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生态系统的物质循环教学设计
课题
生态系统的物质循环
单元
第3章第2节
学科
生物
年级
高二
学习目标
1.通过分析生态系统生产者、消费者、分解者的生命活动，建立碳循环的基本模型，概述生态系统物质循环过程。2.通过分析大气碳库的平衡与失衡，认同低碳生活理念，形成环保意识。3.通过分析铅循环的过程、特点及成因，说明某些对生物体健康有害物质具有生物富集、生物放大等方面的危害，认同应采取措施减少这些物质的危害。4.尝试探究土壤微生物的分解作用，在探究过程中，逐步增强对自然现象的好奇心和求知欲，同时，掌握科学探究的基本思路和方法，提高理论结合实践的能力。5.归纳总结能量流动和物质循环的关系。
重点
1.概述生态系统的物质循环过程。1.分析某些有害物质具有生物富集、生物放大的成因。3.探究土壤微生物的分解作用。4.总结能量流动和物质循环的关系。
难点
1.通过学习铅的例子，学生能认识到，不仅组成生物体的主要元素会参与生态系统的物质循环，一些对人体健康有害的元素或化合物也会参与生态系统的物质循环，丰富学生对物质循环的理解和认识。2.通过分析铅在生物群落内流动的特点，学生能区分生物富集和生物放大这两个现象，并能运用科学思维，如模型与建模、演绎与推理等，阐释两种现象的成因。3.形成生态意识，参与环境保护实践，主动向他人宣传关爱生命的观念和知识，崇尚健康文明的生活方式，成为健康中国的促进者和实践者。4.学会针对某一个自然现象进行科学探究的基本思路和方法，并且探究过程中能灵活运用所学理论知识，具体问题具体分析，灵活设计实验方案，提高理论结合实践的能力。5.结合物质循环和能量流动规律，结合我国国情，在具体案例中，分析人们能够更加科学、有效地利用生态系统中资源背后所蕴含的原理。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
提问学生生态系统的成分，引导学生找出各种成分之间的联系；复习能量流动沿着食物链传递的过程，指出能量不能单独存在必须依附于物质，引出生态系统物质循环。
回答思考
温故知新，引出生态系统的物质循环
讲授新课
问题探讨：教材61页胡杨能抗干旱、御风沙、耐盐碱，可顽强地在荒漠中生存繁衍。然而，受水资源短缺的影响，一些远离水源的胡杨也难逃死亡的厄运。这些死亡的胡杨虽历经烈日和荒漠的摧残，却依然傲立于大漠，其枝干往往呈现出千姿百态的奇特造型。讨论：1胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？
2.有研究表明，长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠，这是为什么？师生一起分析总结答案通过一些问题
1.在哪两者之间循环
2.这里的物质是什么？
3.这里的生态系统指的是什么？
4.物质循环有什么特点？得出物质循环的概念、范围和特点分析（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，请用关键词、线段、箭头、方框等表示其过程。教师引导学生关注碳元素在非生物环境和生物群落中的存在形式。根据生态系统不同组成成分生命活动的异同，分别从生产者、消费者、分解者入手，逐步绘制出含碳物质的转化途径，最后将不同途径关联到一起，构建出碳循环的基本模型。
讨论分析回答思考回答分析课本62页图3-10碳循环示意图各个箭头的含义
通过实际问题一处生态环境中的物质，再次引入正题引导学生分析碳循环的形式、范围
讲授新课
以天然渔场、温室效应为例，教师引导学生分析碳循环全球性的影响。
思考温室效应的后果，极地、高山冰川融化，海平面上升、旱涝不均、病虫害加剧。
从实际出发学会碳循环的影响
讲授新课
哪些活动会打破这种平衡？平衡被打破后会导致什么后果？
思考回答
①化石燃料的大量燃烧，增加了二氧化碳的排放量②森林、草原等植被被破坏，减少了二氧化碳的吸收量
