【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。

【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，他们已经具备如下知识：

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。

【教学目标】

根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的相关要求，本节内容的教学目标制订如下：

1. 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。（生命观念、科学思维）

2. 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。（生命观念、科学思维）

3. 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。（科学探究）

4. 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。（科学思维、社会责任）

【教学重难点】

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

教学难点：1. 说明能量流动和物质循环的关系；

2. 尝试探究土壤微生物的分解作用。

【教学方法】

情境化教学、模型构建法、讨论法、合作探究法

【课时安排】2课时

【教学过程设计】

【课堂导入】

展示“问题探讨”中的新疆的胡杨林图片

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。

【设计意图】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？

【教学内容】

一、碳循环

以碳为例，分析碳循环的过程。

【任务一 完成思考·讨论 分析碳循环的过程】

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，结合课本P₆₂的图3-10，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？

【设计意图】设置这一任务并进行问题串的方式，引导学生基于既有知识体系，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？

展示氮循环、硫循环、水循环等的示意图。提出问题:

1.这些元素有什么特点？是以NO₂、H₂O的形式循环吗？

2.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：

1.什么条件下，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？

【设计意图】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。

过渡：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？

二、生物富集

展示“铅”的资料

【任务二 自主学习：阅读教材，思考以下问题】

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？

总结归纳：

（一）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，称作生物富集。

（二）常见物质：1.重金属（如汞、镉等）；

2. 放射性物质（如含¹³⁷Cs、²²⁶Ra等的物质）；

3. 一些人工合成的有机化合物（如DDT、六六六等）

（三）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。

（四）生物富集的主要途径：食物链、食物网

（五）生物富集现象的特点：

1. 具有全球性；

2. 有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高。

【设计意图】通过分析课本内容，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，让学生形成生态意识，参与环境保护，逐步参与绿色家庭、绿色学校的建立中。

过渡：物质循环和能量流动都是处于动态变化的，比较能量流动和物质循环的关系。请总结出两者之间的区别与联系

三、能量流动和物质循环的关系

【任务三 阅读教材 P83~P85 相关内容，完成物质循环与能量流动比较表格】

总结：能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，它们同时进行，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。

【设计意图】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。

过渡：土壤中的分解者在物质循环中的作用？

四、探究·实践 探究土壤微生物 的分解作用

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。

参考案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？

参考案例2：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

【设计意图】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。

提问：从本次实验中你能否得出：

1.胡杨为何死而不朽一千年的生物学原理？

2.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。

【设计意图】呼应导入新课时利用的情境。提问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。

【课堂小结】

【作业布置】

完成课后练习题

【板书设计】

【教学反思】

在本节内容的教学中，以探究活动和问题串贯穿整个课堂。对于教学重点“分析生态系统的物质循环”的突破，以碳循环为例，采用“图形分析、模型构建”对碳循环的过程进行学习。并引导学生自主学习、归纳概括，让学生亲历知识的形成过程，发展学生的科学思维。 对于教学难点“说明物质循环与能量流动的关系”教师采用了列表比较法，有助于发展学生的科学思维。