资源简介 中小学教育资源及组卷应用平台课题名称 3.3 生态系统的物质循环(2课时) 课堂类型: 新课 □复习课 □习题课 □实验课 □试卷讲评课 □其他:学习者 分析 本节课的授课对象为高二(6)班学生,本节内容属于生态系统的三大功能之一的学习,物质循环以碳循环为主要线索进行讲解,结合学生的生活经验进行授课效果应该会不错,加上学生在初中阶段已经学习过DDT的生物现象,因此本节课不需花太多篇幅在此处。由于碳循环涉及到碳中和碳平衡等社会热点问题,教师注意引导学生关注生态问题,突出我国的生态建设成就,渗透爱国主义教育。教学目标 通过分析碳循环的过程,构建概念模型,概述生态系统的物质循环; 通过分析比较生态系统物质循环和能量流动的过程,说明两者的关系; 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; 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。教学重点 分析碳循环的过程,概述生态系统的物质循环过程 落实教学重点的方法: 问题驱动、板书分析、习题练习教学难点 说明能量流动和物质循环的关系; 尝试探究土壤微生物的分解作用。 突破教学难点的方法: 列表总结、视频展示教学资源 选择 教师用书、教材、题单、天天练 技术手段的使用: 电子白板、板书、多媒体课时: 2课时核心问题 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?教学过程设计问题情境 教学活动设计 (学习活动设计) 设计意图回顾旧知,导入新课 能量的流动是以什么形式在进行?换句话说上一营养级的能量是如何传入到下一营养级的?——捕食获取有机物。由此可知,能量的流动过程是需要借助物质作为载体才能进行的。今天我们一起来学习生态系统中物质的利用情况。 为什么维持生态系统所需大量物质,例如氧、水、氮、碳和许多其他物质,亿万年来却没有被生命活动所消耗完?由此可看这些元素在生态系统中是不断循环的,我们把这种现象称之为物质循环。 我们先以其中的碳元素为例进行学习。想一想,你每天都在呼出大量二氧化碳,呼出去的二氧化碳去哪里了呢?——进入周围植物的叶肉细胞中进行光合作用,也有可能随着大气环流飘向其他国家;再想一下,你呼出的二氧化碳的氧元素和碳元素又是怎样进入你的体内的呢?由此可看出,这两种元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。 回顾旧知,导入新课问题情境 教学活动设计 (学习活动设计) 设计意图生态系统中的物质循环过程是怎样的? 研究发现: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。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,向大气排放了大量的二氧化碳。 根据这则资料,我们可以知道: 1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在?——CO2和碳酸盐、含碳有机物 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)?——通过光合作用进入生产者,生产者被消费者捕食进入其中,生产者和消费者的遗体残骸中的碳元素会流向分解者,生产者、消费者和分解者又都可以通过呼吸作用把有机物中的碳转化成二氧化碳返还到无机环境中去。 由此可看出,碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的。碳循环更加全面的过程我们以图3-10进行分析。 碳在非生物环境存在主要形式和进入群落的途径 ——二氧化碳、碳酸盐;光合作用(主)、化能合成作用 碳在群落内部进行传递的渠道与形式?_食物链(网) ;含碳有机物 碳从哪些途径从生物群落返回非生物环境?——⑴生产者和消费者的呼吸作用;⑵分解者的分解作用;⑶化石燃料的燃烧 碳循环失调:温室效应。——(1)形成原因:化石燃料的大量燃烧,导致大气中的CO2含量迅速增加,打破了生物圈中碳循环的平衡。(2)影响:使气温升高,加快极地和高山冰川的融化,导致海平面上升,进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁;(3)解决思路:①减少二氧化碳排放: 开发新能源,减少化石燃料燃烧;②增加二氧化碳的吸收和固定量: 大力植树种草,提高森林覆盖率;③提高秸秆还田率,提高土壤储碳量。 从该过程中我们可以发现,人类活动对于碳循环有一定的影响,你如何看待人类活动对碳循环的影响? ——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。 我们也可以从生活中为低碳行动做出一些贡献,关于全球气候变暖,《巴黎协定》为2020年后全球应对气候变化行动作出安排。其长期目标是将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内,并努力将温度上升幅度限制在1.5摄氏度以内。 习总书记也对其有重要指示。教师播放视频:习近平总书记2021年4月22日以视频方式出席领导人气候峰会。 近两年比较热门的社会关键词:碳中和和碳达峰。 碳循环在考试中出现的频率也比较高,常常以不一样的模式图出现,我们简单概括一下: (1)先看双箭头:双箭头代表生产者、大气中的CO2库。其他所有成分都指向B的为大气中的CO2库。 (2)除了B之外,有最多被指向箭头的为分解者,即D为分解者。 生态系统中除了有碳循环,还有氮循环。 我们把组成生物体的C、H、O、N、P、S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称为生态系统的物质循环。