开动大脑，联系实际
讲授新课
怎样缓解温室效应？
①减少化石燃料的燃烧②大力植树种草③开发新能源⑤提高秸秆还田，增加土壤储碳量。
与学生互动，增加学习兴趣
讲授新课
物质循环的重要一环：土壤中的微生物能分解有机物，从而能使存在于生物体中的物质很快再回到无机环境中，如问题讨论中荒漠中的胡杨林死亡后很难腐烂。此外，物质进入食物链，在消费者的作用下，物质循环加快，最终还能再回到无机环境中，那么，人类向环境中排放的物质一旦进入食物链，是不是也能很快地回到环境中呢？（1）参与富集的物质：重金属，如铅、镉、汞以及一些复杂的有机化合物如DDT、六六六等。（2）特征：化学性质稳定，不易分解，不易排出，易在动物体内积累。（3）富集途径：①通过大气沉降到土壤，植被表面，被植物吸收
②通过降雨进入土壤、水体，被动植物吸收而富集③通过生物的迁移运动而富集生物富集的概念：生物体从周围环境吸收、积累某种元素或难以降解的化合物，使其在机内内浓度超过环境浓度的现象。富集的特点：随食物链营养级升高而逐渐积累；具有全球性。
探究物质循环和能量流动的关系
学生理解概念，看图以案例分析富集循环规律看循环图理解二者之间的关系
引出生物富集现象、特点以及哪些物质会存在生物富集现象
讲授新课
探究土壤微生物的分解作用实验1
落叶是土壤微生物的作用下腐烂的吗？实验2
土壤微生物对淀粉是否有分解作用？
补充知识土壤微生物：细菌、丝状真菌、放线菌数量巨多作用：分解动植物遗体残骸，将其中的有机物分解为无机物，或者分泌胞外酶，将淀粉分解为还原糖。气温越高、湿度越大，微生物的种类和数量越多。（4）土壤微生物可以分泌酶将淀粉分解为还原糖，还原糖遇斐林试剂出现砖红色沉淀。
对实验组、对照组如何处理
培养学生动手能力、对实验的分析能力
课堂小结
1.小结本节课重要概念。2.总结本节课内容在本章内容中的位置，架构所学本章内容知识点之间的联系
说出小结内容
板书
一、碳循环二、生物富集（1）概念（2）特点
三、物质循环和能量流动的关系（1）概念（2）特点
四、探究土壤微生物的分解作用
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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3.3生态系统的物质循环
人教版2019
二年级上
知识回顾
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生态系统组成成分间的关系图解【默写】
知识回顾
本节聚焦
第3节
生态系统的物质循环
生态系统的物质循环过程是怎样的？
怎样理解生物富集的成因和危害？
物质循环与能量流动的关系是怎样的？
问题探讨
胡杨能抗干旱、御风沙、耐盐碱，可顽强地在荒漠中生存繁衍。然而，受水资源短缺的影响，一些远离水源的胡杨也难逃死亡的厄运。这些死亡的胡杨虽历经烈日和荒漠的摧残，却依然傲立于大漠，其枝干往往呈现出千姿百态的奇特造型。
讨论：1.胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？
荒漠中缺乏水分，分解者数量很少。
2.有研究表明，长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠，这是为什么？
荒漠中生产者的种类与数量很少，能制造的有机物总量就少；消费者与分解者也少，物质循环缓慢；土壤中可供分解者分解的动植物遗体等很少，且分解速度较慢，因此土壤中积累的营养物质很少；而且，胡杨还会从土壤中吸收营养物质。因此，长有胡杨的荒漠土壤比草原的更为贫瘠。
物质循环的概念、范围和特点
1、在哪两者之间进行循环？
生物
群落
无机
环境
2、这里的物质指的是什么？
组成生物的各种化学元素
3、这里的生态系统指的是什么？
范围：生物圈
4、物质循环有什么特点呢？
新知讲解
思考：在农田中大量使用的DDT杀虫剂，
为什么会在南极的企鹅体内检测到?
