1、第 3 节 生态系统的物质循环 从容说课 许多同学认为与消耗能量一样，生物也在不断地消耗着物质，本节的“问题探讨”便是 针对学生这一认识提出来的。在学习了能量流动之后，学生可以很自然地讨论“问题探讨” 所提出的问题，由此开始本节的教学。在讨论中，学生可能会提出如“煤炭、石油等资源难 道不能被耗尽吗？”等问题。教师可引导学生解决这一认知冲突：（1）煤炭、石油等是人 类从事现代工业活动的物质资源，而非生态系统中生命活动所需的物质资源。 （2）煤炭、 石油等资源是有限的，这些资源的形成需要相当长的时间，而消耗它们所需的时间却要短 得多。事实上，物质循环时时刻刻发生在我们身边。因此，可以让学生联系自身
2、感受物质 循环的存在。 基于已有的知识，学生并不难理解“碳循环”的内容，但教师应把握：（1）生产者合成 的含碳有机物被各级消费者所利用。 （2）碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二 氧化碳的形式进行的。 （3）碳循环具有全球性。 （4）通过碳循环的实例，提示学生注意， “生态系统的物质循环” 中的“生态系统”是指生物圈，其中的物质循环带有全球性，所以又 叫生物地球化学循环。 在学生对碳循环理解的基础上，教师可以补充氮循环和硫循环。 关于生态系统物质循环的概念,应当讲清楚以下要点: (1)这里所说的生态系统是指地球 上最大的生态系统生物圈,也就是说要让学生明确生态系统物质循环的范围。(2)
3、这里所 说的物质主要是指组成生物体的基本化学元素,而不是指由这些元素组成的糖类、脂肪和蛋 白质等生物体内所特有的物质。(3)这里所说的循环是指组成生物体的基本化学元素在生物 群落与无机环境之间的往返运动,其中伴随着复杂的物质变化和能量转化,并不是物质的单纯 移动。(4)生态系统的物质循环离不开能量的驱动。 应当注意联系生态环境实际,如联系滥伐森林对碳循环的影响、化石燃料的大量燃烧与 温室效应、酸雨等，氟利昂、含氮气体的排放与臭氧层空洞等。 “温室效应” 是近年来在日常生活中频繁出现的词汇，学生并不陌生，而且切身感受到 了温室效应的存在。对温室效应形成原因的讨论，是学生感兴趣的话题。在讨论中，教
4、师 应引导学生充分发表自己的观点。 可以通过讨论、列表比较来学习能量流动和物质循环的关系。教师应把握：（1）能量 流动和物质循环是生态系统动态变化过程中的两个方面（即一个过程的两个方面，而不是 两个过程） ，两者是同时进行的，彼此相互依存，不可分割。 （2）能量流动和物质循环的性 质不同：能量流动是单方向的，物质是循环的。 （3）能量流动和物质循环都借助于食物链 和食物网进行。 （4）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。 本小节是以“生态系统的结构”“生态系统的能量流动”以及第三章中物质代谢和能量代 谢的知识，特别是绿色植物的“光
5、合作用”和“ 生物的呼吸作用 ”等为基础。同时，本小节也 是第九章生态环境的保护的基础。所以，学好本小节内容，对学习生态系统具有承上 启下的作用。 教学重点 分析生态系统中的物质循环。 教学难点 说明能量流动和物质循环的关系。 教具准备 1.文字资料 1：碳循环模型、能量流动和物质循环的模型。 2.文字资料 2：氮循环和硫循环示意图。 3.文字资料 3：物质循环与能量流动关系表格。 4.文字资料 4：课堂问题、例题。 5.挂图：生态系统的碳循环模式图。 6.视频：温室效应等环境问题。 课时安排 2 课时。 第 1 课时，讲述生态系统物质循环的概念、碳循环的形式和过程、物质循环的特点以及物 质循
6、环与能量流动的相互关系。 第 2 课时，完成探究实验。 三维目标 1.以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环；同时构建碳循环的模型。 2.尝试探究土壤微生物的分解作用。 3.说明能量流动和物质循环的关系。 4.关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。 5.关于碳循环过程的学习，可以让学生构建其模型，使学生对以前的知识有所回忆，并对 生态系统的物质循环有一个形象的认识。 6.对温室效应的原因、危害和解决，与学生一起讨论，培养学生分析问题的能力。最后探 讨一下其他的环境问题。 7.通过探究实验来分析土壤中微生物的分解作用，训练学生的实验设计能力，培养学生科 学严谨的态度。 8.通过讨论、列表、构建模型
