT的浓度大小关系如何？ 任务3：用箭头、线段在编号为2的模型中画出DDT在生态系统中的流动情况，并根据你们构建的模型，讨论DDT在生态系中的流动与碳在生态系统中的循环有什么不同？ 展示日本投放核污水的实例。 小结： 1.本节你学习到了哪些知识？ 2.你掌握了那些解决生物问题的方法？ 3.本节课你最大的收获是什么？ 学生浸式观看视频，积极从视频中获取信息，产生问题并思考。 学生很容易回答出这个问题：视频中生产模式除了种植水稻，还养鱼养鸭。 学生经过思考，应该可以条理清楚的给出答案：鱼和鸭可以清除稻田里的害虫和杂草，鱼和鸭的粪便同时也是有机肥，还有鱼和鸭可以搅动土壤，起到松土的作用。 此处两个问题始终贯穿新课内容，整节课首尾呼应。学生带着问题进一步思考。 各小组交流讨论，结合以前所学的生态系统结构内容，在老师事先准备好的模型一方框中写出合适的食物链。同时找两个同学去讲台上完成并展示结果。 【思考】 该生产系统目的是让能量更多的流向水稻、鱼、鸭。更多的同学开始知识的拓展，主动写出食物网。 【思考、作答】 1.碳在非生物环境中主要以二氧化碳的形式存在于大气中和溶解于水中。 2. 碳在生物体内主要以有机物的形式存在。 分组讨论，完成任务。同时有两名学生在展板上完成。 学生带着问题思考，激烈的讨论。台上的学生进行连线，表示出碳的转移路径，构建模型。各组学生分享思路，互相补充，修正模型。 最后共同建构规范的碳循环模型。 学生思考、作答：1. 非生物环境中的碳元素以二氧化碳的形式通过光合作用形成有机物进入生产者；2.消费者以生产者为食，使生产者体内的有机物进入消费者；生产者、消费者遗体和排出物中的有机物可以被分解者利用。生产者、消费者和分解者都通过呼吸作用，将有机物分解为二氧化碳等，使碳元素返回非生物环境。 【讨论、展示结果】 【分析、归纳】 这些元素不断从非生物环境进入生物群落中，又从生物群落回到非生物环境中。 【归纳概括】 生态系统的物质循环是指组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程。 构建模型 【思考、讨论、作答】 两者同时进行，彼此相互依存，不可分割，但各自又有不同的特点。 结合教材第65页相关内容，列表比较、总结两者的关系。 阅读、思考、讨论： 得出随营养级越高，DDT在生物体中浓度越大的结论。 阅读63页胖旁栏信息，概括归纳出生物富集作用的概念。 通过模型2 的构建，比较DDT在生态系统中的流动和碳循环有不同，DDT流动是单向的。学生由此科学解释生物富集的原因。并解释为什么不提倡使用农药。 总结富集作用的危害。 学生能学以致用，解释各国民众反对日本投放和污水的原因。 学生完成小结，进一步回顾本节所学知识。 通过创设情境，调动学生学习兴趣和积极性。 引入新课的同时，引导学生建立结构与功能观，为后续解决问题从功能出发，建立模型做铺垫。 以问题驱动学生运用所学知识解决新的问题，在理解的基础上，进一步构建碳循环模型。 此处的设计不仅检验了学生对前面知识的掌握情况，也为后面模型的构建奠定基础。 通过建模，促进学生理解生态系统中各组分在碳循环中所起的作用。顺应学生的认知规律，尝试用语言描述探循环示意图的目的是发展学生的读图能力和语言表达能力，并在此基础上将动物植物微生物等具体对象归类为生态系统的成分生产者，消费者分解者构建概念模型发展学生的抽象概括与归纳能力。 通过比较，抽象与概括形成物质循环的概念，引导学生分析物质循环的特点。 在同一个模型中绘制能量流动和物质循环的过程，便于比较能量流动和物质循环，建立两者之间的联系，形成物质与能量观。 通过对生物富集问题的分析，得出人类活动影响了某些物质如重金属、人工合成的有机化合物等物质在生态系统中的分布。联系有害垃圾的处理和回收，提升学生的环境意识、社会责任意识。 学生能力的提升、素养的提高与价值观的改变很难单从纸笔测验中量化评价。构建基于生产生活实际和社会热点问题的教学评价情境，有助于培养学生对社会生活的理性思考，尝试提出解决现实问题的有效措施，从而提升社会责任感。 课堂小节归纳不能单纯是知识的罗列，应该充分发挥学生的主体作用，从学习的知识、方法和认知体验三个方面进行归纳
