3.3 生态系统的碳循环 教学设计（表格式）

教学设计
课题 生态系统的碳循环
教学内容分析 “碳循环”是选择性必修二《生物与环境》第三章“生态系统的物质循环”的核心内容，在单元中承前启后：前接 “生态系统的结构”（生产者、消费者、分解者的功能）与“能量流动”（物质循环与能量流动的关联），后为 “生态系统的稳定性”“人类活动对生态环境的影响”奠定知识基础。作为物质循环的典型案例，碳循环是理解 “生态系统各组分通过物质交换构成统一整体”的关键载体，也是串联“系统观”“稳态观”与“社会责任”的重要纽带。
学情分析 （一）学习经验与知识储备 1）已有基础：学生在之前的学习中已了解“光合作用吸收 CO2、呼吸作用释放CO2”，知晓碳在生物与环境间的简单交换；在本单元前两课时中，已掌握 “生态系统的组成成分（生产者、消费者、分解者）”，能理解生物组分在物质传递中的功能，为分析碳循环的 “生物群落内部传递”奠定基础。 2）潜在缺口：对碳循环的“非生物环境环节”（如化石燃料形成与燃烧、海洋碳库）认知较模糊；难以将“生物群落内的碳传递”（食物链/网）与“生物群落与无机环境的碳交换”（光合作用、呼吸作用、分解作用）整合为完整循环路径；对“碳循环失衡与温室效应的因果关系”缺乏深度理解。 （二）学科能力水平 1）优势能力：学生已具备初步的 “归纳概括” 能力（如从生物组分功能归纳碳传递角色）、“简单模型建构”能力（如绘制食物链示意图），能参与小组讨论、分析直观数据（如 CO 浓度变化曲线）。 2）薄弱环节：对 “全球性”“循环性” 等抽象特征的理解需具象化支撑；构建 “碳循环完整概念模型” 时易遗漏关键环节（如分解者的分解作用、化石燃料）；难以从 “碳循环规律”演绎推导“人类干预的影响”（如化石燃料燃烧对大气 CO 浓度的影响）。 （三）学生兴趣与发展需求 1）兴趣点：对“温室效应”“双碳目标”“低碳生活”等与现实生活关联紧密的议题兴趣较高；喜欢通过“案例分析”“模型制作”“小组合作”等互动式学习方式，反感纯理论灌输。 2）发展需求：需要将抽象的碳循环过程转化为 “可视化、可操作” 的学习活动（如模型建构、案例研讨），突破概念理解难点；需要通过“真实情境问题”（如本地碳排放现状、低碳行动建议），将知识与生活、社会关联，满足“学以致用”的需求；需要在探究活动中提升“逻辑推理”“模型建构”能力，适应高中生物对“抽象思维” 的要求。 （四）发展路径 基于学情，学生的学习路径可设计为：“情境导入（温室效应案例）→旧知关联（生物组分功能、光合 / 呼吸作用）→新知建构（碳循环路径分析→概念模型绘制）→难点突破（全球性、化石燃料环节）→应用拓展（分析人类影响→提出低碳建议）”，逐步从 “碎片化知识” 整合为 “系统认知”，从 “概念理解” 上升为 “能力与素养”。
目标确定 1）生命观念：通过分析碳在 “非生物环境→生物群落→非生物环境” 的循环路径，强化 “生态系统是物质循环与能量流动相伴随的统一系统” 的系统观；结合碳循环失衡（如温室效应）对生态系统稳态的影响，深化 “稳态与平衡观”，理解生命系统的整体性与动态平衡特性。 2）科学思维：通过构建碳循环概念模型（如绘制示意图）、分析 “化石燃料燃烧与碳循环失衡” 的逻辑关系，训练 “模型与建模”能力。 3）科学探究：通过分析教材中碳循环图解、展示 2021年我国人工淀粉合成科技资料引导引导学生基于知识与现实案例提出问题、梳理逻辑、推导结论，提升科学探究的分析与推理能力。 4）社会责任：结合 “双碳” 目标、温室效应等现实议题，引导学生认识人类活动对碳循环的干预作用，树立 “人与自然和谐共生” 的生态意识，培养参与低碳生活、环保实践的社会责任感。
4.学习重点难点 1）重点 分析碳循环的过程 用生物学知识解释温室效应产生的原因 难点 碳循环模型的构建
