DSE 生物｜碳與氮循環備課指引（導師用）｜固氮硝化反硝化流程與四個常見錯誤

2026-11-05

學生畫得出碳循環的箭嘴，但一問「光合作用吸的碳去咗邊」就只答「變氧氣」；氮循環更亂，把固氮與硝化當成同一件事。這一堂用一張收支表與四步流程，把兩個循環各自的「入」與「出」算清。

本堂目標　學生能夠：①用光合 120 與呼吸加分解 120 的數字，算出碳循環的自然淨收支為零，再加化石燃燒 10 得出每年淨增 10 個單位；②順序講出氮由大氣到植物可吸收形態的四步：固氮、硝化、同化、氨化，並講出反硝化把硝酸鹽變回氮氣；③用生物固氮 140、工業固氮 80、閃電固氮 10 合共 230 對反硝化 200，算出每年淨積累 30，並解釋為何施肥會加劇水體優養化。

01　先備知識（開課前 3 分鐘快檢）

以下任何一項未過關，本堂就會卡住，先補該項：

技能	快檢題	過關標準
光合與呼吸	光合作用吸什麼放什麼？呼吸呢？	吸二氧化碳放氧；呼吸相反，兩者互為逆過程
分解者角色	真菌與細菌在生態系做什麼？	分解遺體與排泄物，把養分釋回環境
根瘤與共生	豆科植物根部為何有瘤？	與根瘤菌共生，把大氣氮固定成含氮化合物

02　課堂流程（60 分鐘）

時間	環節	導師做什麼	學生做什麼
0–6 分鐘	先備快檢	抽問光合呼吸、分解者、根瘤	口頭答，答錯的寫在黑板上
6–22 分鐘	第一幕：碳的收支	用四個數字做收支表，看淨值	自行加減並解釋為何自然狀態為零
22–38 分鐘	第二幕：氮的四步	由大氣氮寫到硝酸鹽再回大氣	畫流程圖並標明每步的微生物
38–50 分鐘	第三幕：人類干擾	加化肥與燃燒，重算淨值	說出優養化與酸雨的機制
50–56 分鐘	題型演練	四類題各一，限時六分鐘	獨立完成後交換批改
56–60 分鐘	離場檢查	收回三題即場對答	閉書作答

03　講解腳本（照著說就可以）

第一幕：第一幕：碳循環是收支問題，不是一堆箭嘴

黑板畫兩欄，收入寫光合作用 120，支出寫呼吸 60 與分解 60。相加得支出 120，與收入相同，淨值為零。這一步是整個單元的地基：自然狀態下的碳循環是平衡的，碳只是換了形態，總量不變。
然後逐個形態講清：大氣是二氧化碳、植物體是有機碳、消費者是有機碳、海洋溶解的是碳酸氫鹽、化石燃料是地下長期封存的有機碳。學生最常漏的是海洋，其實海洋吸的碳比陸地生態系多。
再加人類活動：燃燒化石燃料每年額外釋出 10，收入不變而支出增加，淨值變成正 10，這就是大氣二氧化碳上升的算術解釋。用總量 3200 做分母，每年升幅約 0.312%，看似很小但累積幾十年就可觀。
常見誤解框：光合作用吸的碳不是「變成氧氣」，氧氣是副產物，碳進入了葡萄糖。要學生講清楚碳的去向，這是考評最愛追問的一點。

要求學生複述：收入光合、支出呼吸加分解、自然淨值為零、燃燒令淨值變正。

第二幕：第二幕：氮氣最多但植物吸不到，所以要靠四步接力

先講一個矛盾：大氣有 78% 是氮氣，植物卻會缺氮。原因是氮氣的三鍵太穩，植物與動物都不能直接使用，必須先「固定」成氨或硝酸鹽。
四步一次講齊，每步都問「邊個做」：①固氮，由根瘤菌、藍綠藻或工業哈柏法把氮氣變氨；②硝化，由硝化細菌把銨變成亞硝酸鹽再变成硝酸鹽；③同化，植物吸收硝酸鹽並合成氨基酸與蛋白質，動物靠吃植物取得；④氨化，分解者把遺體與排泄物中的含氮物變回銨。最後一步反硝化，由反硝化細菌把硝酸鹽變回氮氣，循環才閉合。
板書要用一個環而不是一條線，學生才會看見「回不去就沒有循環」。每步只考兩個字：誰做、變成什麼。叫學生用手指在流程圖上走一次，口中念微生物名稱，這個動作比重抄筆記有效。
再做數字：生物固氮 140、工業 80、閃電 10，合共 230，反硝化返回 200，淨積累 30。這組數字用來講「人類用工業固氮把循環推離平衡」。
常見誤解框：固氮與硝化不是同一件事。固氮是氮氣變氨，硝化是銨變硝酸鹽，兩步由不同細菌做。

