生态系统的物质循环.docx
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生态系统的物质循环
课时课题：
必修三第5章第3节课型：
复习课
教
学
目
标
知识目标
（1）理解生态系统物质循环的概念；
（2）识记、应用碳循环的过程解决基本的生物学问题分析；
（3）了解生态系统中硫循环与氮循环的过程与途径；
（4）比较得出能量流动与物质循环的关系；
（5）尝试探究土壤微生物的分解作用。
能力目标
（1）学会分析生态系统中碳循环的方法；了解硫循环与氮循环的情况；
（2）通过分析“温室效应”、“酸雨”、“水域的富营养化”等的形成与危害，培养学生的推理，联想，思维迁移的能力；
（3）利用“能量流动和物质循环的关系”教学过程，培养学生比较，归纳以及对自己所持观点的总结表达能力；
（4）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。
情感态度与价值观目标
（1）通过学习人类对碳循环的影响，培养学生环境保护意识
（2）积累生态学知识，形成科学的世界观
（3）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。
（4）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。
（5）通过实验探究，培养科学严谨的精神
重点
碳循环的过程、现阶段出现的问题及应对措施
难点
理解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的实验研究
能力点
运用生态学观点解释现实问题并提出应对措施
通过讨论、列表、构建模型、比较来学习能量流动和物质循环的关系
尝试应用探究实验分析土壤微生物的分解作用
易错易混点
物质循环过程中元素的存在形式与循环形式及不同生物类群的作用
拓展点
硫循环与氮循环的过程、现阶段出现的问题及应对措施等
尝试探究土壤微生物的分解作用
教法与学法
教法：
课前导学、启发式讲解、分析与归纳
学法：
课前预习、质疑讨论、反馈矫正、迁移创新
教学模式
“五步教学”讲授法、师生互动、分组讨论等相结合
教具
1．PPT幻灯片：
知识提纲+物质循环过程图解+精彩考题
2．视频：
温室效应所导致的气候异常现象、酸雨对建筑物的损伤
3．实物投影仪：
课本图示的展示
【复习过程】
一、课前学生自主完成《高考总复习》第226页“基础导学”内容
（一）思考并解决以下问题：
1.物质循环的概念
2.物质循环的特点
3.物质循环的实例——碳循环、硫循环、氮循环
a．无机环境中的存在形式——无机物
b．生物群落中的存在形式——有机物
c．在环境与群落间的循环形式
d．物质循环过程中所涉及的生物及其生理过程
e．物质循环异常所导致的环境问题
4.物质循环与能量流动的关系
5.物质循环的意义
（二）把握关键概念，形成正确的生物学观点：
1.生态系统物质循环的“物质”是指组成生物体的基本元素，而非其组成的化合物；在物质循环过程中伴随着复杂的物质和能量的转化。
2.无机环境中的物质即无机物，生物群落中的物质即有机物；物质进入生物群落即无机物形成有机物的过程，而物质回归无机环境即有机物分解成无机物的过程。
3.物质循环的全球性与循环性
生态系统物质循环不是在任何一个生态系统中都可以完成的，这里的“生态系统”指的是地球上最大的生态系统——生物圈，其中的物质循环具有全球性，又叫生物地球化学循环。
4.模拟自然生态系统所建造的人工生态系统，在理论上，能够达到物质的自给自足，但能量必须源源不断的由外界提供。
（三）尝试完成以下思维判断：
1.在生态系统中能量流动和物质循环的渠道由生产者、消费者和分解者组成。
（）
【分析】食物链和食物网是生态系统中能量流动和物质循环的主渠道，食物链、食物网由生产者、消费者组成。
故错误。
2.碳在无机环境中存在形式是CO2。
（）
【分析】碳在无机环境中的存在形式是CO2和碳酸盐。
故错误。
3.物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力。
（）
【分析】物质作为能量载体，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无机环境之间循环往返。
故正确。
二、课上师生共同完成考点解读与典例精析
（一）分类提问，分层落实——自主复习反馈：
提问进步生，检查“基础导学”的完成与掌握情况；
提问普通生，检查“关键概念”的掌握与理解情况；
提问优秀生，检查“思维判断”的理解与分析情况。
（二）考点解读，考例精析——把握高考命脉：
.考点展示，考情预测
本知识点是与现实生活联系比较密切的一个话题，在高考的考察中也是比较容易考察的问题，
主要考察的就是的不同化学元素的物质循环情况，考察的形式可以是选择题也可以是非选择题。
.重点突破，疑难解析
一、物质循环的概念及特点
（一）解决两个问题：
物质循环的概念、物质循环的特点。
1．物质循环的概念
（1）物质：
组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S。
（2）循环范围：
无机环境和生物群落之间、全球范围内——生物圈（最大）。
（3）别称：
生物地球化学循环
2．物质循环的特点：
具有全球性和循环性。
（二）疑难解析
1、生态系统物质循环的物质是指生物体的基本元素，
而非其组成的化合物。
2、在循环过程中伴随着复杂的物质和能量的转化。
3、思考：
在农田中大量使用DDT杀虫剂为什么会殃及南极的企鹅?
