“生态系统的物质循环”一节的教学设计

第7课时 生态系统的物质循环、信息传递 课标要求 1.分析生态系统中的物质在生物群落与非生物环境之间不断循环的规律。2.举例说明利用物质循环，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。3.阐明某些有害物质会通过食物链不断地富集的现象。4.举例说出生态系统中物理、化学和行为信息的传递对生命活动的正常进行、生物种群的繁衍和种间关系的调节起着重要作用。

考点一 生态系统的物质循环

1．物质循环

(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。

(2)特点：全球性、反复利用、循环流动。

(3)与能量流动的关系：二者同时进行，相互依存，不可分割。

(4)意义：使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。

2．碳循环

(1)循环形式：在生物群落与非生物环境之间主要以CO2的形式循环。

(2)过程图解

归纳总结 (1)碳的存在形式与循环形式

①在生物群落和非生物环境间：主要以二氧化碳形式循环。

②在生物群落内部：以含碳有机物形式传递。

③在非生物环境中：主要以二氧化碳和碳酸盐形式存在。

(2)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能合成作用。

(3)碳返回非生物环境的途径：生产者、消费者的呼吸作用；分解者的分解作用(实质是呼吸作用)和化石燃料的燃烧。 3．生物富集

(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)特点

①食物链中营养级越高，生物富集的某种物质浓度就越大。

②生物富集也具有全球性。

4．能量流动、物质循环和生物富集的关系

项目 能量流动 物质循环 生物富集

范围 生态系统各营养级 生物圈 生态系统各营养级

特点 单向流动，逐级递减 全球性、反复利用 单向流动、逐级积累、全球性

形式 光能→化学能→热能 无机物↔有机物 不易分解或排出的重金属化合物或有机化合物

课程篇

学科核心素养是核心素养在特定学科（或学习领域）的具体化，是学生学习一门学科（或特定学习领域）之后所形成的，是学科育人价值的集中体现。具体到生物学科，生物学核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的必备品格和关键能力。在教育部专家讨论稿中拟定生物学核心素养为生命观念、理性思维、科学探究和社会责任4个关键表现，或者理解为对生命的理解和尊重、理性思考与论证、对科技的认知与实践和对社会的责任与担当（生物学传播与实践）。课堂是教育教学的主阵地，如何将核心素养的4个关键表现的培养转化为具体的可操作的教学手段？如何基于核心素养培养开展有效教学？这是每一位教师都需要探索的问题。本文以人教版高中生物教材必修三“生态系统的物质循环”的教学设计为例，分析如何基于生物学核心素养进行高中生物学教学。一、教材分析最新下发的新课程标准的征求意见稿中，要求学生分析出生态系统中的物质在生物群落与无机环境中的循环过程，举例说明利用物质循环规律，人们能够更加科学地规划和有效利用生态系统中资源的途径，这都属于较高的要求水平。从高考层面来看，物质循环作为生态系统的三大功能之一，是历年大题的考查重点。从学生层面来看，本节课教材内容看似简单，与实际生活联系紧密，却在碳循环的考查上灵动多变，很容易“一听就懂，一做就错”，是学生学习的难点。因此，这样一堂“向上有深度，落地有实践”的课程，只要教师深入挖掘，就是培养生物学核心素养的优秀一课。二、教学目标（一）知识目标简述物质循环的概念，分析物质循环过程。（二）能力目标制作出物质循环概念图。（三）情感态度与价值观目标关注温室效应，养成环保意识与行为。三、教学过程（一）情景导入用学生耳熟能详的《春泥》这首歌导入新课，优美的旋律中，通过歌词：“漫天纷飞的花语开在春的泥土里滋养了大地开出下一个花季”引入龚自珍的《己亥杂诗》“落红不是无情物，化作春泥更护花”，引出“落红—春泥—花”之间的物质循环。设计意图：在轻松欢快的氛围中引入新课。（二）明晰教学主线，培养理性思维本节课以碳循环为主线，从学生呼出的二氧化碳的去向这种感性认知出发，进一步构建出理性的概念模型，分析模型变式，最后落实到模型应用。这种设计正是遵循着生物学核心素养中的理性思维的探究规律，即：“提出问题—获取信息—发现规律—规律变式—规律应用”。同时，这种设计也顺应学生心理认知的发展规律，即从已有知识出发，通过思维灵动生成，而并非简单地接受新的知识。具体过程如下：1.绘制碳循环模式图（提出问题、获取信息）设置情境：假如你置身于一片花海中，深深呼出一口气，呼出的二氧化碳将去向何方呢？同学分组以呼出的CO2为起点，结合对诗的剖析过程，绘制“二氧化碳的旅行”。小组投影展示，教师通过系列提问，顺势引出生态系统的物质循环概念。设计意图：通过对“落红不是无情物，化作春泥更护花”这句诗的剖析，以“光合作用、有机物、分解者”等关键词为依托，小组分组绘制循环图，激发学生学习的主动性。学生绘制的过程图不尽相同，个性中包含共性。在讨论中，使得学生对物质循环过程的关注度极大提升。2.构建模型（发现规律）作为生命系统的最基本元素，碳元素的循环在整个生态系统的物质循环过程中发挥着至关重要的作用。从生态系统的结构出发，同学们画的图中包括了生态系统的哪些成分呢？结合模式图，升华出生态系统中碳循环的概念模型。设计意图：从学生呼出的二氧化碳的去向这种感性认知出发，进一步建构出理性的概念模型，符合学生知识生成规律。在发现规律的同时，完成了从实例到本质，思维从具体到抽象的转化。3.模型变式（规律变式）展示模型变式（下图），请学生尝试说出判断思路。根据判断思路，进一步升华出判断规律。依托基础模型，解释温室效应现象。ABCDAEBCDDABFEC图2图1图3设计意图：变式判断是物质循环的难点，由学生总结出判断规律，使学生主动生成课堂知识。学生能够通过模型，揭示出生态系统物质循环的机制，最终完成了从生命现象到生命机制的转化过程。基于学科核心素养进行高中生物学教学———以“生态系统的物质循环”教学设计为例孙丽丽（长春吉大附中实验学校）摘要：以“生态系统的物质循环”一课的教学设计为例，对如何基于核心素养开展生物学教学进行了探讨。关键词：生物学核心素养；物质循环；生态系统