六、作业设计
一、单项选择
1.2020年9月22日，习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论会上指出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放量力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。碳中和是指CO2吸收量和CO2排放量达到平衡，实现CO2的“零排放”。研究碳循环是实现“碳中和”的重要基础。下列说法错误的是(　　)
A.碳在生物群落和非生物环境之间以CO2的形式循环
B.大气中的CO2主要通过绿色植物的光合作用进入生物群落
C.控制生物体呼吸产生的CO2量是实现碳中和的重要措施
D.植树造林、增加绿地面积有助于降低大气中CO2浓度
2.“哥本哈根气候变化大会”引起了人们对温室气体排放的关注，大会所倡导的低碳生活获得普遍认同。根据下图所示碳循环的部分过程进行有关分析，正确的是(　　)
A.生物群落内部进行碳循环的物质形式是CO2
B.参与过程②的生物只有消费者和分解者
C.不能通过增强过程③减少大气中CO2的含量
D.开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对过程①的依赖
3.如图表示生态系统中碳循环的部分过程，有关说法错误的是(　　)
A.A是生产者，D是分解者
B.图中箭头可以表示碳元素的流动方向
C.碳在①②③④过程中都是以有机物的形式进行的
D.图中E代表水圈
4.气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为A、B两个不同时期陆地生态系统中生物群落与大气环境的碳交换情况。下列相关叙述中，错误的是(　　)
时期 碳吸收量(kgC·a－1) 碳释放量(kgC·a－1)
A 1.20×1014 1.20×1014
B 1.20×1014 1.26×1014
A.生态系统中碳的吸收主要通过光合作用实现，碳的释放主要通过生物的呼吸作用实现
B.如果碳释放量远远大于碳吸收量，会引起温室效应C.A时期陆地生态系统碳吸收量等于碳释放量，说明此时海洋在调节大气碳含量中无作用
D.B时期大量植树造林可以使碳的吸收量和释放量趋于平衡
5.日本福岛地震后，核电站中的一些放射性物质(如131I)泄露。震后一段时间内，在我国一些沿海城市空气或蔬菜中检测到了131I。下列解释最合理的是(　　)
A.131I通过食物链富集在高营养级生物体内 B.131I通过海洋生物捕食被带到其他区域
C.131I通过水和大气循环被带到其他区域 D.131I插入蔬菜细胞的DNA造成基因突变
6.下列关于物质循环和能量流动的说法，错误的是(　　)
A.物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力
B.非生物环境中的物质可以通过多种途径被生物群落利用
C.通过绿色植物的光合作用，可完成生态系统碳循环
D.食物链和食物网是能量流动和物质循环的渠道
7. 如图显示某生态系统中四种生物体内不易分解的有害物质浓度比例。假设这四种生物构成一条食物链，则(　　)
A.该食物链可以写成：丙→丁→甲→乙
B.丙与丁之间具有捕食关系
C.乙所需的能量最终来自丙
D.若甲的数量增加，可能引起乙的数量增加
8.如图表示某生态系统的碳循环过程中4种成分之间的关系。以下相关叙述中正确的是 (　　)
A.1和2包含着所有种群构成的群落
B.3代表的一定是原核生物
C.①代表光合作用，②代表呼吸作用
D.4可以表示大气中的CO2库
9.如图为某生态系统中碳循环示意图。下列相关叙述正确的是(　　)
A.缺少丁则生态系统的物质循环不能正常进行
B.图中b、c、d过程均可表示不同生物的呼吸作用
C.图中甲、乙、丙的全部生物构成了该生态系统的生物群落
D.使用杀虫剂可提高生产者和消费者之间的能量传递效率