7、、比较来学习能量流动和物质循环的关系。 9.认同物质与能量是一个统一的整体，确立辩证唯物主义自然观。 10.关注由物质循环失调而引起的环境问题，增强保护环境的意识。 11.通过实验探究，培养科学严谨的精神。 教学过程 第 1 课时 导入新课 师 上节课我们学习了生态系统的能量流动，请大家回忆如下问题： （1）地球上最大的生态系统是什么? （2）生态系统的能量源头是什么? （3）输入生态系统的总能量指的是什么? （4）能量流动的主渠道是什么?过程是怎样的？ （5）能量流动有什么特点? （6）研究能量流动的意义是什么？ 生 回答（略） 。 师 大家对能量流动的内容掌握得很好!那么，同学们在学习能量
8、流动的过程中是否发现， 能量的流动是需要以物质为载体的?生态系统中的物质变化又是怎样的?物质变化与能量流 动又有什么关系呢? 推进新课 师 这就是我们今天要学习的内容生态系统的物质循环。 师 大家可以先看一下问题讨论，想想怎样回答。 （学生看书、思考） 师 我们知道生态系统中能量的流动是单向的、逐级递减的，能量并不能重复、循环地利 用，但生态系统却仍旧保持稳定，正常运转。这是因为有源源不断的太阳能提供。但是生 态系统的物质却只能来自于地球本身，那亿万年来为什么没有被地球耗尽呢？ 生 我想物质和能量不同，应该是可以循环利用的。 师 那大家能给出一些例子来说明物质是可以循环利用的吗？ 生 1 动物
9、的呼吸作用消耗有机物和氧气，产生二氧化碳和水；产生的二氧化碳和水可以 提供给绿色植物进行光合作用，产生有机物和氧气；而有机物和氧气又可以提供给动物。 生 2 有机物经过微生物分解，成为无机物，又可以重新提供给生产者来制造有机物。 生 3 垃圾中有可以回收利用的，说明物质可以循环。 师 很好。通过我们以前学过的知识和生活中的事例，确实可以说明在生态系统中物质是 循环的。 师 我们来看一下第一段，他说你呼吸产生的二氧化碳可以飘向异国他乡，这说明了物质 循环的范围怎样？ 生 很大，是全球性的。 师 确实物质循环的范围是整个生物圈。那你呼出的二氧化碳中的碳元素和氧元素是怎样 来到你的体内的呢？ 生 通
10、过呼吸、饮食，进入人体。 师 很好，那么碳元素和氧元素进入人体以前存在于什么物质中呢？ 生 存在于氧气、水、二氧化碳等无机环境中的物质中，也存在于生物群落的生物中。 师 不错，既存在无机环境中，也存在于生物群落中。可见，物质是在生物群落与无机环 境之间不断循环的。 师 还有一点，书本的第一段突出了碳元素和氧元素，而不是二氧化碳。可见物质循环的 物质是指化学元素还是化合物？ 生 化学元素。 师 是的，物质是指化学元素。下面我们就来看一下碳元素的循环，也就是碳循环，看看 物质循环的过程。看的过程中思考以下问题。 （出示挂图：碳循环） 图 5-3-1 课件展示： 1.无机环境中的碳以什么形式存在?
11、2.生物群落内部的碳以什么形式存在? 3.碳在无机环境和生物群落之间以什么形式循环? 4.碳循环的范围。 5.光合作用和呼吸作用的反应式，并说明碳的传递过程。 6.“思考与讨论” 的第 2 题，如何用系统科学的方法构建碳循环的模型？ 师 谁来回答一下？ 生 1 无机环境中的碳：主要以 CO2、碳酸盐形式存在，也有碳单质、含碳有机物等。 生 2 生物群落中的碳：主要以有机物形式存在，也有含碳无机物，如碳酸盐。 生 3 碳循环形式是 CO2。 生 4 生物圈。 生 5 黑板演示： 生 6 图 5-3-2 注： 表示碳以植物的枯枝败叶中有机物的形式被微生物的呼吸作用分解，形成二氧 化碳。 表示微生物
12、分解以后，碳以二氧化碳的形式被植物光合作用固定，以碳酸盐形式 被植物根系吸收。表示碳以有机物的形式被消费者摄食，最后碳仍以有机物形式储存在 消费者体内。表示碳以有机物的形式被微生物分解成无机物后，存在于无机环境中。 表示碳以有机物的形式通过生产者的呼吸作用，形成二氧化碳释放到无机环境中。表示 碳以动物的粪便、遗体等中的有机物的形式，被微生物分解，形成二氧化碳。表示碳以 有机物的形式通过消费者的呼吸作用，形成二氧化碳释放到无机环境中。表示无机环境 中的含碳无机物被生产者利用，合成有机物。 师 大家说得很好，下面我们来总结一下。碳循环主要是在无机环境和生物群落之间进行， 形式是二氧化碳。可以用下图
13、表示： 师 从图中可以看出在物质循环中起着非常重要作用的生物是生产者和分解者，正是它们 连接了无机环境和生物群落。 师 在生物群落内部，碳以有机物的形式传递。大气中的二氧化碳能够随着大气环流在全 球范围内流动，因此，碳循环具有全球性。其范围是生物圈。物质循环的概念见书本。 师 这里的物质不是指由这些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等生物体内所特有的物质， 而是组成生物体的基本元素。循环指的是这些物质（元素）的往返运动。这里的生态系统 指的是地球上最大的生态系统生物圈，所以叫“生物地球化学循环”。生态系统的物质 循环可以概括地理解为组成生物体的基本元素在生物群落和无机环境之间的往返运动，其 中伴随着