第3节 生态系统的物质循环

生态系统的物质循环与生物富集)

自主梳理

1.物质循环的实例、定义、特点与应用

2.生物富集

(1)物质循环中的“物质”指的是组成生物体的各种化合物。(×)

提示 物质循环中的“物质”指的是组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，而非化合物。

(2)沼渣等作为肥料还田，使物质能够循环利用。(√)

(3)碳循环在生物群落内部以CO2形式进行。(×)

提示 碳循环在生物群落内部以有机物形式进行。

(4)化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。(√)

(5)碳元素在非生物环境与生物群落之间传递时，只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的，其他成分间是单向的。(√)

[应用示例] (多选)关于生态系统的物质循环的叙述，正确的是( )

A.化石燃料的大量开采和使用加剧了温室效应

B.所指的物质是指组成生物体的各种化学元素

C.所说的生态系统是地球上最大的生态系统——生物圈

D.温室效应及生物富集现象都具有全球性

解析 化石燃料的大量开采和使用大大增加了二氧化碳的排放，加剧了温室效应，A正确；物质循环指组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素在生物群落和非生物环境之间不断循环的过程，即所指的物质是指组成生物体的元素，B正确；物质循环具有全球性，所说的生态系统是地球上最大的生态系统——生物圈，C正确；一些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，因此生物富集现象具有全球性，D正确。

答案 ABCD

[对点小练] (2019·郑州七中高一期末)下列关于碳循环的说法，正确的是( )

A.在生物群落与非生物环境之间主要是以CO2形式进行

B.在生物群落之间是以有机物的形式循环的

C.在整个生物圈是以CO2的形式循环的

D.非生物环境中的碳都是以光合作用的形式进入生物群落的

解析 碳元素通过生物群落的光合作用与化能合成作用以CO2的形式进入生物群落，同时通过生物群落的呼吸作用以CO2的形式返回非生物环境，A正确、D错误；碳元素在生物群落中是以有机物的形式传递的，B错误；生态系统中的碳在生物群落与非生物环境之间是以CO2的形式循环的，而碳在生物群落内的传递形式是有机物，C错误。

