3.3生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)-人教版高二《生物》教學設計

第第頁第3章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)年級高二年級授課時間2課時課題第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)教材分析本節(jié)內容主要包括碳循環(huán)、生物富集及能量流動和物質循環(huán)的關系。課程標準與本節(jié)對應的“內容要求”是：分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質在生物群落與無機環(huán)境之間不斷循環(huán)的規(guī)律；舉例說明利用物質循環(huán)規(guī)律，人們能夠更加科學、有效的利用生態(tài)系統(tǒng)中資源；闡明某些有害物質會通過食物鏈不斷地富集的現(xiàn)象?！疤骄?實踐”是：探究土壤微生物的分解作用，目的是幫助學生更好地理解生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)中從有機物到無機物的過程。從結構與功能觀的角度來看，本節(jié)課是繼能量流動之后的生態(tài)系統(tǒng)的又一功能。本節(jié)課的內容與日常生活聯(lián)系比較緊密，教材通過日常生活情境引導對碳循環(huán)的探究，構建碳循環(huán)模型，進而概括物質循環(huán)的概念和特點，進而闡釋能量流動和物質循環(huán)的關系，然后通過案例分析引導學生運用物質循環(huán)原理解釋現(xiàn)象和解決問題，并進行實踐探究。案例分析有助于學生形成環(huán)保意識和社會責任意識；模型構建和實踐探究有助于學生的科學思維、科學探究素養(yǎng)的培養(yǎng)。教學目標1.概述生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)過程。2.通過分析生物富集的過程，說明生物富集的危害，認同應采取措施減少危害。3.說明能量流動和物質循環(huán)的關系。4.嘗試探究土壤微生物的分解作用。教學重、難點1．教學重點分析碳循環(huán)過程，概述生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)過程。2.教學難點（1）說明能量流動和物質循環(huán)的關系。（2）嘗試探究土壤微生物的分解作用。教學過程教學內容教師活動學生活動引入新課【創(chuàng)設情境】播放中華人民共和國環(huán)境部制作的《低碳生活綠建未來》的宣傳視頻，號召大家進行低碳生活。根據(jù)視頻，提出問題引發(fā)學生思考和討論：1.人類哪些活動增加CO2的排放？對自然環(huán)境有什么影響？。提示：比如浪費糧食、化石燃料的使用、一次性餐盒和筷子的使用、塑料袋的使用等，都會直接或者間接增加CO2的排放，這些活動會對環(huán)境造成污染，導致溫室氣體排放增加。2.號召全民低碳生活的意義是什么？提示：減少碳排放，保護環(huán)境。學生觀看視頻，了解《低碳生活綠建未來》的情況，思考并回答相應問題。新課教學一、生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)【任務1】分析碳循環(huán)的過程及特點資料1二氧化碳能溶于水，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。思考并討論以下問題：1.碳在非生物環(huán)境和生物體內分別以什么形式存在?提示：①在非生物環(huán)境中主要是CO2的形式②在生物群落中主要是有機物的形式2.碳是如何分別進出生產(chǎn)者、消費者、分解者各個環(huán)節(jié)(以什么形式、通過哪些生命活動、形成哪些產(chǎn)物等)？3.結合教材圖3－10，用關鍵詞、線段、箭頭等構建碳循環(huán)的過程。4.根據(jù)碳循環(huán)過程思考并回答下列問題。(1)流動形式提示：①生物群落與非生物環(huán)境間：CO2②生物群落內部：含碳有機物(2)進入生物群落的途徑：提示：生產(chǎn)者的光合作用、化能合成作用(3)碳在生物群落內傳遞的途徑：提示：食物鏈（網(wǎng)）(4)碳返回非生物環(huán)境的途徑：提示：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)碳循環(huán)的形式：二氧化碳5.以碳循環(huán)為例概括物質循環(huán)的特點。提示：物質循環(huán)具有全球性和循環(huán)往復運動的特點。6.化石燃料的過量使用對環(huán)境有什么影響？怎么緩解這種影響？提示：引起溫室效應【延伸】1、碳匯一般是指從空氣中清除二氧化碳的過程、活動、機制。