高中生物同步备课系列【备教案】3.3 生态系统的物质循环-人教2019版选择性必修2

3.3生态系统的物质循环教案课题生态系统的物质循环单元3学科生物年级高二教材分析《生态系统的物质循环》是人教版（2019）选择性必修二第三章第3节的内容，这节包括碳循环、生物富集以及能量流动和物质循环的关系。前面两节已经学习了生态系统的结果以及生态系统的能量流动等相关知识，这一节将通过分析碳循环过程，建构概念模型，分析生态系统的物质循环。相较于这节中物质循环的过程及建构模型，说明能量流动和物质循环的关系相对较难分析，所以在实施教学的过程中，我们通过开展多种形式的学生活动来有意识培养学生主动参与课堂教学活动的意识。学习目标与核心素养1.通过分析碳循环过程，建构概念模型，概述生态系统的物质循环。（科学思维）2.通过分析比较生态系统物质循环和能量流动的过程，说明二者的关系，建立生命系统的物质与能量观。（生命观念）3.根据生态系统物质循环的规律，为科学有效地利用生态系统中的资源等提出有价值的建议和措施。（科学思维）4.尝试探究土壤微生物的分解作用。（科学探究）5.通过对案例的分析讨论，阐明生物富集的成因和危害，并提出科学的防治建议。（社会责任）重点分析碳循环的过程，概述生态系统的物质循环过程。难点说明物质循环与能量流动的关系；尝试探究土壤微生物的分解作用。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课课件展示教材中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？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？给同学们思考2分钟时间，学生进行讨论。问题答案提示：1.荒漠中缺乏水分，分解者的数量很少，因此死亡后的胡杨无法被快速分解。2.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。教师创设情境：假如你在操场上运动，呼出了CO2分子，想象一下，CO2离开你以后，会开始怎样的旅行？请同学们以小组为单位绘制图片——“碳先生的旅行”。引出本节内容。思考讨论学生绘图、展示、交流。引发学生学习兴趣，引出新课讲授新课一、碳循环展示氨基酸、葡萄糖、脱氧核苷酸、核糖核苷酸的结构式，引导学生得出结论：碳是构成生物体的重要元素之一，组成生物体的蛋白质、糖类、脂质和核酸等都是以碳链为基本骨架形成的。展示教材中的思考讨论：思考讨论：分析碳循环的过程二氧化碳能溶于水，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。【引导学生思考讨论】：（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（以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等）？（3）你如何看待人类活动对碳循环的影响？答案提示：1.碳在生物体内主要以有机物的形式存在；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.生产者：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式形成有机物进入生产者。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、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。1.碳循环过程【布置任务】：经过思考，用关键词、线段、箭头、方框等尝试构建碳在生物体和非生物环境之间的循环。引导学生在思考讨论的基础上，结合3-10，修改完善碳循环示意图。提示：碳在生态系统各成分之间的传递并不都是双向的，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他各成分间的传递均是单向的。【知识延伸】①“物质”在非生物环境与生物体内的相互转化是依靠生物体内的生化反应完成的。②物质循环中起决定作用的是生物群落。③参与非生物环境中的物质与生物体内生命物质相互转化的生理过程主要有光合作用、化能合成作用、呼吸作用。④生态系统的物质循环离不开能量流动。2.碳循环形式结合思考讨论和碳循环示意图，引导学生对碳循环形式进行归纳总结。（1）存在形式：①非生物环境中：CO2和碳酸盐②生物群落内部：含碳有机物（2）流动形式：①生物群落与非生物环境之间：CO2②生物群落内部：含碳有机物（3）进入生物群落的途径：①光合作用；②化能合成作用（4）返回非生物环境的方式①生产者、消费者的呼吸作用；②分解者的分解作用；③化石燃料的燃烧。（5）海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。3.温室效应组织学生阅读教材“与社会的联系（P63）”：化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放，加剧了温室效应，引起全球性的气候变化。引导学生概括温室效应的形成原因、危害和我国采取的措施。【师生共同总结】：（1）形成原因：化石燃料的开采和使用，大大增加了二氧化碳的排放，加剧了温室效应。（2）危害：引起全球性气候变化。（3）我国采取措施：减少二氧化碳排放和大力提倡植树种草，提高森林覆盖率。二、生态系统的物质循环的概念及特点1.