10.某生态系统中，镉在沿着食物链转移的过程中产生生物富集作用。该生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，各营养级所积累的镉的相对浓度如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
A.上述四个营养级可以构成食物网
B.四个营养级中处于最高营养级的是丙
C.镉不属于该生态系统的组成成分
D.四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁＞甲＋乙＋丙
二、多项选择题
11.如图表示生态系统碳循环，图中a、b、c、d表示该生态系统的四种成分，箭头表示各成分之间的关系。下列相关叙述错误的是(　　)
A.a、c所包含的所有种群构成群落
B.生活中倡导低碳行动利于b的相对稳定
C.c的存在可以加快生态系统的物质循环
D.d是唯一能把有机物分解成无机物的成分
12.如图是某农业生态系统模式图，下列叙述正确的是(　)
A.蚯蚓和生活垃圾中的微生物属于分解者
B.碳输出此生态系统的主要形式是有机碳和CO2
C.人类活动对此生态系统平衡状态的维持起到重要作用
D.农作物主要吸收利用有机肥中的有机物维持生命活动
13.下列各项中，能通过食物链传递引起生物富集现象的是(　　)
A.DDT污染 B．重金属镉
C.某些放射性物质 D．氟利昂污染
14.下图是某生态系统的物质循环和能量流动示意图，下列说法不正确的是(　　)
A.X2/X1的比值如果低于10%，则该生态系统就会失去平衡遭到破坏
B.碳元素在生物群落中以CO2的形式进行循环
C.每年输入生产者的能量，一部分被初级消费者摄入，一部分储存在生产者体内，其余能量流向分解者
D.调查初级消费者中的某一个种群的种群密度，若初次捕获60只并进行标记，再次捕获20只中有标记的4只，若每只个体平均增重4 kg，生产者最少应多消耗6000 kg
三、非选择题
15.如图是生态系统的碳循环图解。图中A～D代表生态系统的4种成分，①～⑦代表碳元素在生态系统中循环的途径。请仔细分析图并回答下列问题。
(1)图中A代表________，碳在C中以________形式存在。
(2)图中代表光合作用的是________，代表分解作用的是________，代表呼吸作用的是________。
(3)图中B代表________，它在生态系统中的作用____________________________________ 。
(4)碳元素在⑤和⑦中是以________形式流动，在①和⑥中是以________的形式流动。
16.下图为某生态系统碳循环的部分示意图，回答下列问题：
(1)图中的字母________表示大气中的CO2，由于许多因素的影响，使其含量夏季________冬季。
(2)CO2被生产者吸收转变成生物体内的物质进入生物群落，再被图中的A、B的________和C的分解作用以及E的燃烧，转变成CO2后再重新循环。若此生态系统中的生物群落处在正常演替过程中，生产者吸收的CO2量________整个生物群落排放的CO2量。
(3)若将本题图修改为该生态系统的能量流动示意图，若D的含义为热能，其他字母及文字代表的含义不变，还需要修改之处有：增加“ →A”、删除___________
七、教学反思
科学思维是智力发展的最终目标，也是生物学核心素养之一。模型与建模是发展科学思维的一种方法。概念是思维的基本形式之一，同时也是思维的产物和工具。建构模型不仅要做，而且要在做中实现概念的形成和理解，更要在做中体验、思维和创造，也就是说，要建构，更要在建构中实现行为和思维的统一。本节教学通过对教材内容的解析与组织，创设适当的情境，为学生布置可操作的任务，激发学生的学习兴趣和求知欲望。通过真实情境中问题的分析与讨论，逐步建构模型。通过对模型的分析和应用实现了生物学概念的建构。可以说，以建构模型为手段进行概念教学，是一种将脑中反映通过模型表达的过程，是有效实现深度学习的方式之一。教师在实践过程中，一定要研究教材，精心设计活动，避免两个现象：一是拘泥于无足轻重的细节，背离了模型方法简化、抽象出本质的要旨；二是弱化活动中必要的思维过程，以形成一个具体化的模型为唯一的目的追求。