生物圈是地球上的最大的生态系统，生态系统中的物质循环带有全球性。
4、特点：
新知讲解
【思考.讨论】
分析碳循环的过程
二氧化碳能溶于水，因此能在大气和海洋、河流之间进行交换。因此，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，向大气排放了大量的二氧化碳。
讨论1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？
在非生物环境中主要以CO2的形式存在（还有碳酸盐）；
在生物体内主要以含碳有机物的形式存在；
一、碳循环
新知讲解
2、碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节（以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等）？
请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。
【思考.讨论】
分析碳循环的过程
二氧化碳能溶于水，因此能在大气和海洋、河流之间进行交换。因此，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，向大气排放了大量的二氧化碳。
一、碳循环
新知讲解
环境CO2
生产者
分解者
消费者
光合作用
捕食
呼吸作用
分解作用
新知讲解
光合作用和
呼吸作用
呼吸作用
摄食
微生物的分解作用
化能合成作用
无机环境
非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者
生物群落
大气中的CO2
粪便遗体
枯枝败叶
分解者
生产者
消费者
化石燃料
碳循环
燃烧作用
水圈中的CO2
新知讲解
讨论3.你如何看待人类活动对碳循环的影响？
P63页《与社会的联系》
化石燃料的燃烧
冰川融化
人类活动对煤和石油等资源的利用，会向大气中排放大量的二氧化碳，打破了生物圈中碳循环的平衡，加剧温室效应，引起全球性的气候变化；
但人类又大力开展植树造林、开发新能源、发展节能产业等，有利于降低大气中的二氧化碳浓度，维持生物圈的碳平衡。
新知讲解
与生活的联系——温室效应
1、温室气体：
CO2
2、CO2增多的主要原因：
短时间内化石燃料大量的燃烧
3、减缓温室效应的主要措施：
①减少化石燃料的燃烧，开发新能源
②增加植被面积（植树造林）
新知讲解
1.碳循环的形式：
2.碳在自然界中的存在形式：
3.碳在生物体内的存在形式：
4.碳进入生物群落的途径：
5.碳在生物群落内的传递途径：
6.碳进入大气的途径：
主要是CO2
（无机物）
；
CO2和碳酸盐
含碳有机物；
光合作用、化能合成作用
食物链（网）
①动植物的呼吸作用
②微生物的分解作用
③化石燃料的燃烧
1.碳循环的特点
新知讲解
2.碳循环的图解：
ABCD分别代表生产者、消费者、分解者和大气中的CO2中的一种
A
C
D
B
A生产者
B消费者
C分解者
D大气中的CO2
A
C
D
B
A大气中的CO2
B消费者
C分解者
D生产者
新知讲解
下面三幅图均为碳循环常见模型，请填出三幅图中生产者、大气CO2库、消费者及分解者
生产者：图1________、图2________、图3________
A
A
E
大气CO2库：图1________、图2________、图3________
分解者：图1________、图2________、图3________
消费者：图1________、图2________、图3________
B
C
A
D
E
C
C
B、D
F、D、B
2.碳循环的图解
课堂练习
（1）组成生物体的 等基本元素，都在不断进行着从
到
，又从
的循环过程。
非生物环境
C、H、O、N、P、S
范围：
物质：
循环过程：
特点：
生物圈，又叫生物地球化学循环
C、H、O、N、P、S等
非生物环境
生物群落
循环往复运动，全球性
生物群落
生物群落到非生物环境
(2)
3.
生态系统的物质循环
新知讲解
(3)应用实例：
种养结合-如稻田中养鱼养鸭
3.