物质循环的概念：（1）概念：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，这就是生态系统的物质循环。这里所说的生态系统指的是地球上最大的生态系统——生物圈，物质循环具有全球性，因此又叫生物地球化学循环。（2）图示：（3）对概念的理解①参与循环的物质是C、H、O、N、P、S等元素，而不是这些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等生物体所特有的物质。②物质循环是指组成生物体的基本元素在生物群落与非生物环境之间的往返运动，其中伴随着复杂的物质变化和能量转化，并不是单纯的物质移动。物质循环离不开能量的流动。③循环的范围：生物圈（全球）（4）形式：在生物群落与非生物环境间为无机物，在生物群落内为有机物。2.物质循环的特点：物质循环中所说的“生态系统”指的是地球上最大的生态系统——生物圈，因此又叫生物地球化学循环。①全球性：物质循环中所说的“生态系统”指的是地球上最大的生态系统——生物圈，因此又叫生物地球化学循环。②反复利用、循环流动：物质可以在非生物环境与生物群落之间反复利用、循环流动。例如，可采用种养结合的模式，在稻田中养鸭养鱼，动物的取食、消化能促进物质循环，它们排出的粪便中的氮、磷等可供水稻吸收利用。它们呼出的二氧化碳还可为水稻的光合作用补充原料。练一练：碳循环示意图中各组成成分的判断（1）图甲——先根据A、B之间为双向箭头且指向B的箭头最多可判断：B为大气中的二氧化碳库，A为生产者。再根据A、C的箭头都指向D判断：D为分解者，C为消费者。（2）图乙——根据A、C之间为双向箭头且指向C的箭头最多可判断：A是生产者，C是大气中的二氧化碳库。根据A、B、D的箭头都指向E可进一步判断：E是分解者，B是初级消费者，D是次级消费者。三、生物富集过渡：人类活动向环境中排放了很多有害物质，它们进入环境也会进行物质循环，那么，它们的循环过程和碳循环、氮循环的过程相同吗？介绍教材P63页有关“铅”的资料。引导学生归纳概括生物富集的概念、物质种类以及实例。1.概念：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。2.生物体吸收环境中物质的情况有三种（1）藻类植物、原生动物和多种微生物等，它们主要靠体表直接吸收；（2）高等植物，它们主要靠根系吸收；（3）大多数动物，它们主要靠吞食进行吸收。在上述的三种情况中，前两种属于直接从环境中摄取，后一种则需要通过食物链进行摄取。环境中的各种物质进入生物体后，立即参加到新陈代谢的各项活动中。其中一部分生命必需的物质参加到生物体的组成中，多余的以及非生命必需的物质则很快地分解掉并且排出体外，只有少部分不容易分解的物质如（DDT、铅、汞、镉等）会长期残留在生物体内。3.物质种类（1）重金属：如铅、镉、汞等。（2）人工合成的有机化合物：如DDT、六六六等。（3）某些放射性物质。4.发生生物富集的物质的特点①富集物质在环境和生物体中存在形式是比较稳定的；②富集物质必须是生物体能够吸收的且不易排出的；③富集物质在生物代谢过程中是不易被分解的。5.生物富集的主要途径：食物链、食物网。6.实例——铅的富集7.生物富集现象的特点：①具有全球性原因：导致生物富集的有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地②有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高四、能量流动和物质循环的关系【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与联系？【布置任务】：结合所学知识，分析能量流动与物质循环有什么联系和区别，进而进行归纳概括。1.区别：（1）物质循环具有全球性和循环性的特点。（2）能量流动是逐级递减的，是单方向不循环的。2.联系：（1）二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。（2）物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。【核心归纳】：能量流动和物质循环关系分析（1）能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中由光能→化学能→热能，而物质在循环过程中，由无机物（CO2）→有机物→无机物（CO2）。（2）能量流动的终点是热能散失到非生物环境中，不能循环利用。而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。五、探究土壤微生物的分解作用【探究实践】：探究土壤微生物的分解作用阅读教材，自主学习，了解实验原理，并对相关的案例进行分析归纳。1.实验原理（1）土壤中生活着细菌、真菌、放线菌等微生物，它们在生态系统中主要充当分解者。在不同的气候与环境条件下，落叶在土壤中被分解的时间不同。提出问题：土壤微生物具有分解作用吗？（2）提出问题：分解过程中物质发生怎样的变化？2.案例归纳提出问题：土壤微生物具有分解作用吗？分解过程中物质发生怎样的变化？土壤是微生物的天然培养基，大多数的土壤微生物是生态系统中的分解者，能够将土壤中的有机物分解为无机物。土壤微生物的分解能力受温度和土壤湿度影响较大，一般情况下温度与湿度越高，土壤微生物的分解能力越强；反之，则越弱。思考回答思考、讨论、回答。讨论、展示结构。拓展了解归纳总结。阅读教材，归纳概括。认真听讲，归纳概括。通过学生的自主、合作学习，教师的点拨，让学生学会学