这里的生态系统指的是地球上最大的生态系统——生物圈,如果是一个池塘等这样的小型生态系统是不满足物质循环的构成条件的。因此物质循环具有全球性,物质循环又叫做生物地球化学循环。 因此物质循环的特点具有全球性和循环往复运动。 概念中需要特别注意的还有: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。 物质循环的两个特点对于改进农业生产方式有很多方面的启示。比如稻田养鸭,①动物的取食、消化能促进物质循环;②动物粪便被分解者分解后可供植物吸收利用;③动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料。 结合该内容,我们可以解决问题探讨中的两个问题。 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,因此死亡后的胡杨无法被快速分解。 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。 问题驱动,将问题拆分引导学生逐步掌握碳循环的过程。 结合刚刚的问题,学生结合所学知识构建并完善碳循环模型。 拓展碳平衡、碳中和相关知识点。 通过练习及时巩固加深。 通过比较,抽象与概括形成物质循环的概念,引导学生分析物质循环的特点。问题情境 教学活动设计 (学习活动设计) 设计意图怎样理解生物富集的成因和危害? 结合刚刚的碳循环,我们知道分解者将有机物分解成无机物是物质循环过程中的重要一环;生态系统中的消费者也可以加快物质循环的速度。我们知道物质循环指的是这些元素在生物群落与非生物环境之间循环,而在生物群落内部,物质是沿着食物链进行单向流动的。那是不是所有物质都能较快地通过食物链回归非生物环境呢? 我们都知道生物富集这个名词,指的是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。比如①重金属:如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等;②人工合成的有机化合物:如DDT、六六六等。这些有害物质进入环境就会参与到物质循环的过程中,但是他们的循环和碳元素、氮元素等的循环不太一样。 刚刚举的例子都是有毒物质,比如铅是一种毒性很强的化学元素。我们以铅为例看一下其富集的过程: 3.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; 4.生物富集的主要途径:食物链、食物网 由于生物富集扩散途径:大气、水、生物迁移等途径扩散到世界各地,因此生物富集也具有全球性。②有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集,最终积累在食物链的顶端(即随营养级升高,浓度逐级递增,呈现生物放大现象)。 运用所学知识,通过比较、分析、概括等方法对生物学问题进行解释。 形成生态意识,参与环境保护实践。问题情境 教学活动设计 (学习活动设计) 设计意图物质循环与能量流动的关系是怎样的? 我们学习的能量流动和物质循环都是生态系统的主要功能,这两者常常是同时进行的,彼此相互依存,不可分割。 列表比较能量流动和物质循环的关系,引导学生对该部分内容的理解。问题情境 教学活动设计 (学习活动设计) 设计意图探究土壤微生物的分解作用? 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2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用 1.假设:土壤中的微生物对淀粉具有分解作用。 2.实验材料:土壤浸出液 3.实验设计 实验组:土壤浸出液+淀粉 对照组:蒸馏水+淀粉 20℃放置7天后,取实验组和对照组的溶液分装到不同试管,分别加入斐林试剂和碘液,进行观察。 引导学生设计并分析实验。小结(共41张PPT)复习提问:1、地球上最大的生态系统是什么?3、生态系统的能量源头是什么?4、输入生态系统的总能量指的是什么?5、能量流动的渠道是什么?6、能量流动有什么特点?2、生态系统的组成成分?7、能量的传递效率是?如何计算?8、能量流动指的什么?地球(生物圈)生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量太阳能光合作用固定的全部太阳能食物链和食物网单向流动;逐级递减下一营养级同化量上一营养级同化量×100%生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。粪便量摄入量用于生长发育、繁殖呼吸作用以热能的形式散失同化量流向分解者进入下一营养级未利用第3章 生态系统及其稳定性第3节 生态系统的物质循环思考·讨论 分析碳循环的过程?1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在?CO2和碳酸盐含碳有机物二氧化碳能溶于水,因此能在大气和海洋、河流之间进行交换。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,向大气排放了大量的二氧化碳。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)?一. 碳循环构建碳循环模型一遗体和排出物摄食燃烧生产者消费者分解者化石燃料呼吸作用呼吸作用光合作用大气中的CO2库分解作用非生物环境生物群落水圈中的CO2库一. 碳循环大气中的CO2库生产者光合作用呼吸作用分解作用呼吸作用燃烧食物链和食物网消费者捕食化石燃料遗体残骸遗体残骸分解者遗体遗体水圈中的CO2库构建碳循环模型二一、碳循环1、碳在非生物环境存在主要形式和进入生物群落的途径 2、碳在生物群落内部进行传递的渠道与形式?3、碳从哪些途径从生物群落返回非生物环境?