二、物质循环的实例
（一）解决三个问题：
物质循环的实例1——碳循环（重点介绍）、
物质循环的实例2——氮循环（简介）、
物质循环的实例3——硫循环（简介）。
1．物质循环的实例1——碳循环
（1）循环形式
①无机环境与生物群落之间的循环形式：
CO2。
②生物群落内的传递形式及途径：
以有机物形式沿食物链食物网传递。
无机环境中的存在形式：
碳酸盐及CO2。
（2）碳循环图解
（3）碳循环过程
①碳由无机环境进入生物群落的途径：
a．绿色植物的光合作用（主要）
b．硝化细菌等的化能合成作用
②碳返回无机环境的途径：
a.生产者、消费者的呼吸作用
b.微生物的分解作用
c.化石燃料的燃烧
碳循环过程的关系图解
（4）碳循环异常所引发的环境问题——温室效应
a．温室效应的概念与形成
滥伐森林、大量化石燃料燃烧，对生态系统的碳循环及生态环境有何影响？
化石燃料燃烧使碳在短时间内大量地释放出来，森林砍伐又使绿色植物吸收的CO2减少，打破了生物圈中碳循环的平衡使大气中CO2含量增加，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”。
b．温室效应的危害
导致全球气候异常，灾难性气候事件频发；
加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升；
对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
c.我们应该如何缓解温室效应？
植树造林，增加CO2从大气进入生物群落的量；
减少化石燃料的燃烧，开发新能源，改进能源结构，
如利用风能、水能、核能等。
d．温室效应图解
（5）碳循环与能量流动的关系图解
（二）疑难解析
1、物质可以被循环利用，那么地球上的资源是不是用之不竭的呢？
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。
2、书写光合作用、化能合成作用和呼吸作用的反应式，并说明碳的传递过程。
3、大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用或微生物的化能合成作用完成的。
碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是CO2；碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行，传递形式为有机物。
碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其他成分之间的传递都是单向的。
4、用碳循环过程理解生态系统的发育状态（不考虑人工排放CO2）
①若从大气进入生物群落的CO2量＞从生物群落进入大气的CO2量，
则生态系统处于成长阶段；
②若从大气进入生物群落的CO2量≈从生物群落进入大气的CO2量，
则生态系统处于相对稳定阶段；
③若从大气进入生物群落的CO2量＜从生物群落进入大气的CO2量，
则生态系统往往处于衰退阶段。
5、能量流动与物质循环的关系
项目
能量流动
物质循环
形式
以有机物形式流动
组成生物体的基本元素
过程
沿食物链（网）单向流动
在无机环境和生物群落间反复循环
特点
单向流动、逐级递减
全球性、往复循环
联系
1.二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。
2.能量流动不能离开物质循环而单独进行，能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解。
3.物质是能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质能不断地在生物群落和无机环境之间往复循环。
4.生态系统中各种成分，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。
2．物质循环的实例2——氮循环
依据图示简介与之相关的生物类群与生理过程
3．物质循环的实例3——硫循环
依据图示简介与之相关的生物类群与生理过程
三、实验探究——土壤微生物的分解作用
（一）探究土壤微生物对落叶的分解作用
1．提出问题：
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
2．作出假设：
微生物能分解落叶使之腐烂
3．实验设计：
实验组：
对土壤高温处理 对照组：
对土壤不做任何处理
自变量：
土壤中是否含微生物
4．实验现象：
在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组
5．结论分析：
微生物对落叶有分解作用
（二）探究土壤微生物对淀粉的分解作用
1．实验步骤：
①将取自农田的土壤制成土壤浸出液，放在烧杯中静置一段时间。
②另取两只烧杯，编号为A、B，加入等量的淀粉糊。
在A烧杯中加入30mL土壤浸出液，
在B烧杯中加入30mL（等量）蒸馏水（无菌水）。
③在室温条件下放置7天后，从A烧杯中取20mL溶液，
分别加入A1和A2两支试管各10mL；
从B烧杯中取20mL溶液，分别加入B1和B2两支试管各10mL；
④在A1和B1中加入碘液；在A2和B2中加入（等量的）斐林试剂，
并进行水浴加热处理。
⑤观察各试管的颜色变化，记录实验结果。
2．实验现象及结论
四、物质循环与能量流动的关系（列表比较分析）
项目
能量流动
物质循环
形式
以有机物形式流动
组成生物体的基本元素
过程
沿食物链（网）单向流动
在无机环境和生物群落间反复循环
特点
单向流动、逐级递减
全球性、往复循环
联系
1.二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。
2.能量流动不能离开物质循环而单独进行，能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解。
