2022-2023学年人教版(2019)选择性必修二 3.3 生态系统的物质循环- 教案

高中生物选择性必修2第3章第3节《生态系统的物质循环》教学设计1教学设计的基本理念通过对课标与教材的解读与分析确立教学目标，根据新课程理念，本节课主要让学生主动参与学习、勤于探究，注重学生信息处理能力、分析和解决问题的能力，交流与合作的能力的培养。有利于学生主动建构知识、形成正确的生命观念。通过教师的引导、真实情境、问题导向、任务驱动，体现了"教为主导，学为主体"的思想。2教材分析本课内容位于人教版选择性必修2第三章第三节内容。学生已学习过呼吸作用和生态系统能量流动的内容，为本节课打下基础。本节内容包括建构生态系统的物质循环概念阐释能量流动和物质循环的关系，通过案例引导学生运用所学的物质循环原理解释现象和解决问题。本节内容属于生态系统的功能，可以加强学生对“结构与功能观”的理解，意识到“生命体各结构协调统一共同完成复杂生命活动”最终能够构建“稳态与平衡观”。同时对学生回顾能量流动内容与承接生态系统的稳定性有着重要的作用，承上启下，是学生整体理解“生态系统的稳定性”的关键一环。3学情分析授课对象为高二学生，他们已经具备一定的与神经调节和体液调节相关的生活经验，具有一定推理能力和对比能力以及分析能力，且对于现象后的本质有一定的好奇心与探索意识。在之前的学习中，他们已经具备：①物质是循环的，学生在高一学习的“呼吸作用”中二氧化碳的循环，并有益于理解。②地理学科中对于温室效应的分析，以及联系生活有助于于生态系统的碳循环学习。而生态系统成分之间的关系图可以转化为“碳循环”模式图，有利于学生理解。③本节的内容有助于于生命观念的建构，生物学科思维方法的形成，生物学科能力的培养都具有重要作用。4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，制订如下教学目标:生命观念：了解生态系统的功能物质循环途径，以胡杨树林为例，构建生态系统的物质循环概念，阐释能量流动和物质循环的关系。进一步培养结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观。科学思维：通过概括能量流动和物质循环的关系，分析在维持生态系统的稳定性中的价值，并运用所学知识解决问题。科学探究：通过对案例的分析与讨论，理解物质循环过程，并能解决实际问题。社会责任：能够运用人体稳态与平衡观，结合物质循环的过程，关注人与自然和谐相处的意义，提出改进农业生产方式的新思路。5教学重点难点重点：通过胡杨林生态系统的分析，构建生态系统物质循环概念。难点：通过物质循环原理解释现象和解决问题。6教学方法教法创设新疆本土生态情境、生活情境、科研情境进行教学。本课将贴近本土学生的情境问题贯穿始终，引导学生主动构建生态系统物质循环概念。学法通过小组分析、讨论，以学生为主体，形成“自主、合作、探究”的学习模式。7教学流程图第一课时：新课导入——碳循环的过程——物质循环的定义——物质循环的特点——能量流动与物质循环的关系第二课时：探究土壤微生物的分解作用——探究土壤中微生物对淀粉的分解作用——什么物质起作用？——在胡杨林中的应用——微生物对物质循环的意义——生物富集的实例——生物富集的概念8教学过程第一课时：教师主导活动学生主体活动设计意图新课导入：展示新疆的胡杨林纪录片，教师说明：自古就有：“胡杨树生而不倒，生而不死一千年，死而不倒一千年，倒而不朽一千年”的神奇传说。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？提示：荒漠中缺水，分解者数量少，所以不能快速分解胡杨。胡杨树中的物质难以回归到环境中。学生思考并讨论问题。通过新疆本土资源的拓展吸引学生的注意力，利用情境引发学生思考和兴趣。引导学生建立和发展进行科学探究的意识和能力。过渡：之前课程中我们学习了生态系统中的能量是单向传递、逐级递减的。即能量并不能重复利用，生态系统需要保持稳定、不断运转，就要不断有能量输入，对于生物圈来说，源源不断的太阳能为它提供了能量，但生物圈中的物质却只能来自地球，生物圈这个最大的生态系统运转亿万年来其中的物质并没有匮乏，这是为什么呢？教师主导活动学生主体活动设计意图教师：是的，物质可以循环。以碳为例，物质循环是如何进行的？以问题串的形式提问：1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？2.碳是如何以什么形式、通过哪种生命活动在生物群落（生产者、消费者、分解者）之间传递的？最终形成哪些产物呢？3.碳元素主要以什么途径从非生物环境进入生物群落的？以什么途径从生物群落进入无机环境的？引导学生思考并归纳总结：碳在生物群落与非生物环境间主要以二氧化碳的形式进行的，由于二氧化碳能够随着大气环流在全球范围内，因此碳循环具有全球性。在生物群落内以含碳有机物的形式进行。碳进入生物群落的途径是生产者的光合作用和化能合成作用。碳返回非生物环境的途径是生产者、消费者的呼吸作用，分解者的分解作用，化石燃料的燃烧。此外海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。引导学生在思考讨论的基础上，结合下图,完成碳循环示意图。4.用关键词、线段、箭头、方框等表示碳在生物体和非生物环境之间循环的过程。留出时间，让学生思考作答。展示碳循环示意图5:提出问题：(1)分别说出图中的甲、乙、丙代表的是生态系统中的什么成分？①、②、③表示过程是什么？(2)大气中CO2进入生物群落的主要途径是哪种？(图中代号)(3)碳元素在甲、乙、丙之间以什么形式流动？学生单独回答，通常会从结构与功能角度进行对比，或直接从书中寻找答案。通过讨论，进行碳在生物体和非生物环境之间循环的过程的模式图构建。设置这一任务，通过学生的既有知识体系，对两者进行比较。