生态系统的物质循环
新知讲解
1.“物质循环”中的物质指的是碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，而不是化合物或者单质；
2.“物质循环”中的循环发生在非生物环境与生物群落之间，在生物群落内部物质是沿食物链和食物网单向流动的；
3.物质循环的过程中起重要作用的生物：
生产者完成了物质和能量的输入；
分解者实现了物质和能量的输出；
消费者加快了物质循环；
课堂总结
例：如图为碳元素在生态系统中循环的模式图，图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分，箭头表示生理过程。下列相关叙述中，不正确的是(
)
B.甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多
C.碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递
D.碳元素可在非生物环境和生物群落之间反复利用
A
A.d过程代表光合作用，b过程代表呼吸作用
课堂练习
在自然状态下，植物光合作用的速率与生物的呼吸作用和分解者的分解作用速率大致相等，大气中的CO2
含量处于稳定状态。
在我们生活中，生态系统的碳循环平衡吗?如果不平衡的话，导致了什么结果？怎么造成的？有没有解决方法呢?
关注社会
温室效应的控制不只是某一个国家的事情，为此1997年12月11日联合国在日本东京有关温室气体的排放签署了《京都议定书》，这基于物质循环具有_________的特点。
下图是一幅1989年世界环境日主题的宣传画
全球性
关注社会
生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。
1.概念：
2.物质：
重金属：如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)
人工合成的有机物：如DDT、六六六
水
植物
小鱼
大鱼
鱼鹰
二、生物富集
新知讲解
随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象。
3.特点：
新知讲解
4.生物富集实例——铅的富集
煤和矿石中的铅
空气中的铅颗粒
土壤、水体中的铅
生产者、浮游动物
各级消费者
燃烧冶炼
降雨
吸收
捕食
积累
最高营养级含铅量最高
新知讲解
例：下面是甲、乙、丙、丁四个种群在一个达到生态平衡的环境中残留农药的DDT的平均浓度：
（1）这四个种群中属于生产者的是_________
（2）DDT在生物体内富集时，在能量流动的渠道中，_______越高，生物体内的DDT浓度越高。
（3）写出四个种群的能量流动渠道：_____________
甲
营养级
乙
甲
丙
丁
课堂练习
物质循环(以碳循环为例)
能量流动
项目
→
太阳能
形式
热能
→
化学能
→
无机物
有机物
同时进行、相互依存，不可分割
①能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解
②物质是能量沿食物链(网)流动的载体
③能量是物质在生态系统中往复循环的动力
联系
生物圈(全球性)
生态系统各营养级
范围
全球性、循环性
单向流动、逐级递减
特点
三、物质循环和能量流动的关系
新知讲解
物质循环(以碳循环为例)
能量流动
项目
图
示
三、物质循环和能量流动的关系
新知讲解
课堂练习
2．分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简图，不能得到的结论是( )
课堂练习
解析：生产者所固定的太阳能总量是指生产者总的同化量，①②③④的总和小于生产者所固定的太阳能总量。
A.物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动
B.能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返
C.能量①②③④的总和便是生产者所固定的太阳能总量
D.碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
答案：C
探究土壤微生物的分解作用
合作探究
土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，数量是极其繁多的，这些微生物属于分解者，可以将其他生物的遗体或粪便分解掉。
四、探究土微生物的分解作用
1．实验背景
合作探究
案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
对照组：土壤不做处理
实验组：土壤做处理，排除微生物的作用
实验结果：
落叶未腐烂
落叶腐烂
结论：土壤微生物对落叶有分解作用
合作探究
案例2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
1.配置土壤浸出液
一、实验原理
淀粉
碘液
变蓝
淀粉
葡萄糖
产生砖红色沉淀
分解
斐林试剂
加热
合作探究
案例2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
2.
淀粉糊
加入土壤浸出液
加入碘液
A
B
加入蒸馏水
A1
A2
B1
B2
加入碘液
加入斐林试剂
加入斐林试剂
实验结果
不变蓝
出现砖红色沉淀
变蓝
不出现砖红色沉淀
结论：土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
合作探究
第3节
生态系统的物质循环
一、碳循环
二、生物富集
（1）概念
（2）特点
三、物质循环和能量流动的关系
（1）概念
（2）特点
四、探究土壤微生物的分解作用
板书设计
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