14、复杂的物质变化和能量变化，不是单纯的物质移动，生态系统的物质循环离不开 能量的驱动。 课件展示： 1.氮循环 图 5-3-3 2.硫循环 图 5-3-4 师 可以看出，其他元素的循环和碳循环基本相同。正因为在生态系统中，物质可以被生 物群落往复循环利用，所以，物质是永恒的，世界是物质的，是符合物质不灭定律的。在 生物圈内，无论是无机环境还是生物群落，也无论是物质循环还是能量流动，都是以物质 为第一性的，因此，大家要以辩证唯物主义观点来分析事物、认识自然、改造世界。 师 如果人们按生态规律办事，乱砍滥伐森林，对生态系统的碳循环有何影响? 生 森林生态系统的森林有维持大气中氧气与二氧化碳相对稳定的
15、作用，若大量砍伐森林， 光合作用减弱，不能吸收大气中的二氧化碳，更不能增加大气中的氧气，不仅破坏了大气 中氧气与二氧化碳的相对稳定，而且阻碍了碳的正常循环途径，使大气中二氧化碳含量明 显增加。 师 很好。化石燃料的大量燃烧，对生态系统的碳循环有何影响? 生 化石燃料如煤、石油、泥炭等是地层中千百万年积存的碳元素，是一笔宝贵而丰富的 能源物质，若在短时间内释放出来，使二氧化碳来不及转化，也同样打破了生物圈中碳循 环的平衡，使大气中二氧化碳的含量明显增加。 师 不错。通过以上两例的分析，显而易见地说明：人类活动若违背了生态规律，对碳循 环的影响是导致大气中二氧化碳的明显增加，这样将形成危及整个生物
16、圈的“温室效应”。 大气中二氧化碳越多，对地球上散佚到外层空间的热量的阻碍作用就越大，即大气中的二 氧化碳层就相当于保温层。从而使地球上的温度升高得越快，这种现象就叫做“温室效应”。 那么温室效应将对生物圈和人类造成什么危害呢?请大家观看视频。 （视频播放：温室效应） 师 可见，温室效应的危害不是突然爆发，而是慢慢积累的。容易被人们忽视，但可喜的 是现在越来越多的国家注意到了这个问题，并开始努力去改善。如：减少温室气体的排放， 植树造林等。 师 P101 右侧的问题如何回答？ 生 大力植树造林后，这些植物能大量吸收已有的二氧化碳，因而能起一定的缓解作用。 但更应该控制源头温室气体的排放。 师
17、说得不错。现在我们再来看看其他的一些由于物质循环受到干扰而引起的环境问题。 （视频播放：酸雨、臭氧层空洞） 师 希望我们一起来维持生物圈正常的物质循环，共同来保护我们的地球。 师 现在生态系统的能量流动和物质循环我们都学过了，下面请大家用表格和模型分别来 总结一下它们的关系。参考书上的内容。 （学生看书、思考、讨论） 教师出示“物质循环与能量流动的关系”投影片的底层（空表格） 学生可分别作答，也可集体讨论，此时教师应启发诱导，并帮助学生归纳要点，组织语言。 课件展示： 项目 能量流动 物质循环 编号 形式 以有机物形式流动 以无机物形式在生物 群落与无机环境间流 动 1 过程 沿食物链（网）单
18、向 流动 在无机环境和生物群 落间往复循环 2 范围 生态系统各营养级 全球性 3 特点 单向流动，逐级递减 反复出现，循环流动 4 联系 （1）二者同时进行，彼此相互依存，不可 分割 （2）能量的固定、转移、储存、释放离不 开物质的合成和分解 （3）物质是能量沿食物链（网）流动的载 体 （4）能量是物质在生态系统中往复循环的 动力 （5）生态系统中的各种成分，正是由于物 质循环和能量流动，才能紧密地联系在一起， 形成一个统一的整体 5 教师依上层投影片（正确答案）末端的序号逐一叠显，以示准确，并以“真棒”“ 漂亮” 等激励赞美性语言给予评价，从上而下，依次进行 师 那如果用模型来表示呢？ (
19、学生讨论、作答） （教师纠正，补充。最后演示正确的模型） 课件展示： 图 5-3-5 物质循环与能量流动的关系模型 师 请大家观看投影片，思考物质循环与能量流动之间的关系。 （学生思考、讨论） 师 可见物质循环和能量流动是密不可分的，它们是生态系统的基本功能维持着生态系统 的稳定。人们可以对其改进，来获得最大的利益，但前提是不能破坏其稳定性。 课堂小结 师 本节课，咱们讨论了生态系统物质循环的概念、碳循环的形式和过程、物质循环的特 点以及物质循环与能量流动的相互关系。第一，大家要明确物质循环是指组成生物体的基 本元素在生物群落与无机环境之间的反复循环流动。第二，关于碳循环要掌握以下三点： 碳循环的形式是 CO2；循环的过程是在无机环境与生物群落之间通过光合作用、呼吸 作用、微生物的分解作用，营养级间的同化作用以及特殊的化能合成作用等对碳进行传递 的； 物质循环的特点是全球性往复循环。第三，物质循环和能量流动的关系要注意其区 别与联系，进而逐渐学会用辩证统一的观点去分析事物。