2、碳中和觀看碳中和視頻，了解什么是碳中和?！靖拍顦嫿ā可鷳B(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)1、概念：組成生物體的C、H、O、N、P、S等基本元素，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?！靖拍罱庾x】2、范圍：生物圈，又叫生物地球化學循環(huán)物質：組成生物體的C、H、O、N、P、S等基本元素循環(huán)過程：非生物環(huán)境?生物群落特點：循環(huán)往復運動，全球性3、應用實例：種養(yǎng)結合-如稻田中養(yǎng)魚養(yǎng)鴨【核心歸納】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可判斷：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。學生根據(jù)資料1的相關信息，結合教材中的圖，思考并回答相關問題，分析生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的過程及特點，構建碳循環(huán)模型。觀看視頻，了解碳匯和碳中和根據(jù)碳循環(huán)，延伸到其它物質循環(huán)，通過比較、抽象與概括，進而構建生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)的概念。學生根據(jù)碳循環(huán)模型，將生態(tài)系統(tǒng)的成分與碳循環(huán)結合起來進行辨析?！玖曨}鞏固】1.如圖是自然界碳循環(huán)的簡圖。據(jù)圖分析，下列敘述錯誤的是A.甲為分解者，乙為消費者，丙為生產(chǎn)者B.①②③表示CO2通過甲、丙、乙的呼吸作用進入大氣中C.④主要表示大氣中CO2通過光合作用進入生物群落D.碳元素以無機物的形式在丙→乙→甲所示的渠道流動【答案】D解析：根據(jù)圖中信息可知，甲是分解者，乙是消費者，丙是生產(chǎn)者，A正確；①②③表示CO2通過甲、丙、乙的呼吸作用進入大氣中，B正確；④主要表示大氣中CO2通過光合作用進入生物群落，C正確；碳元素以有機物的形式在丙→乙→甲所示的渠道流動，D錯誤。2.(2022·陜西西安高二期末)如圖為碳循環(huán)的部分示意圖。下列敘述正確的是A.碳元素在②③④⑤⑥過程中以有機物的形式流動B.①中的碳元素含量是⑦⑧中的碳元素含量之和C.圖中生產(chǎn)者、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ可以構成3條食物鏈D.豆科植物根部的根瘤菌所需的有機碳來自⑥過程【答案】A解析：圖中Ⅰ為大氣中的CO2庫、Ⅱ為初級消費者、Ⅲ為次級消費者、Ⅳ為分解者，①表示生產(chǎn)者的光合作用，⑦表示微生物的分解作用，⑧表示生產(chǎn)者的呼吸作用，碳元素在①⑦⑧中是以CO2形式流動，在②③④⑤⑥過程中以有機物的形式流動，A正確；由于生產(chǎn)者固定的CO2有部分以有機物的形式儲存在生產(chǎn)者、消費者和分解者體內，故①中的碳元素含量大于⑦⑧中的碳元素含量之和，B錯誤；由于食物鏈中只有生產(chǎn)者和消費者，不含分解者，故C錯誤；豆科植物根部的根瘤菌所需的有機碳來自生產(chǎn)者光合作用合成的有機物，而不是生產(chǎn)者的殘枝落葉（⑥過程），D錯誤。完成相關習題，對知識點進行鞏固。運用所學知識，解決問題。二、能量流動和物質循環(huán)的關系【任務二】比較物質循環(huán)和能量流動，闡釋二者的區(qū)別和聯(lián)系1.請在碳循環(huán)過程模型上繪制能量流動過程。2.列表對比歸納能量流動和物質循環(huán)的關系學生閱讀教材，思考、討論并回答相關問題。學生結合教材P65頁相關內容，根據(jù)表格比較、總結能量流動和物質循環(huán)的關系，形成物質與能量觀?！玖曨}鞏固】3.分析如圖所示的生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質循環(huán)的關系簡圖，不能得到的結論是A.物質作為能量的載體，使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動B.能量作為動力，使物質能夠不斷地在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返C.能量①②③④的總和便是生產(chǎn)者所固定的太陽能總量D.