二氧化碳、碳酸盐光合作用(主)、化能合成作用食物链(网)⑴生产者和消费者的呼吸作用⑶化石燃料的燃烧⑵分解者的分解作用(实质是呼吸作用)含碳有机物一、碳循环4.碳循环失调:温室效应化石燃料的大量燃烧,导致大气中的CO2含量迅速增加,打破了生物圈中碳循环的平衡。(1)形成原因:(3)解决思路:①减少二氧化碳排放: 开发新能源,减少化石燃料燃烧使气温升高,加快极地和高山冰川的融化,导致海平面上升,进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁(2)影响:②增加二氧化碳的吸收和固定量: 大力植树种草,提高森林覆盖率③提高秸秆还田率,提高土壤储碳量5.你如何看待人类活动对碳循环的影响?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。一、碳循环与生活的联系关水电、节约纸点适量、不浪费乘公交、少开车戒奢侈、捐旧衣重隔热、简装修低碳生活2016年4月22日,170多个国家领导人齐聚纽约联合国总部,将共同签署气候变化问题《巴黎协定》 ,承诺将全球气温升高幅度控制在2℃的范围之内。 国务院副总理张高丽作为习近平主席特使出席签署仪式,并代表中国签署《巴黎协定》。《巴黎协定》为2020年后全球应对气候变化行动作出安排。其长期目标是将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内,并努力将温度上升幅度限制在1.5摄氏度以内。关注全球气候变化Focus on global climate change1关注全球气候变化Focus on global climate change1碳循环示意图中各组成成分的判断方法方法技巧(1)首先判断双箭头的两端是生产者和大气中的CO2库,其他所有成分都指向B的为大气中的CO2库。(2)除大气中的CO2库(B)外,其余各成分都指向的为分解者(D),分解者则只指向大气中的CO2库(B),其余成分为消费者(C)。(2)碳循环模型图模型1E为生产者;F、D、B都为消费者;C为分解者;A为大气中的CO2库。A为生产者;B为消费者;C为分解者;D为大气中的CO2库模型2模型3A为生产者;C为消费者;B为分解者;D为大气中的CO2库氮循环二、生态系统的物质循环组成生物体的C、H、O、N、P、S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。1.概念2.范围生物圈3.特点具有全球性和循环往复运动的特点注意: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。二、生态系统的物质循环①动物的取食、消化能促进物质循环;稻田养鸭,你能从物质循环角度说说它的好处吗?③动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料②动物粪便被分解者分解后可供植物吸收利用,二、生态系统的物质循环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,因此死亡后的胡杨无法被快速分解。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。02生物富集三、生物富集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.常见存在生物富集现象的污染物①重金属:如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等②人工合成的有机化合物:如DDT、六六六等5.生物富集实例——铅的富集铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高煤燃烧、有色金属冶炼铅被排放进入大气沉降在土壤和植被表面进入土壤进入水体植物根吸收叶片摄入铅水生植物、浮游动物直接吸收铅,动物饮用含铅的水,直接摄入铅铅进入体内形成多种比较稳定的铅的化合物,分布于生物体的多种组织细胞中,导致铅不易被排出,积蓄在体内含铅生物被更高营养级动物食用,沿食物链聚集最终积累在食物链的顶端三、生物富集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.常见存在生物富集现象的污染物①重金属:如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等②人工合成的有机化合物:如DDT、六六六等3.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;4.生物富集的主要途径:食物链、食物网6.生物富集现象的特点扩散途径:1.大气2.水3.生物迁移特点①:全球性思考: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 三、生物富集②:有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集,最终积累在食物链的顶端(即随营养级升高,浓度逐级递增,呈现生物放大现象)鱼鹰(2.5×10-5)大鱼(2×10-6)小鱼(5×10-7)植物(4×10-8)水(3×10-12)有害物质在生物体内的浓度03能量流动和物质循环的关系四、能量流动和物质循环的关系能量流动 物质循环范围形式特点过程联系 生物群落(各营养级之间)生物圈主要以有机物中的化学能的形式单向流动、逐级递减全球性、循环往复运动沿食物链、食物网单向流动在生物群落和非生物环境之间循环往返①同时进行,相互依存,不可分割②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;③物质是能量沿食物链(网)流动的载体;④能量是物质循环的动力。