3.物质是能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；
能量作为动力使物质在生物群落和无机环境间往复循环。
4.生态系统中各种成分，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。
.考例甄选，精彩回顾
一、2012年世界环境日的主题主要凸显绿色经济，如今低碳生活、绿色经济已成为人类共同的目标。
如图是碳循环的部分过程，有关分析不正确的是
A.碳循环的过程①、②伴随着生态系统的能量流动
B.植树造林有助于增强过程②而减少大气CO2含量
C.减少对过程③的依赖是缓解温室效应的重要措施
D.低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡
【解题指南】1.考查实质：
碳循环的过程与温室效应的形成原因和应对措施。
2.解题关键：
解答本题的关键是明确①主要表示生产者、消费者的呼吸作用和分解者的分解作用，②主要是通过生产者的光合作用实现。
【答案与解析】选A。
据图可知，大气中二氧化碳的来源有：
①生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用和③化学燃料的燃烧，但降低大气中二氧化碳的含量主要是通过②生产者的光合作用来实现的，而③是引起大气中二氧化碳含量增加的主要原因，故植树造林有助于增强过程②而减少大气CO2含量，减少对过程③的依赖是缓解温室效应的重要措施。
无机环境与生物群落之间碳循环的主要形式是CO2，CO2不携带能量，因此过程①、②不伴随着生态系统的能量流动。
故A项错误。
【变式训练1】大气中CO2过多与碳循环失衡有关。
哥本哈根世界气候大会所倡导的低碳生活获得普遍认同。
据图判断不正确（）
A.增加自养生物种类和数量
有利于降低大气中的CO2含量
B.大气中CO2的增加主要与异养生物
②的数量增加有关
C.该生态系统中的所有自养生物与所有异养生物构成了生物群落
D.该图能表示物质循环过程，不能准确表示能量流动方向
【变式训练1解析】选B。
降低大气中的CO2含量，主要通过生产者的光合作用来完成；大气中CO2的增加主要是由化学燃料的大量燃烧引起的，异养生物的数量增加对大气中CO2的浓度改变不会有很大影响；生物群落包括生产者、消费者、分解者，其中生产者属于自养型，消费者、分解者都为异养型；物质是循环的，能量流动是单向逐级递减不循环的，故题图不能准确表示能量流动方向。
【变式训练2】分析生态系统的能量流动和物质循环的关系简图，不能得到的结论是（）
A.物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动
B.能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返
C.能量①②③④的总和便是生产者所固定的太阳能总量
D.碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
【变式训练2解析】1.考查实质：
本题结合图形考查生态系统中物质循环、能量流动的过程和关系，考查学生对图形的分析能力。
2.解题思路：
从生态系统的能量流动和物质循环的关系简图入手，正确理解能量流动的起点、物质循环的形式以及两者之间的关系。
选C。
A项和B项，物质循环和能量流动的联系：
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无机环境之间循环往返；C项，生产者固定的太阳能的总量包括三部分：
生产者自身的呼吸作用散失的能量、生产者流向初级消费者的能量、生产者流向分解者的能量，其中能量①和能量④代表所有生物的呼吸作用散失的能量；D项，碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的，在生物群落内部以有机物的形式传递。
二、从生态系统物质循环的角度看，人体内碳元素的根本来源是（）
A.大气中的CO2B.生产者C.分解者D.消费者
【解析】选A。
人体内的碳元素来源于食物中的有机物，而有机物来源于光合作用，光合作用产生的有机物中碳的来源是大气中的CO2。
三、目前地球大气中CO2浓度增高，形成温室效应，地球表面的温度也有所提高，这将造成土壤沙漠化等恶果，导致CO2浓度增高的主要原因是（）
A.人口剧增，呼出CO2增多B.工业污染和自然资源的不合理利用
C.大量生物遭灭绝D.自然因素破坏了生态平衡
【解析】选B。
人口剧增，呼出的CO2中“碳”直接或间接来自生产者，不会使CO2增多太多；而工业污染和化学燃料的不合理利用，使贮存了几亿年的碳在短时间内以CO2的形式大量散失到大气中，破坏了碳平衡，使CO2浓度增高，是主要原因。
四、请回答：
（1）碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以______的形式进行。
驱动整个生态系统运转的能量主要来源于____________的太阳能。
（2）分解者通过______和______的方式将有机物分解成CO2等释放到无机环境中。
（3）如果环境中的某种有毒物质在生物体内既不能分解，也不能排出体外，则该物质经______的传递后，便可在不同的生物体内积累。
因此，通常生物所在的______越高，该有毒物质在其体内的积累量越大。
【解析】碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行，在群落内以有机物的形式在生物间传递；而驱动生态系统运转的能量主要来源于光合作用固定的太阳能；分解者通过有氧呼吸和无氧呼吸的方式将有机物分解成CO2等释放到无机环境中；有害物质的富集是沿着食物链逐级递增，营养级越高，危害越大。
【答案】
（1）CO2绿色植物固定（或光合作用固定）
（2）有氧呼吸无氧呼吸（或发酵）
（3）食物链营养级
五、如图为生态系统各组成成分的关系图解示意图，请分别回答如下问题：
（1）图中A、B、C、D各指什么?