碳在生物群落和非生物環(huán)境之間的循環(huán)主要是以CO2的形式進行的【答案】C解析：物質作為能量的載體，使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動，A正確；能量作為動力，使物質能夠不斷地在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返，B正確；生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者固定的太陽能總量，除了被生產(chǎn)者、消費者、分解者通過呼吸作用消耗外，還有部分儲存在生產(chǎn)者、消費者、分解者體內而未被利用，故C錯誤；碳在生物群落和非生物環(huán)境之間的循環(huán)主要是以CO2的形式進行的，D正確。4.下列有關生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)和能量流動的敘述，錯誤的是A.參與能量流動的總能量大小與生產(chǎn)者數(shù)量有關，與食物鏈長短無關B.處于最高營養(yǎng)級的生物所同化的能量不會再提供給其他生物C.農(nóng)民拔草或殺滅害蟲，雖然影響了食物鏈但可以調整能量流動關系D.食物鏈既是物質傳遞鏈又是能量傳遞鏈，物質與能量相互依存、不可分割【答案】B解析：參與能量流動的總能量大小與生產(chǎn)者數(shù)量有關，與食物鏈長短無關，A正確；處于最高營養(yǎng)級的生物所同化的能量不會再提供給其它營養(yǎng)級的生物了，但是其尸體殘骸中的能量會流向分解者，B錯誤；農(nóng)民拔草或殺滅害蟲，雖然影響了食物鏈但可以調整能量流動關系，C正確；食物鏈既是物質傳遞鏈又是能量傳遞鏈，物質與能量相互依存、不可分割，D正確。完成相關習題，對知識點進行鞏固。運用所學知識，解決問題。三、生物富集【情境導入】觀看視頻《科普中國-鉛》，了解鉛與人類生活的聯(lián)系，思考并回答：鉛與人類的哪些生活相關呢？提示：【實例分析】鉛的富集【概念構建】生物富集以鉛為例，分析生物富集現(xiàn)象，總結歸納生物富集概念。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，使其在機體內濃度超過環(huán)境濃度的現(xiàn)象。2、常見的生物富集物質3、發(fā)生生物富集的物質的特點4、生物富集的主要途徑：食物鏈與食物網(wǎng)5、生物富集現(xiàn)象的主要特點：①具有全球性②有害物質在生物體內的濃度會沿食物鏈不斷升高【任務三】分析生物富集現(xiàn)象及其成因1.如圖為不同采樣點中水、水底沉積物和中國血蛤體內的鉛濃度。據(jù)圖分析，寫出分析結果：________________________。提示：鉛在中國血蛤體內的濃度超過環(huán)境濃度2.對比碳循環(huán)，分析鉛在生物體內富集的原因。成因：。提示：鉛在生物體內形成難以降解的化合物，且不易排出3.如圖為水體和多種水生生物體內的鉛濃度示意圖。據(jù)圖分析，寫出分析結果：。提示：鉛在生物體內的濃度沿食物鏈不斷升高4.還有哪些有害物質也有與鉛類似的現(xiàn)象？提示：鎘、汞等重金屬，DDT、六六六等人工合成的有機化合物及一些放射性物質。5.生物富集對生物體有危害嗎？提示：有，而且富集的物質會沿著食物鏈積累，最終威脅食物鏈頂端的生物(包括人類)。6.生物富集現(xiàn)象也具有全球性嗎？說出理由。提示：有，富集的物質可通過大氣、水和生物遷移等途徑擴散，因此具有全球性。7.如何有效地減少生物富集現(xiàn)象？提示：合理利用資源，減少污染物排放，實施垃圾分類，種植能吸收有害重金屬元素的植物等。學生觀看視頻，了解鉛與人類生活的聯(lián)系，討論、分析鉛的富集實例學生通過鉛的富集分析，歸納總結生物富集概念，并對概念進行解讀。學生通過資料分析，總結生物富集現(xiàn)象及其成因，解答相關問題。習題鞏固1.(2023·浙江紹興高二期末)在煤燃燒、有色金屬冶煉過程中鉛會以微小顆粒被排放進入大氣，然后沉降在土壤和植物表面，而鉛進入植物和動物體內后將不易被排出。下列敘述錯誤的是A.鉛能沿食物鏈在生物體內聚集，營養(yǎng)級越高的生物體內鉛含量越高B.鉛隨大氣、水和生物遷移等途徑擴散，生態(tài)系統(tǒng)中鉛循環(huán)具有全球性C.鉛通過動植物呼吸作用、分解者分解作用和化石燃料燃燒等返回非生物環(huán)境D.減少化石燃料的燃燒、開發(fā)清潔能源是減少鉛的生物富集現(xiàn)象的有效措施【答案】C【詳解】鉛在生物體內形成穩(wěn)定的化合物，無法被代謝，因此不能通過動植物的呼吸作用返回非生物環(huán)境，故C錯，其它選項正確。2.某些人工合成的化合物如農(nóng)藥DDT、六六六等，進入環(huán)境后便參與生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)，但是，這些化合物難以被降解而在生物體內蓄積。下表是某水域生態(tài)系統(tǒng)在結構和功能處于相對穩(wěn)定狀態(tài)時，甲、乙、丙、丁四個種群所含有的總能量和殘留DDT的平均濃度。下列說法錯誤的是A.該生態(tài)系統(tǒng)的水體中DDT的濃度小于0.04ppmB.DDT在代謝中不易分解，具有生物富集作用C.丁種群個體死亡后釋放的DDT還可能再進入丁種群D.