【教学目标】
一、知识目标
1．了解物质循环是生态系统两大功能之一
2．理解生态系统的物质循环的概念及其特点
3．理解碳循环的过程
4．理解能量流动与物质循环的关系
二、能力目标
学生通过分析、讨论生态系统碳循环的过程和特点，培养学生分析、综合能力三、情感目标
1．通过分析、讨论生态系统中物质循环的过程和特点，渗透生态系统是一个整体的观点。
2．通过分析人类活动对碳循环的影响，培养学生的环保意识。
【教学建议】
一、教材分析
这部分教材主要涉及生物地球化学循环的概念、特点，碳循环的过程以及物质循环、能量流动相互关系三方面内容。其中物质循环的概念、碳循环过程是重点；分析能量流动与物质循环的关系是难点。
这部分教学内容中有关人类活动对碳循环的影响，如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等，是对学生进行环保教育的好素材。
这部分教学内容，还是渗透辩证唯物主义观点教育的好素材，因为生态系统能量流动和物质循环过程中蕴含着丰富哲学思想，如普遍联系的观点、运动的观点、整体性观点等，教师应有意识地去挖掘。
二、重难点分析
重点：生态系统的碳循环
（1）生态系统的物质循环是生态系统功能的重要体现，而碳循环是生态系统物质循环的代表性循环。通过理解生态系统物质循环的基本特征，可以为分析能量流动和物质循环的区别和联系奠定基础。
（2）碳循环的过程，包含了生态系统各个组成成分之间的物质联系，渗透着物质普遍联系的辩证观点，是进行辩证唯物主义观点教育的极好素材。
难点：能量流动和物质循环的关系
能量流动和物质循环的区别和联系，代表着生态系统功能之间的必然的内在的联系。能量流动是生态系统各个组成成分存在和发展的基础，而能量流动是以物质循环（尤其是碳循环）为载体的，所以二者之间有必然的内在联系。
能量流动和物质循环又有不同，最大的不同在于物质可以再利用，所以物质在生态系统中是循环流动的，而能量不能再被利用，所以能量的流动是单向的，这也是必然的，因为能量利用后用来做功而消耗掉了，当然不能再被利用。
【教学建议】
1．最好从与人类密切相关的现实问题，如温室效应，滥伐森林对碳循环的影响等作为本节课的切入点。
2．在“生态系统物质循环的概念及特点”教学时，可不按课本上安排的顺序，让学生先分析、讨论生态系统的碳循环过程（有条件的班级还可补充氮循环过程）；进而深入讨论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等问题。
在理解了碳循环（氮循环）过程的基础上，引出生物地球化学循环的概念，并分析、讨论物质循环的特点。
3．最后，教师可引导学生分析、讨论生态系统的物质循环与能量流动的关系。
【教学设计方案】（一）
教学目的
1．掌握生态系统物质循环的概念。
2．掌握碳循环的过程。
3．掌握能量流动和物质循环的关系。
4．培养学生的环保意识。
教学重点
碳循环的过程。
教学难点
能量流动和物质循环的关系。
教学用具
制作下列投影片：
①光合作用过程示意图；
②呼吸作用过程示意图；
③碳循环示意图；
④能量流动和物质循环的关系示意图。
教学方法
教师讲述、谈话与学生讨论相结合。
课时安排
一课时。
教学过程
[复习提问］
1.生态系统的能量源头是什么？
2.输入这个生态系统的总能量是什么？
3.能量流动的主渠道是什么？
4.简述能量流动的特点。
[引言］
生态系统中能量的源头是太阳能，而生态系统中的物质却是由地球提供的。地球为什么能为生物源源不断地提供各种物质呢？比如，生物在不停的呼吸过程中，每天都要消耗大量的氧，为什么我们并未感到大气中的氧不断减少呢？原来，在生物群落与无机环境之间，物质是不断地循环的。
授新课1
提问：什么是生态系统的物质循环？
（回答概念）
提问：概念中的物质是指什么？
（回答：是组成生物体的基本化学元素。教师补充说明，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。）