（2）图中①～⑦又分别指什么?
【解析】此题旨在考查学生的识图能力。
根据生态系统的组成成分和营养结构以及物质循环和能量流动的相关知识进行综合性分析可知：
关系特殊（突破点或切人点），而且，C指向A、B、D，而D回收A、B、C，不难判断：
C是绿色植物（生产者），再根据能量流动和物质循环形式与特点确定相应的成分：
A是消费者，B为分解者，D为无机环境。
关于图中的箭头所示，则表现了生物群落中的不同生物与无机环境的相互作用。
①、②是捕食关系建立起来的物质循环和能量流动过程，即：
捕食关系。
③、④、⑤为生物群落中的各种生物将有机碳通过呼吸作用分解为无机的C02返回无机环境的过程，即：
呼吸作用。
⑥、⑦则表示分解者对各营养级的分解作用。
识记关键点：
①识记生态系统的组成成分是非生物的物质和能量（无机环境）、生产者、消费者和分解者是分析物质循环和能量流动的基础。
②掌握物质循环和能量流动的主渠道——食物链（网）是分析生态系统功能的关键。
③物质循环和能量流动的生物学机理是：
植物的光合作用，生物的呼吸作用，动物的同化作用和微生物的分解作用等。
④物质循环与能量流动是相互依存、同时进行的，二者共同构成了生态系统的“功能”。
⑤物质循环的特点是全球性、往复循环，能量流动的特点是单向流动、逐级递减，
六、在生态系统的碳循环中，把C02释放到大气中有多种形式，其中起主导作用的是（）
A．植物和动物的呼吸作用B．化石燃料的燃烧作用
C．分解者对有机物的分解作用D．化工厂对碳酸盐的分解作用
【解析】本题是较深层次的理解性问题。
碳酸盐属于岩石圈的碳源，而岩石圈的碳源和千万年沉积的化石燃料的碳源，活动缓慢、循环周期长，基本上届贮存碳库。
分解者分解作用又是相对微弱的，所以对释放在大气中的C02起主导作用的应是动植物的呼吸作用。
选A。
七、生物地化循环是指：
组成生物的基本元素（）
A．在陆地生态系统中的物质循环和能量流动的复杂过程
B．在能量流经生态系统各营养级时逐级递减的全过程
C．在组成生态系统的生物群落生物体内的反复循环运动
D．在生物圈的生物群落与无机环境之间的反复循环运动
【解析】生物地化循环是生物地球化学循环的简称。
指的是最大的生态系统（生物圈）中的物质循环，是组成生物体的基本元素在生物圈的生物群落与无机环境之间的反复循环运动。
这种运动带有全球性，它不局限于陆地生态系统，更不局限于生物群落体内，也不同于能量在流经各营养级时逐级递减的过程。
选D。
三、仿真训练，查缺补漏
课后学生自主完成《高考总复习》第227-228页“仿真训练”
课代表整理学生的疑问，由小组长轮流完成讲解。
【教学反思】本堂课采用高效课堂模式，通过小组合作探究、展示自我、互相点评的方式完成整堂课的教学内容，充分突出了新课标中以学生为主体的指导思想。
教学过程中，依据学生之间的差异，提出不同要求，布置不同任务，让不同层次的学生都能参与其中，调动全体学生的积极性，促进全体学生的发展。
比如氮循环与硫循环的过程对于优秀生就可以更加深入的了解分析，再比如有关实验的安排还可以为学有余力者提供机会进行实验室的实验操作，获得更加切身的体会与认识。
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