本节课解决 3 个问题：1）什么是碳中和？2） 为什么要实现生物圈的碳中和？3）如何测定一个生态系统是否达到碳中和？ 

出示碳中和示意图，请学生说说什么是碳中和？这里的碳是指什么？学生仔细观察图片，结合地理学的相关知识，能说出这里碳指的是二氧化碳，碳中和就是指排放的二氧化碳总量等于植物吸收的二氧化碳总量。 

学生通过资料分析，构建南极生态系统物质循环和能量流动的模型，并借此模型分析二氧化碳过度排放对南极生态系统的危害，体现物质与能量观。 

4.2.1 实现生物圈碳中和的原因 

播放一段二氧化碳过度排放及可能对生物圈带来的危害的视频，请学生概括视频内容。学生能够概括出人类活动导致大气中二氧化碳浓度增加，从而导致生物圈温室效应加剧，温室效应加剧导致冰川加速融化、极端天气灾害、土地沙漠化、致命病毒复苏等一系列危害。通过观看视频，归纳温室效应给生物圈带来的灾难性危害，学生意识到“减少 碳排放，实现碳中和”具有重要意义。接下来，引导学生以南极生态系统为例，分析温室效应会给生物圈带来哪些具体危害。 

4.2.2 分析温室效应给南极生态系统带来的具体危害 

1）出示南极生态系统的示意图，请学生说出南极生态系统的组成，学生总结的知识框架如图 2 所示。

2）分析资料，理解南极生物与其生存环境之间是密不可分的统一整体。 

学生通过自主阅读、独立思考、小组讨论回答下列问题，完成学习任务“为什么说这些生物与 其生存环境之间是密不可分的统一整体”。1）这里的生物如何适应严酷的自然环境？2）请用图示表示南极生态系统生物之间的联系。3）以最长的 1 条食物链上的生物为例，用 2 种颜色的笔画出南极生态系统的生物部分和非生物部分之间的能量流动和物质循环示意图。尝试讲解能量是如何流动的，碳元素或含碳物质是如何循环的。4）从物质循环和能量流动的角度分析，温室效应给南极生态系统带来的危害。 

4.2.3 概括碳中和对生物圈稳定性的重要意义 

4.3.1 测算一个生态系统是否达到碳中和的意义

再次出示碳中和示意图，碳中和是全人类的愿景，也是全人类的奋斗目标，为了实现碳中和的目标，人们应该如何做？学生会说减少二氧化碳排放，多种树。 减排减多少，种树种多少？是否要有园林规划和减排计划？要制订切实可行的计划，是否首先要测算一个生态系统是否达到了碳中和？如果没有达到碳中和，多排了多少？ 

4.3.2 测算一个生态系统是否达到碳中和的原理

再次出示南极生态系统物质循环和能量流动示意图，请学生思考，前面分析了南极生态系统的物质循环和能量流动，大至生物圈，再到城市生态 系统，小至生态缸这个小型的生态系统，其中的生物部分和非生物部分之间是否都存在类似的物质循环和能量流动过程？学生通过思考认同任何一个生态系统的生物部分和非生物部分之间都存在物质循环和能量流动。如何修改这个模式图使其适于任何一个生态系统？学生比较各类生态系统的共同点，修改为如图 5 所示的示意图。

4.4.1 依据生态系统的物质循环图理清思路 

各类生态系统生物部分和非生物部分的本质联系是相同的，测定生态缸这个生态系统是否达到碳中和应用的生物学原理就是生态系统的物质循环图。其中，以有机物形式存在的碳，一部分固定在活的动植物体内，一部分与以二氧化碳形式存在的碳不断地相互转化。究竟这个生态缸是否达到碳中和，哪个角色起重要作用？ 

选定氧气为检测指标，理清思路。想要测算密封的生态缸在一天中是否达到了碳中和，该如何测？提供思路框架图（图 6），引导学生思考。

学生通过思考得出：1）对于密闭的生态缸，氧气含量应该时刻都在变化，因为一天中的光照和温度在变化，会影响到植物光合作用的强度和植物、动物、微生物的呼吸作用强度，最终会影响到这个密闭生态系统的氧气含量。2）预测当植物的光合放氧量等于生物的呼吸耗氧量时，说明生态缸达到了碳中和。3）学生认为只 测一个瞬时值不可以，因为生态缸中生物的呼吸耗氧量及植物的光合放氧量会随着光照、温度等环境条件的变化而变化。4）白天有光照， 生态缸可能处于放氧状态，夜间可能处于耗氧状态。测算白天 12 h 生态缸的放氧量，夜间 12 h 生态缸的耗氧量并将二者进行比较，或者测算 24 h 内系统的氧气变化量，方法不是唯一的，合理即可。

4.4.2 测算密闭生态缸在一天中是否达到碳中和的具体方法 

理清思路之后，引导学生小组讨论解决问题。最终学生提出了以下 2 种方法。 

方法 1：每隔 1 h 测 1 次，24 h 内测得 25 个数值，总是用后一个数值减去前一个数值，减得的差值进行加和。例如：密封好生态缸后测出第一 个瞬时值为 10 mg/mL，白天 1 h 后测出来的瞬时值为 15 mg/mL，2 h 后测出来的数值为 21 mg/mL， 依次类推。而夜间测出来的数值后一个会比前一个小。（15-10）+（21-15）+…=0，说明生态缸这个系统内部氧气增加量和氧气减少量正好抵消，达到了碳中和；（15-10）+（21-15）+…>0，说明生态缸处于释放氧气的状态，同时吸收了系统内部排放的全部二氧化碳，还需要从外界吸收二氧化碳；（15-10）+（21-15）+…<0，说明生态缸处于消耗氧气的状态，同时吸收了系统内部全部氧气，还需要从外界吸收氧气。 

方法 2：只测 2 个瞬时值，就可以判断出生态缸是否达到碳中和。例如：第 1 天 7 时测 1 个 瞬时值，24 h 后，第 2 天 7 时测 1 个瞬时值，比较后一个数值和前一个数值的大小。如果 2 个数值相等，说明系统可以自给自足，系统内部一天内增加的氧气总量和减少的氧气总量正好抵消，即系统内部的植物光合放氧量等于植物自身和其他生物的呼吸耗氧量，达到碳中和；如果后一个数值更大，说明系统释放氧气，同时吸收二氧化碳，相反，系统消耗氧气，同时排放二氧化碳。 

05教学反思

本节课很好地落实了《课程标准》中提出的“内容聚焦大概念”“教学过程重实践”的课程理念。 

选择碳中和为情境素材，设计了“分析二氧化碳过度排放对南极生态系统造成的危害”及 “探讨一个生态系统是否达到碳中和的原理和 方法”的学习活动。学生通过阅读分析资料，积极动脑构建南极生态系统的物质循环和能量流动模型；并将这一模型与生物圈、城市生态系统、小型生态缸进行比较分析，抽象出适于所有生态系统的物质循环和能量流动模型，并据此探究了测算一个生态系统是否达到碳中和的方法，在课下进行探究实践。学生通过参与课上及课下的探究实践活动，加深了对生物与环境主题下大概念的理解。