要求學生複述：四步名稱、每步的微生物、反硝化把硝酸鹽變回氮氣。

第三幕：第三幕：多出的氮去了哪——水體與大氣兩條路

由淨積累 30 出發問「多出來的氮會怎樣」。第一條路是淋洗：硝酸鹽易溶，隨雨水流入河流與湖泊，藻類與浮游植物得到額外養分而暴長，死後被分解者分解，耗掉水中溶氧，魚類窒息，這就是優養化。講這條因果鏈時要學生一步一步講，不可跳步，因為考評要的是機制而不是名詞。
第二條路是反硝化與氣體釋放：部分硝酸鹽在缺氧的泥中被反硝化細菌變回氮氣，另有一部分變成氧化亞氮，一種溫室氣體，溫室效應比二氧化碳強得多。第三條路是氨揮發成氨氣，再隨雨沉降，造成土壤酸化。
收尾用一個對比：自然固氮 140 對工業固氮 80，人類已經把固定速率推高一半以上，這正是為何氮循環是本世紀最被干擾的養分循環。問一題「為何豆科輪作可以減少施肥」，答案是根瘤菌固氮補回土壤含氮量，學生答得到就代表明白循環而不是背名詞。

要求學生複述：淋洗導致優養化、反硝化產生溫室氣體、輪作靠根瘤菌補氮。

04　必教題型與步驟

題型	例子	步驟	答案
收支計算	光合 120、呼吸 60、分解 60，求淨值	① 收入減支出 ② 看正負 ③ 解釋意義	淨值為零，碳循環自然平衡
流程排序	把固氮、硝化、同化、氨化排好	① 由氮氣起 ② 每步問變成什麼 ③ 閉環檢查	固氮→硝化→同化→氨化，反硝化回氮氣
微生物配對	根瘤菌、硝化細菌、反硝化細菌各做什麼	① 記輸入 ② 記輸出 ③ 對應名稱	氮氣變氨、銨變硝酸鹽、硝酸鹽變氮氣
干擾分析	多出 30 單位氮的去向	① 淋洗 ② 反硝化 ③ 講後果	優養化、溫室氣體、土壤酸化

合理性檢查（一定要教）：合理性檢查：收支題的淨值一定要用同一單位（120 對 120 都是每年每單位碳），單位不同就不可加減；若算出淨值為負，代表方向寫反，自然狀態下光合應等於呼吸加分解。氮循環的淨積累 30 一定等於固氮總量減反硝化（230 減 200），若學生算出負數就是漏了工業固氮。比例檢查：工業固氮佔總固氮 34.8%，學生若答「一成以下」就是低估了人類的影響。另外流程圖必須閉環：由氮氣出發，最後一定要回到氮氣，否則就不是循環。

05　獨立練習三題

題目	答案	想觀察什麼
光合每年吸 120、呼吸 60、分解 60，求碳循環淨收支；再加燃燒 10 重算。	自然淨值零；加燃燒後淨增 10	有無用同一單位、有無把燃燒當成支出
寫出氮由大氣到植物蛋白質的四步，並標明每步的微生物或過程。	固氮（根瘤菌）、硝化（硝化細菌）、同化（植物吸收）、氨化（分解者）	有無把固氮與硝化混淆
固氮共 230、反硝化 200，求淨積累並講出多餘氮的兩個去向。	淨積累 30；淋洗造成優養化、反硝化產生溫室氣體	有無講出機制而不是只寫名詞

06　學生常見錯誤與糾正句

錯誤	學生通常這樣寫	導師這樣說
碳去了氧氣	答「光合作用把碳變成氧氣」	碳入咗葡萄糖，氧氣只係副產物，碳嘅去向要講清楚。
固氮等於硝化	把根瘤菌與硝化細菌當同一種	固氮係氮氣變氨，硝化係銨變硝酸鹽，兩個步驟唔同細菌。
循環畫成直線	流程圖由氮氣出發但沒有回到氮氣	循環一定要閉環，最後要有反硝化返去氮氣，唔然就唔係循環。
忽略工業固氮	只計生物固氮 140	工業固氮有 80，佔比唔細，計總量一定要計埋。

07　家課建議（直接指到練習卷題號）

本章重做　重做練習三題（第 1–4 題），每題畫出完整流程圖
生物科章節索引　揀「生態系」一章，做卷內第 3 題並寫出優養化的因果鏈
自製收支表　把碳與氮兩個循環各做一張收支表，標明人類活動增加了哪一項

08　離場檢查（最後 5 分鐘）

題目	答案	判定
碳循環的自然淨收支是多少	零，光合等於呼吸加分解	答正數即重講第一幕
把氮氣變氨的過程叫什麼	固氮	答硝化即重講第二幕
固氮 230、反硝化 200，淨積累多少	30	答錯即重講第三幕

09　導師常問

為何氮氣不能直接吸收？

氮氣三鍵非常穩定，需要高能量或固氮酶才能打斷，植物沒有固氮酶。

優養化與氮有關還是磷有關？

兩者都可以是限制養分，淡水多數受磷限制，海水與部分湖泊受氮限制。

反硝化是好是壞？

自然情況下它令循環閉合，但過量時會釋出溫室氣體並令土壤失氮。

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本頁為 TutorZone 導師備課指引，內容由 TutorZone 團隊編寫；題目與流程為原創，並非任何學校或出版社的教材。