1、 教学准备 1. 教学目标 1、以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环。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。2. 教学重点/难点 教学重点：分析生态系统中的物质循环。教学难点：能量流动与物质循环的关系。3. 教学用具 教学课件4. 标签 教学过程 (一)、引入新课上一节中我们学习了生态系统的能量流动，那么大家回忆一下：1、地球上最大的生态系统是什么？2、生态系统的能量源头在哪里？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？5、能量流动有什么特点？（二）、生态系统的物质循环大家对能量流动的内容掌握得很好!
2、那么，同学们在学习能量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?师：这就是我们今天要学习的内容生态系统的物质循环。1、概念是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本元素在生态系统的生物群落与无机环境之间反复循环运动叫生态系统的物质循环。2、特点师：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
3、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
4、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。3、碳循环课
5、件展示：1.无机环境中的碳以什么形式存在? 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：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。表示微生物分解以后，碳以二氧化碳的形式
6、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。可以用下图表示：师 从图中可以看出在物质循环中起着非常
7、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
8、环离不开能量的驱动。氮循环硫循环师 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
9、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，
10、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 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。4、
11、生态系统的能量流动和物质循环的关系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）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。 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。（三）、对土壤微生物分解作用的实验实验一：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂吗？1.落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？师 土壤中最小的有机体可能也是
12、最重要的有机体，是那些肉眼看不见的细菌和丝状真菌。它们有着庞大的天文学似的统计数字，一茶匙的表层土可以含有亿万个细菌。纵然这些细菌形体细微，但在一英亩肥沃土壤的一英尺厚的表土中，其细菌总重量可以达到一千磅之多。长得像长线似的放线菌数目比细菌稍微少一些，然而因为它们形体较大，所以它们在一定数量土壤中的总重量仍和细菌差不多。被称之为藻类的微小绿色细胞体组成了土壤内极微小的植物生命。细菌、真菌和藻类是使动、植物腐烂的主要原因，它们将动植物的残体还原为组成它们的无机物。假若没有这些微小的生物，像碳、氮这些化学元素通过土壤、空气以及生物组织的循环运动是无法进行的。例如，若没有固氮细菌，虽然植物被含氮的空
13、气“海洋”所包围，但它们仍将难以得到氮素。其他有机体产生了二氧化碳，并形成碳酸而促进了岩石的分解。土壤中还有其他的微生物在促成着多种多样的氧化和还原反应，通过这些反应使铁、锰和硫这样一些矿物质发生转移，并变成植物可吸收的状态。另外，以惊人数量存在的还有微小的螨类和被称为跃尾虫的没有翅膀的原始昆虫2.提出问题让学生结合自己的生活经历，列举土壤微生物分解作用的实例，提出想探究的问题。教师予以启发、指导。例如，落叶在土壤中能被分解掉，这究竟主要是土壤的物理化学因素的作用，还是土壤中微生物的作用呢？3.作出假设假设既可以是基于已有的知识或经验作出的解释，也可以是想象或猜测。要鼓励学生大胆提出假设，通过
14、讨论修正自己的假设。最后通过实验验证你的假设是否成立。如：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂并最终分解掉的。4.制订计划首先，要确定实验变量是什么，需要控制的变量有哪些，如何控制这些变量，等等。其次，要确定探究的地点或场所：在野外？还是在实验室中？第三，设计实验方案。教材中提供了两则案例供学生参考。如：本实验的变量是自然土壤和灭菌土壤，也就是微生物；需要控制的变量包括所有的理化因素、落叶的数量等；要很好地控制这些变量最好在实验室中，可以人为地控制；实验方案设计就是设计一下具体的操作步骤，见下。5.实施计划建议探究一在实验室中进行，因为在室外的话，很难控制变量。教师可以巡视，并作必要的指导。（1）把
15、自然土壤和灭菌土壤分别放到两个无菌操作室中。取相同重量的自然土壤和灭菌土壤于两个无菌容器中。（2）加入相同数量的落叶和土壤混匀，并加入等量的无菌水，使土壤湿润即可。（3）保证无外界微生物的干扰，并保持相同的理化因素。通入等量的无菌空气。（4）每五天观察记录一次，并控制变量和调整变量到适宜。连续观察记录1个月左右。6.结果分析：可以将实验过程和现象列表整理，进行对比分析，得出实验结果。注：在考试中可能要你预测可能结果和作相应的分析。7.表达交流：以小组形式进行交流，提出问题，进行修改。实验二：探究土壤微生物对淀粉的分解作用1.确定题目：探究土壤微生物对淀粉的分解作用2.提出问题：土壤微生物对淀粉
16、分解吗？如分解，那分解成什么？3.作出假设：土壤微生物能将淀粉分解成可溶性的还原糖。4.制订计划（1）变量是微生物。可以用自然土壤浸出液和蒸馏水作对照。（2）其他的变量有温度、湿度、溶液的量等，要保持相同。（3）在实验室中进行。（4）实验步骤的设计。5.实施计划具体步骤见书本。教师在实验过程中，作必要的提示和指导。（注：1.实验中的斐林试剂要现配现用，用2 mL的0.1 g/mL的NaOH和34滴0.05g/mL的CuSO4混合，加入斐林试剂后要加热沸腾。2.实验时间是几天到几周，所以开始时，A、B烧杯中的溶液量可以多些，以后每周观察记录一次）6.结果分析可以列表表示，如：实验结论：土壤微生物
17、能将淀粉分解成可溶性的还原糖。7.表达交流：同学之间对实验中存在的问题进行质疑，并进行必要的修改。教师可以指导。 课堂小结 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。 板书 第五章 第二节生态系统的能量流动一、生态系统的物质循环1.概念：2.特点：3.碳循环：4.物质循环和能量流动的关系：二、对土壤微生物分解作用的探究实验实验一：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂吗？实验二：探究土壤微生物对淀粉的分解作用