5.学习活动设计 教师活动学生活动环节一：导入新课教师活动 过渡：全球变暖正以人类有记录以来最快的速度演进，而刚刚过去的这个暑假，更是打破多项高温纪录，成为我们亲历的、体感尤为强烈的‘史上最热暑假’之一。那么造成这种高温天气的原因是什么呢？ （结合生活实际，提出问题，激发学生的好奇心） 教师活动：播放视频 板书：生态系统的碳循环 过渡：通过这段视频我们可以发现是人类活动破坏了生态环境，进而造成了温室效应，那什么是温室效应，大气中的温室气体（如二氧化碳等）吸收地表发射的热辐射，从而防止热量散失到太空，导致地表温度升高。那温室效应除了让我们感觉到热，还会带来哪些危害呢？比如、水资枯竭、土壤沙漠化、冰川融化、海平面上升等等。 （根据实际情况阐明高温天气产生的原因，并展示温室效应造成的危害，让学生直观感受到人类活动对环境造成的危害，一方面为接下来阐明温室效应产生与二氧化碳密切相关，引入本节课所要学习的内容，另一方面激发学生的担忧，为之后树立学生的环保意识打下基础。） 过渡：可见缓解温室效应应该怎么做呢？就让我们通过今天碳循环的学习先分析温室效应产生的具体原因，进而寻找环节温室效应的举措。学生活动 学生结合切身经历产生好奇心。 观看视频 通过观看视频及图片，一方面认识到人类活动会对环境造成的危害，另一方面对刚才提出的问题答案有了了解，带着担忧焦虑的心理，以及更为强大的好奇心一起来学习本节课内容。设计意图： 首先结合生活实际提出问题，激发学生的好奇心，并且从学生切身经历出发更有利于获得学生的认同，之后通过视频的播放及图片展示更多学生没有接触过的环境污染场景及环境问题带来的危害，激发学生的担忧，更容易吸引学生的注意力。教师通过引导学生极端天气的产生与温室效应密切相关，而温室效应又离不开二氧化碳，将学生的焦点与注意力拉向本节课要学习的碳循环。引导学生从生物学角度分析温室效应产生的原因，并为学生环保行为提供科学的理论依据。环节二：新课讲授问题探讨（任务驱动） 展示资料1：二氧化碳能溶于水，因此可在大气和海洋、河流之间进行交换。此外，碳还可以长期固定或保存在非生命系统中，如固定于煤、石油或木材中。人类对煤和石油等能源的利用，向大气中排放了大量的二氧化碳。 提出问题： 1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在 2.碳是如何进出生产者、消费者、分解者的 （结合课本62页图3-10） 任务一：碳元素的存在形式 教师活动： 讲解：我们来看第一个问题，碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在呢？我听见同学们说二氧化碳。除此以外还有碳酸盐。那么他们分别存在在那呢？在大气和海洋、河流中，还可以在它们之间进行交换。 板书： 1.碳元素的存在形式 任务二：分析碳循环过程及模型构建 教师活动：在学生思考讨论的基础上，引导学生归纳总结碳元素进出生产者、消费者、分解者的方式。 板书:2.碳元素的流动情况 板书： 板书： 问题驱动：碳的进出除生产者、消费者、分解者外，还有没有其他途径？ 教师活动：进行碳循环途径补充。 板书： 教师活动：带领学生完善碳循环过程。 碳循环过程包括生物群落与非生物环境两部分。碳元素以CO2的形式不断进行着从非生物环境进入生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环往复运动，这一过程离不开生产者和分解者。温室效应的产生正是因为工业革命以来人类大量燃烧化石燃料增加了二氧化碳的排放，同时乱砍滥伐破坏森林植被，改变土地的利用方式，减少了二氧化碳的固定，削弱碳吸收。显著增加了大气中的二氧化碳通量，打破了碳循环的自然平衡，导致全球气候系统发生显著变化，地表温度增加。 板书： 小组合作交流讨论，结合已有知识基础及课本内容思考问题。 明确碳在非生物环境中主要以二氧化碳的形式存在，在生物体内是以糖、蛋白质等含碳有机物的形式存在。 阅读课本62页图3-10，并结合之前所学内容。分别明确碳元素进入生产者、消费者、分解者的方式。 跟随教师思路，共同完成碳循环的构建。 结合日常生活经验，学生提出化石燃料的燃烧也会产生二氧化碳。 