提问：概念中所说的循环是什么？
（回答：是物质往返运动。）
提问：概念中所说的生态系统指的是什么？
（回答：地球上最大的生态系统——生物圈。）
教师小结：生态系统的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往返运动，其中伴随着复杂的物质变化和能量变化，不是物质的单纯移动，生态系统的物质循环离不开能量的驱动。
学生讨论：光合作用、呼吸作用及分解作用等有关知识。
出示光合作用过程示意图投影片
提问：根据图回答，光合作用过程中碳的传递过程。
（回答：略）
出示呼吸作用过程示意图投影片
提问：根据图回答，呼吸作用过程中碳的传递过程。
（回答：略）
提问：微生物的分解作用是指什么？
（回答：略）
提问：碳在无机环境中的存在形式怎样？
（回答：略）
提问：碳在生物群落的存在形式怎样？
（回答：有机物。）
提问：碳在无机环境与生物群落之间以什么形式循环？
（回答：CO2）
提问：碳在生物群落内部以什么形式循环？
（回答：有机物。）
提问：能量流动的特点？
（回答：单向，不循环，逐级递减。）
讲述：能量在流经生态系统的各营养级的时候，由于各营养级的生物自身呼吸作用消耗了一部分能量，并且各营养级的生物总有一部分未被一下个营养级生物利用，因而能量流动是：单向的，不循环的，逐级递减的。
提问：物质循环的特点？
（回答：在无机环境和生物群落之间反复循环。）
讲述：正因为物质可以重复利用，所以物质是永恒的（物质不灭定律）。
提问：滥伐森林对碳循环有何影响？
（回答：碳循环过程受阻，大气中碳的含量就会明显增多。）
提问：化石燃料的燃烧对碳循环又有什么影响？
（回答：使大气中CO2的含量增高，进而导致气温升高。）
提问：什么是温室效应？
讲述：大气中CO2越多，对地球上逸散到外层空间的热量的阻碍作用就越大，从而使地球温度升高得越快，这种现象就叫温室效应。
提问：温室效应对生物圈和人类社会有何影响？
（回答：略）
根据能量流动和物质循环关系示意图的投影片总结本节课学习的主要内容。
[巩固练习］见课本复习题一选择题
[布置作业］见课本复习题二问答题
板书设计
生态系统的物质循环
（一）生态系统的物质循环概念
（二）生态系统的物质循环举例——碳循环
1．光合作用
2．呼吸作用
3.分解作用
4．化石燃料的燃烧
5．碳循环过程
6．碳的存在形式
7．碳的循环形式
8．能量流动与物质循环的不同点
9．引起温室效应的原因
（三）能量流动和物质循环的关系
【教学设计方案】（二）
设计片段一：
（1）以温室效应（见后面的扩展资料）对人类的影响作为本节课的切入点，以便引入碳循环过程的讨论，如设问：“你能向同学们介绍一下什么是温室效应吗？”；“温室效应形成与人类的哪些活动有关？”；“温室效应对生物圈可能造成什么影响呢？”；“如何控制温室效应的影响？”等。
设计片段二：
（2）在“碳循环过程及特点”教学中，可利用碳循环的图解为分析材料，引导学生、讨论相关的问题，循序渐进地概括出生态系统中碳循环的全貌，可设计如下的思考题：①“你认为碳以何种形式存在于生物圈的什么部分？（提示学生在无机环境和生物群落两个部位找）
②“你知道什么是化石燃料吗？”
③“请你描述碳在无机环境与生物群落之间的循环是如何往复循环的？”
④参考答案：碳循环的物质形式是二氧化碳；无机碳通过光合作用从无机环境进入生物群落；有机碳生产者、消费者、分解者的呼吸作用从生物群落进入无机环境；还有一部分碳以化石燃料的形式储藏于地层中；同时有一部分化石燃料通过的燃烧返回大气二氧化碳库。
“化石燃料的燃烧为什么是导致温室效应的主要原因？”
⑤“通过分析碳循环，你能总结一下碳循环过程的特点吗？
参考答案：①碳循环的范围是生物圈；②碳循环是指组成生物体的基本化学元素，即碳元素的循环，而不是指由碳元素组成的生物大分子的循环；③碳循环需要能量的推动；④碳循环中的循环，是指组成生物体的碳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。