生物学教学２０１２年（第３７卷）第３期　“生态系统中的物质循环和能量流动＂教学设计　祁支炳　（江苏省南京市浦口区河　中学２１００３１）　摘要采用情境导入、问题分析、图片展示、合作探究、列表比较等方式，使学生理解生态系统中的物质循环和能量流动。　关键词生态系统能量流动物质循环　Ｉ　教材分析　“生态系统中的物质循环和能量流动”是苏教版　八年级《生物》下册第２５章第二节，本节内容综合性较　强，既涉及光合作用、呼吸作用、生态系统、食物链、食　物网等方面的知识，又涉及能量流动和物质循环；不仅　与生活和生产密切相关，又与全球的环境、资源密不可　分。　能量流动是一个比较抽象的过程，各营养级中能　量的来源和去路比较复杂，学生理解难度相对较大。　但八年级学生已具有一定的分析问题能力，又学过水　（氧）循环以及生态系统组成等基础知识。另外，生活　经验也提供给他们大量相关的信息，学生对生物学主　题中与实际应用和社会问题相关的内容兴趣较浓，这　是学习本节内容的有利条件。为此，本节教学以生态　系统的能量流动及特点和碳循环过程作为重点，将生　态系统能量流动的特点分析及能量流动和物质循环的　关系作为难点，应用问题情境、阅读、小组讨论、比较和　师生谈话等多种教学方法，引导学生主动学习，建构自　・１７・　

己的认知体系。在教学过程中学习分析、总结，学会思　考。教学设计如下。　２教学目标　２．１　知识目标　描述生态系统中的能量流动和物质　循环；描述生态系统中的能量流动和物质循环的特点；　说出生态系统中能量的最初来源。　２．２能力目标通过分析总结，培养运用科学知识分　析和解决实际问题的能力；通过图片的观察，培养识　图、观察和分析能力；通过讨论、交流，培养语言表达能　力、小组合作能力。　２．３　情感态度和价值观正确认识人类作为生态系　统中的一员在物质循环和能量流动中的作用，增强环　境、资源意识，更加热爱大自然和保护大自然。　３教学过程　课前教师准备多媒体课件，学生预习本节课本内　容，并搜索相关资料。　３．１　引入播放纪实视频“实拍灰狼欲捕食羊群，遭　本特征，而且需要对其状态和调控进行分析。此外，教　材中“讨论某一生态系统的结构”、“分析生态系统中　的物质循环和能量流动的基本规律及其应用”等内容，　都需要渗透和利用系统分析的思想和方法进行教　学。　２．３模型建构法教材中的模型一般可分为三种：物　理模型、数学模型和概念模型。其中物理模型是指以　实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。模块中　有两个活动建议“探究水族箱或鱼缸中群落的演替”　和“设计并制作生态缸”，都是要求运用物理模型的　探究。而数学模型则是用来描述・个系统或它的性质　的数学形式，如“Ｊ”型种群增长的数学模型：Ｎ，＝　Ｎ　。教材中“建构种群增长模型的方法”以细菌种　群的增长为例介绍建立数学模型一般步骤。在课堂上　讲清楚这一方法步骤后，还可以结合课后活动“探究培　养液中酵母菌种群数量的动态变化”，帮助学生领悟并　尝试应用这种方法，进一步理解建立数学模型的一般　步骤。最后，概念模型则是指以文字表述来抽象概括　出事物本质特征的模型。如食物链、食物网、物质循环　和能量流动图解等均属于概念模型范畴。本模块教材　还安排了“人体内血糖水平与胰岛素”的建议活动，可　以先让学生自主阅读活动介绍，然后三人一组分配甲　乙丙角色进行活动模拟，最后讨论画出血糖调节的图　解式模型。这一活动的课堂设计，可以帮助学生练习　建立概念模型的方法。　２．４取样调查法取样调查法属于数学统计方法的　一种，是从样本到总体的推理。如对种群数量、种群密　度的研究，要完全获得某自然种群总体的状态、特征和　变化规律的信息是很困难的，所以往往通过先选取样　本进行统计，然后由样本推断总体的特性，这就是取样　调查法。如教材中“用取样方法调查草地中某种双子　叶植物的种群密度”和“用标志重捕法调查活动能力　较强动物的种群密度”，都是取样调查法的应用。取样　方法和标志重捕法属于大纲要求，这部分内容教材都　有专门介绍，课堂教学应给予重视。　、　（　通讯作者）　主要参考文献　［１］生物课程标准研制组．２００３．酱通高中生物新课程标准（实验　稿）．北京：人民教育出版杜，５ｌ　［２］赵占良．２００７．人教版高中生物课标教材中的科学方法体系．中　学生物教学，（３）：