学生跟随教师思路，借助碳循环模型，了解到温室效应的产生原因可分为 “自然成因” 和 “人为成因” 两大类，其中人为因素是当前温室效应增强的核心驱动力。设计意图： 通过两个活动设计，先引导学生明确碳在生物群落和非生物环境中的存在形式，其次学生以之前所学内容为基础，分析碳元素进出生产者、消费者、分解者的方式，师生一起构建碳循环模型。学生在模型构建过程中引导学生从形成生态系统是物质循环的统一系统的系统观，并训练自己的 “模型与建模”“演绎与推理” 能力。最后借助碳循环模型，了解到温室效应的产生原因可分为 “自然成因” 和 “人为成因” 两大类，其中人为因素是当前温室效应增强的核心驱动力。为之后学习如何环节温室效应要从制定减排（如减少化石燃料使用）、增汇（如植树造林）等方面做铺垫。环节三：思政教育过渡：面对气候危机我国早已付诸行动，在2020年9月22日的联合国大会上，习近平总书记表示：“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，，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和。”那么要实现碳中和我们要从增加碳汇，植树造林、直接从空气中捕获并封存。减少碳排放，比如减少化石燃料的燃烧，开发清洁能源等等。这里的碳汇指从空气中清除二氧化碳的过程。但是目前尚无人工大规模从空气中清除二氧化碳的有效途径。所以我们必须依靠减少碳排放来助力双碳目标。 接下来让我们一起看看我们国家都做了哪些努力。 教师活动：展示国家环保举措。 国家具体环保行动。 说明国家一方面通过天然林保护工程，退耕还林工程，沙漠治理行动，城市绿化等行动增加植被覆盖率，加大对碳的吸收和固定；另一方面通过倡导垃圾分类回收，号召节约粮食，提高质量标准，发展无废弃物农业，发展清洁能源等方面，减少资源的浪费和利用，从而减少碳的释放。从法律上和行动上助力碳中和。 国家生态建设成果。 塞罕坝林场、毛乌素沙地。 过渡：实现双碳目标并非遥不可及，作为新时代的青少年我们应该怎么做呢？ 引导学生想到低碳生活，并反问学生是否了解低碳生活，进而介绍低碳生活，随之提问在生活中如何做到低碳生活。结合学生回答进行拓展，为学生提供更多的低碳生活方式。（视频展示） 语言鼓励：你们的这些低碳行动终将汇聚成守护地球生态的强大动力，在点滴之间为地球减负。如果每个人都将低碳理念融入日常生活，这些微小而又坚定地改变终将汇聚成推动生态文明建设的强大动力。 所以，请同学们把低碳理念传递出去，让更多的人一起从小行动中践行环保。 跟随教师一起了解国家主席习近平提出的“双碳”目标，并结合碳循环这一途径，了解双碳目标实现主要靠减少碳排放。 通过具体举措、生态建设成果展示，了解我国对生态建设的高度重视，将其摆在全局工作的突出位置，把生态文明建设作为关系中华民族永续发展的根本大计，以美丽中国建设全面推进人与自然和谐共生的现代化。低碳生活 学生在分享自己低碳生活的方式过程中了解更多的低碳生活方式，加强环保意识，树立人与自然和谐共生的生态意识。 学生意识到不仅自己要做到低碳生活，还需要将低碳理念分享给其他人，让更多的人加入生态文明建设这一伟大工程中来。设计意图： 通过国家主席习近平提出的“双碳目标”，引出实现双碳目标要从增加碳汇和减少碳排放两个途径实现，其中减少碳排放是主要途径。之后通过介绍国家环保举措，让学生感受到我国对生态建设的高度重视。随之通过问题“作为青少年我们应该怎么做”，激发学生保护环境，爱护地球家园的情怀，并通过举措增加学生减少碳排放的途径，引导学生在今后不仅要自己付诸行动，还要将低碳理念传递给他人，让更多的人参与到生态文明建设中来，助力“双碳”目标。 环节四：课堂小结包括知识方面和低碳意识树立方面 环节五：课堂练习
板书设计
作业与拓展学习设计 展示：我国人工首次用CO2合成淀粉报道 学生课后查阅相关资料思考： 1）人工合成淀粉技术如何实现碳元素从无机环境到有机物的转化？这对优化碳循环、缓解温室效应有何创新意义？ 2）从碳循环视角分析，人工合成淀粉的原理是什么？该技术突破为全球碳减排带来哪些新可能？