通过这一任务，促进学生对概念图的构建。通过建构模型，让学生理解生态系统中各组分在碳循环中所起的作用。过渡：是所有物质都如此循环吗？我们通过几种元素来探究体温变化的原因。教师主导活动学生主体活动设计意图展示氮循环、硫循环、水循环等的示意图。提出问题:这些元素有什么特点？是以NO2、H2O的形式循环吗？不同元素循环有什么共同特点?提示学生通过比较、概括形成物质循环的概念。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。引导学生分析物质循环的特点。生态系统的物质循环具有全球性，在生物圈中循环往复。例如，二氧化碳能够随着大气环流在全球流动。提出问题：什么条件下，生物圈中的碳循环可保持基本平衡？如果这种平衡被打破会有什么样的后果？学生通过阅读教材，分析得出：这些元素均是非生物环境与生物群落中共同具有的元素，均以元素形式进行循环；它们不断从非生物环境进人生物群落中，又从生物群落回到非生物环境中。学生通过阅读教材，分析材料获取“物质循环的概念及特点”。学生通过对碳循环的认识为基础，材料图解为辅助，强化对生态系统红物质循环的整体认知，有利于自主构建“生态系统中物质循环”的概念模型。教师复习能量流动的关系，学生在碳循环的模式图中添加绘制能量流动的过程。教师在小组展示后点评，并总结两者同时进行，彼此相互依存，不可分割，但各自又有不同的特点。能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。PPT展示：能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程。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。生态系统中的各种组成成分，正是通过能量流动和物质循环，才能够紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。阅读教材第65页内容，列表比较能量流动和物质循环的关系。学生以小组为单位讨论并在碳循环的模式图中以不同颜色画笔添加绘制能量流动的过程。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。进行小组讨论，小组展示成果，进行自评，互评。学生通过教材第65页内容，列表比较、总结能量流动和物质循环的关系。学生通过讨论、绘制模式图、阅读列表对比的方式，总结出能量流动与物质循环的关系，有利于模型的构建、转化文字信息能力、科学思维能力的提升；教师总结物质循环的概念、特点、物质循环与能量流动的关系。第二课时：教师主导活动学生主体活动设计意图回顾第一课时内容，引出分解者在物质循环过程中的重要作用。PPT展示：背景资料：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，这些生物的数量是极其繁多的，例如一茶匙表层土就可能含有亿万个细菌。由于各地气候与环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也是不同的。1.实验原理：土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，它们在生态系统中的成分为分解者。分解速度主要与环境温度和湿度有关。案例一：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？请不同小组展示自己的实验结果。结果显示，在湿润的环境中树叶分解情况最好。学生以组为单位阐述在不同条件下落叶的分解状况，实验组土壤经过消毒处理，对照组环境分别为甲：每天喷水、乙：不喷水，温度均为35℃。利用实验情境引发学生思考和兴趣。教材中实验步骤稍加改进，学生接受不存在困难，在逐步实验过程中引导学生建立和发展进行科学探究的意识和能力。探究土壤微生物对淀粉的分解作用实验原理淀粉+碘液→变蓝淀粉分解为葡萄糖+斐林试剂→产生砖红色沉淀PPT展示过程：配置土壤浸出液→AB组烧杯中加入淀粉液分别加入土壤浸出液、等量蒸馏水→分别取两份样加入碘液与斐林试剂，斐林试剂加热，观察结果。实验结果：实验证明土壤中的微生物能分解淀粉教师提问：从本次实验中你能否得出：胡杨为何死而不朽一千年的生物学原理？如果现在需要解决长有胡杨林的荒漠少有其他植物这种现象，你会从什么角度出发？烧掉的方法可行吗？学生回答后，总结：1.缺少适应干旱、高温的分解者。2.此处物质大多无法回归非生物环境，虽然物质循环具有全球性的特点，但此处外来的物质较少。如果一烧了事，长此以往会如同对森林的乱砍乱伐一样打破碳循环平衡，造成温室效应。可以从筛选适应环境的微生物角度进行解决。学生经过讨论回答，互相补充与评价。利用本土真实情境引发学生思考和兴趣。前后呼应第一课时内容。在逐步问答的过程中中引导学生建立和发展进行科学探究的意识和能力，也让学生关心温室效应的解决途径。教师提问：在此过程中，分解者通过什么作用完成了元素从生物群落回归至非生物环境？土壤中的微生物能够分解有机物，这是物质循环过程中重要的一环。生态系统中的消费者能够加快物质循环的循环过程。那么，是不是所有的物质都能较快的通过食物链回归非生物环境呢？让学生快速阅读教材，并在课件中展示“铅”的资料，并提出问题让学生们思考讨论：1.哪些有害物质也具备与铅类似的现象？2.这种现象被称作生物富集，生物富集的定义是什么？3.结合教材第64页图3-11分析，生物富集的危害是什么？4.生物富集现象也有全球性吗？5.如何有效地减少生物富集现象？学生回答呼吸作用/分解作用。同时回顾碳循环的模式图。学生以组为单位思考与讨论，进行回答。通过分析文字信息，提高学生对信息处理能力，注重对学生的引导，培养学生的探究能力，最终完成对知识的主动建构，并尝试完成对知识的应用。教师通过生物富集现象的讲解