四個種群最簡單的能量流動渠道是形成一條食物鏈【答案】D【解析】根據(jù)表中各種群能量可以判斷，甲種群營養(yǎng)級最低，乙種群次之，丙、丁營養(yǎng)級最高，由于DDT從環(huán)境中進入生物體內后，無法被降解，能夠發(fā)生生物富集現(xiàn)象，故環(huán)境中的DDT濃度比甲中的含量低，A、B正確；人工合成的DDT進入環(huán)境后便參與生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)，根據(jù)物質循環(huán)的特點，丁種群個體死亡后釋放的DDT還可能再進入丁種群，故C正確；由于丙和丁的能量在同一個數(shù)量級，根據(jù)能量傳遞特點，他們在食物鏈中應處于同一營養(yǎng)級，故這四個種群最簡單的能量流動渠道是形成兩條食物鏈，D錯誤。完成相關習題，對知識點進行鞏固。運用所學知識，解決問題。四、探究土壤微生物的分解作用【實驗原理】(1)土壤中存在種類、數(shù)目繁多的細菌、真菌等微生物，它們在生態(tài)系統(tǒng)中的成分為分解者，將環(huán)境中的有機物分解為無機物，其分解速度與環(huán)境中的溫度、水分等生態(tài)因子相關?！颈尘百Y料】土壤中生活著肉眼看不見的細菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線菌，這些生物的數(shù)量是極其繁多的，例如一茶匙表層土就可能含有億萬個細菌。由于各地氣候與環(huán)境等因素不同，落葉在土壤中被分解的時間也是不同的，一般在溫暖、濕潤的環(huán)境中需要一至數(shù)月時間?！景咐弧孔⒁猓?、土壤進行處理，排除土壤微生物的作用，同時要盡可能避免土壤理化性質的改變。對土壤滅菌時不能加熱烘干，可將土壤用塑料袋包好，放在60℃恒溫箱中1小時滅菌。采集土壤微生物：帶有落葉的土壤中含有土壤微生物較多，好氧微生物主要生活于土壤表層?！景咐?.配置土壤浸出液學生閱讀教材，總結歸納相關實驗原理。學生根據(jù)提供的背景資料，分析并提出想要研究的問題，做出假設，然后依據(jù)實驗設計的原則設計實驗方案，并預期實驗結果，以培養(yǎng)實驗探究能力。習題鞏固3.某生物興趣小組以帶有落葉的表層土壤(深5cm左右)為實驗材料，研究土壤微生物在適宜溫度下的分解作用，對土壤處理情況如表所示。下列有關敘述不正確的是A.該實驗能探究不同土壤濕度條件下，土壤微生物對落葉的分解作用B.為了控制實驗中的無關變量，作為實驗材料的落葉也應進行滅菌處理C.若該實驗的自變量為土壤是否進行滅菌處理，實驗中的對照組是1組和3組D.預期結論是1、3組的落葉不被分解，2、4組中的落葉被不同程度地分解【答案】C【解析】從題中所給的土壤處理條件可知，本實驗的自變量有兩個：有無微生物和土壤濕度，該實驗能探究不同土壤濕度條件下，土壤微生物對落葉的分解作用，A正確；為了控制實驗中的無關變量，作為實驗材料的落葉也應進行滅菌處理，B正確；若該實驗的自變量為土壤是否進行滅菌處理，實驗中的對照組是2組和4組，C錯誤；預期結論是1、3組的落葉不被分解，因為沒有微生物，2、4組中的落葉被微生物不同程度地分解，D正確。4.一位同學要探究土壤微生物能否分解農(nóng)藥，并盡快得出實驗結論，用“敵草隆”(一種除草劑)進行實驗：取等量沙土分裝于相同的兩個容器中，a組高壓滅菌，b組不滅菌。下列有關敘述正確的是A.向a、b中噴入等量的“敵草隆”，再置于同一恒溫箱中培養(yǎng)相同時間B.檢測“敵草隆”的消失情況，預計a的“敵草隆”全部消失，b的基本不變C.只用沙土實驗效果比用幾種典型土壤混合后的好D.再增加c組作為對照，不噴入“敵草隆”，其他處理與a、b組相同【答案】A【解析】本實驗目的是探究微生物能否分解農(nóng)藥，自變量是微生物的有無，據(jù)題意，a組滅菌，b組不滅菌，然后向a和b中噴入等量的“敵草隆”，再置于同一恒溫箱中培養(yǎng)相同時間，檢測“敵草隆”的含量，預期a組因無微生物，“敵草隆”不被分解，b組因存在微生物而使“敵草隆”有一定程度的降解，甚至消失，本實驗不需要再增加對照組，故A正確，B和D錯誤；由于沙土中微生物種類比幾種典型土壤混合后的微生物種類少，故只用沙土實驗效果比混合土壤效果差，C錯誤。完成相關習題，對知識點進行鞏固。運用所學知識，解決問題。課堂小結本堂課你學到了哪些知識？畫出概念圖進行總結板書設計課后作業(yè)一、概念檢測1.能量流動和物質循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能。判斷下列相關表述是否正確。(1)物質循環(huán)發(fā)生在生物群落與非生物環(huán)境之間。（）(2)能量流動和物質循環(huán)是兩個相對獨立的過程。（）提示：√×2.在生態(tài)系統(tǒng)中，使二氧化碳進入生物群落的生物主要是（）A.細菌B.真菌C.動物D.綠色植物提示：D3.竹子中纖維素含量很高。大熊貓每天要吃大量竹子，但一般