8.特色学习资源分析、技术手段应用说明（结合教学特色和实际撰写） 1）运用现代教育学技术，激发学生学习兴趣 运用现代信息技术适时地将声音、图像、视频、动画及文字等信息进行处理，进行巧妙恰当地呈现，制成课件创设良好的问题情境，比如在新课导入中通过视频播放，展现人类活动对生态环境造成的危害。同时补充学习的知识背景，使学生对所要学习的课题产生深厚的兴趣，大大地激发学生的学习欲望，使学生保持高昂的学习情绪，很快地、效果显著地进入教师创设的学习情境之中。 2）运用现代教育学技术，突破教学重难点 运用多媒体，动态展示碳元素进出生产者、消费者、分解者的途径，将琐碎知识条理化，帮助学生构建碳循环过程。
9.教学反思与改进（教与学的经验性总结，基于学情分析和目标达成度进行对比反思，教学自我评估与改进设想） 在碳循环模型的构建过程中通过引导学生分别思考碳元素进出生产者、消费者、分解者，以生态系统的组成成分进行分析，这是因为在本单元前两课时中，学生已掌握 “生态系统的组成成分（生产者、消费者、分解者）”，能理解生物组分在物质传递中的功能，能分析碳循环的“生物群落内部传递”。但是对碳循环的“非生物环境环节”（如化石燃料形成与燃烧、海洋碳库）认知较模糊；难以将“生物群落内的碳传递”（食物链/网）与 “生物群落与无机环境的碳交换”（光合作用、呼吸作用、分解作用）整合为完整循环路径；对“碳循环失衡与温室效应的因果关系”缺乏深度理解。我认为在进行碳循环模型的构建过程中可以设置三个任务，分别引导学生构建生物群落中的碳流动情况、非生物环境中碳元素的流动情况，以及碳元素是如何进入生物群落又是怎样返还给非生物环境的。这样从局部到整体更有利于学生理解和对碳循环失衡与温室效应的因果关系分析。
10.学习评价设计（从知识获得、能力提升、学习态度、学习方法、价值观念培育等方面设计过程性评价的内容、方式与工具等；过程性评价要适量、适度，通过学生的行为表现判断学习目标的达成度） 评价维度过程性评价内容（可观察的学生行为）评价方式评价工具评价要点（判断目标达成度）知识获得课堂中回答碳元素存在形式、碳循环环节等基础问题时的准确性； 2. 小组讨论中复述人类活动对碳循环影响的完整性； 3. 课后作业中填写碳循环流程图的正确率。课堂观察、作业批阅课堂提问记录表、碳循环流程图作业基础问题回答准确率≥80%； 2. 能完整复述 2 种及以上人类活动影响；3. 流程图关键节点（生产者、分解者作用）填写无遗漏。能力提升碳循环实验中操作步骤的规范性（如试剂添加、现象记录）； 2.小组设计低碳方案时提出具体措施的数量。实验观察、成果点评实验操作评分表、低碳方案评分细则实验操作无关键失误（如未打翻试剂、及时记录现象）； 2. 方案中具体措施≥2 条且贴合碳循环知识。学习态度1. 课堂参与度（如主动举手提问、参与小组讨论的频率）；2. 实验活动中与组员的协作表现（如分工配合、帮助同伴）；3. 低碳打卡活动的持续参与天数。课堂观察、打卡统计课堂参与记录表、低碳打卡统计表每节课主动参与互动≥1 次； 实验中能配合组员完成至少 1 项任务； 3. 打卡活动持续参与≥3 天。学习方法课堂笔记中对碳循环知识的梳理逻辑（如是否分点记录、标注重点）； 遇到疑问时的解决方式（如主动查阅资料、请教老师 / 同学）； 3. 复习时对实验现象与理论知识的关联总结。笔记检查、访谈交流学生课堂笔记、疑问解决记录表笔记能清晰区分 “碳存在形式”“循环环节” 等模块； 遇到疑问时能主动尝试 1 种解决方式； 3. 复习时能说出 “实验现象（如石灰水变浑）对应理论（CO 存在）”。价值观念培育分享低碳生活计划时的态度（如是否主动提及 “守护碳循环” 的意义）；2. 看到他人浪费资源（如未关电器）时的反应（如提醒、主动纠正）； 3. 向家人传递低碳理念的实际行为（如分享碳循环知识、带动家人节电）。情景观察、学生自述低碳计划分享记录表、行为反馈问卷分享计划时能关联 “低碳与碳循环平衡”； 能主动提醒他人节约资源≥1 次； 3. 能说出 1 件向家人传递低碳理念的具体事例。