⑥“请你根据图解，描述一下生态系统中氮循环过程（见后面的扩展资料）”（此活动仅限条件的班级）
⑦“通过分析碳循环和氮循环过程，你自己能给生态系统的物质循环下一个定义吗？”
⑧“利用你所学的生态系统的能量流动和物质循环的知识，分析为什么热带雨林的土壤是非常贫瘠的？”
参考答案：热带雨林分布区域终年高温多雨，属赤道周日气候型。年平均气温26℃，月平均温度多高于20℃。年降水2500～4500mm，全年降水均匀分布，无明显旱季。温度的日变幅2-9℃，多在中午降大雨，雨后很快天晴。常年多云雾，日照率低。这里的风化过程强烈，母岩崩解层深厚，土壤强烈淋溶，基性离子被冲走，留下三氧化物（三氧化二铝或三氧化二铁），被称为硅红壤化过程。土壤养分极为贫瘠，而且是酸性的。雨林所需要的营养成分，几乎全贮备在植物量中，每年一部分植物体死去后就很快矿质化，并直接被根系吸收，形成一个几乎封闭的循环系统。森林生态系统在高温多雨的条件下，有机物质分解快，物质循环强烈，而且生物种群大多是K～对策，这样，一旦植被破坏后，很容易引起水土流失，导致环境退化，而且在短时间内不易恢复。
【扩展资料】
氮的循环
氮是构成生物蛋白质、核酸的主要元素，因此它与碳、氢、氧一样在生物上具有重要的意义。氮的生物地球化学循环过程非常复杂，循环性能极为完善。氮的循环与碳的循环大体相似，但也有明显差别。虽然生物所生活的大气圈，其含氮量（79%）比含二氧化碳量（0.03～0.04%）要高得多，但是氮的气体形式（N2）只能被极少数的生物所利用。虽然所有的生物部要以代谢产物的形式排出碳和氮，但几乎从不以N2的形式排放含氮废物。在各种营养物质的循环中，氮的循环实际上是牵连生物最多和最复杂的，这不仅是因为含氮的化合物很多，而且在氮循环的很多环节上都有特定的微生物参加。
（1）固氮
由于大气成分的79%是氮气，所以氮最重要的储存库就是大气圈，但是大多数生物又不能直接利用氮气，所以以无机氮形式（氨、亚硝酸盐和硝酸盐）和有机氮形式（尿素、蛋白质和核酸等）存在的氮库对生物最为重要。大气中的氮只有被固定为无机氮化合物（主要是硝酸盐和氨）以后，才能被生物所利用。虽然固氮的方法有物理化学法和生物法两种，但其中以生物固氮法最为重要。据估计，靠电化学和光化学固氮，每年平均可固氮7.6×106吨，而生物固氮平均每年的固氦量为54×106吨，人类每年合成氮肥约30×106吨，这也是一个不小的数字。根据人类合成氮肥的增产速度，预计到本世纪末，每年约可生产氮肥100×106吨。有些科学家认为：现在的工业固氮量约等于现代农业到来之前的生物固氮量。
固氮过程首先需要分子氮激活，使其分裂为两个自由氮原子，这个过程需要消耗能量，在生物固氮时，l摩尔的N2约耗能669×103焦。在自由氮与氢结合形成氨气时，l摩尔的氮气（28克）可释放54×103焦能量，因此，固定l摩尔的氮气，只需输入615×103焦能量就够了。除了光化学固氮法外，所有固氮生物部需要从外部提供碳化合物作为一种能源，以使影响这一吸热反应。生物固氨需要两种酶（固氮酶和氢化酶）进行调节，生物固氮的意义在于低能消耗，而工业固氮需要极高的温度和极大的压力（即400℃高温和200个大气压）。
已知有固氮能力的细菌和藻类很多，但为了方便可把它们分为两个类群：一类是共生的固氮生物（主要是细菌，但也有真菌和藻类），另一类是自由生活的固氮生物（包括细菌、藻类和其他一些微生物）。共生的固氮生物主要生活在陆地，而营自由生活的固氮生物在陆地和水域都有。但共生固氮生物在数量上至少要比营自由生活的固氮生物多几百倍。
在共生固氮生物中，根瘤菌是最重要的，也是人类了解最清楚的。根瘤菌对宿主植物（如豌豆、三叶草和菜豆等豆科植物）有高度的特异性，一定种类的根瘤菌只同一定种类的豆科植物发生共生关系，这些根瘤菌可潜入豆科植物的根毛，然后进行繁殖。已知有10多种高等植物（如鼠李、杨梅和桤木等）也有共生生物固氮作用。由于豆科植物与根瘤菌之间已经形成了密切的共生关系，所以豆科植物离开了根瘤菌就不能固氮，而把根瘤菌接种在其他植物时也不能固氮。