光能→化学能→热能化学元素(无机物→有机物→无机物)探究土壤微生物的分解作用实验原理探究·实践土壤中存在种类、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1:落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗?提出问题实验假设实验设计 自变量实验组对照组实验现象结论分析落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗?落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂土壤中是否含微生物对土壤高温60℃处理1h(灭菌)对土壤不做任何处理(自然状态)相同时间内对照组落叶腐烂,实验组不腐烂土壤微生物对落叶有分解作用1.假设:土壤中的微生物对淀粉具有分解作用。2.实验材料:土壤浸出液案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用3.实验设计对照组:实验组:20℃放置7天后,取实验组和对照组的溶液分装到不同试管,分别加入斐林试剂和碘液,进行观察。蒸馏水+淀粉土壤浸出液+淀粉案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用淀粉糊加入土壤浸出液加入碘液AB加入蒸馏水A1A2B1B2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室温(20℃)环境放置7d后案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用实验结论:土壤中的微生物对淀粉具有分解作用。CO2CO2和碳酸盐等含碳有机物食物链(网)(2)碳在无机环境中的存在形式:(3)碳在生物群落内部的存在形式:(4)碳在生物群落内部传递渠道:(1)碳在无机环境与生物群落之间循环的形式:小结:碳出入生物群落的途径碳进入生物群落碳流出生物群落绿色植物的光合作用动植物的呼吸作用分解者的分解作用化石燃料的燃烧少数细菌的化能合成作用无机环境(CO2)光合作用,化能合成作用呼吸作用,微生物分解作用生物群落(有机物)1.能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。判断下列相关表述是否正确。(1)物质循环发生在生物群落与非生物环境之间。 ( )(2)能量流动和物质循环是两个相对独立的过程。 ( )练习与应用一、概念检测×√2.竹子中纤维素含量很高。大熊猫每天要吃大量竹子,但一般只能利用其中一小部分纤维素。研究表明,大熊猫的基因组缺少编码纤维素酶的基因,但是肠道中有多种纤维素分解菌。(1)大熊猫与它肠道内某种纤维素分解菌的种间关系为( )A.捕食 B.寄生 C.互利共生 D.原始合作C练习与应用(2)下列叙述不合理的是( )A.大熊猫是初级消费者,属于第二营养级B.大熊猫未消化的纤维素会被分解者利用循环C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质D.能量流动方向是竹子→大熊猫一纤维素分解菌D3.在生态系统中,使二氧化碳进入生物群落的生物主要是( )A.细菌 B.真菌 C.动物 D.绿色植物D练习与应用2.同碳元素一样,氮在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的。为什么还要往农田中不断地施加氮肥呢 农田是人工生态系统,是以提高农作物的产量,使能量更多地流向人类,满足人类需要为目的的。农田土壤中氮的含量往往不足以使作物高产,加之农产品源源不断地自农田生态系统输出,其中的氮元素并不能都归还土壤,所以需要施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。1.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统 为什么 是。生物圈是指地球上所有生物与其非生物环境的总和,它们通过物质循环构成一个物质上自给自足的系统。二、拓展应用练习与应用3.下表为生活在某库区水域中层的几种鱼体内重金属的含量(单位: ng.g-1)。请据表推测这几种鱼中,草食性的鱼是______,杂食性的鱼是_______,肉食性的鱼是_______为什么 鱼的种类 A B C D EHg 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0Pb 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8Cd 8.8 14.1 10.3 21.9 41.6D和EAB和C这三种重金属(Hg、Pb、Cd)会富集在鱼体内,并沿食物链逐渐在鱼体内聚集,营养级越高,它们的相对含量越高。A鱼体内三种重金属的含量都是最低的,因此A为草食性,鱼B和C鱼体内,三种重金属的含量都高于A,但低于D和E,因此B和C可能是杂食性鱼;D和E鱼体内,三种重金属的含量都远高于A、B和C,因此D和E可能是肉食性鱼。六网络构建Thanks!21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源网站有大量高质量资料?一线教师?一线教研员?欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!!详情请看:https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 展开更多...... 收起↑ 资源列表 3.3 生态系统的物质循环 教案(2课时).docx 3.3 生态系统的物质循环(2课时).pptx