《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動》的教學設計

1、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的教學設計秭歸二中 王敏一、教學背景：生物學的進展，人們概況為微觀和宏觀兩個方面。在宏觀方面，生態(tài)學是發(fā)展非常引人注目，是當今最受人們重視的研究領域之一。對生態(tài)系統(tǒng)的研究對于解決目前人類所面臨的許多全球性資源與環(huán)境問題，具有十分重要的意義。從學生個人的發(fā)展來看，學習生態(tài)學的相關知識，對于學生理解生命系統(tǒng)的本質、理解生命科學，以及對系統(tǒng)論的思維方式的訓練、生態(tài)意識的形成都是重要的。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的研究更是人們指導實踐的重要原理。二、教學目標：新課標中相關內容標準為“分析生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的基本規(guī)律及其應用”，屬于應用水平，即學生能夠將能量流動的基本規(guī)律應用于新的情景中，解決

2、實際問題。為了達成這一目標，首先應當使學生把握能量流動的過程及其特點，懂得研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的一些基本方法；其次，結合具體的實例，讓學生得出能量流動的基本規(guī)律。由此，本節(jié)目標確定為：知識目標：（1）分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程和特點。（2）概述研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的實踐意義。能力目標（1）分析生態(tài)系統(tǒng)能量的變化，發(fā)展學生的思維遷移能力。（2）學會分析推算生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率，用于解決相關問題，培養(yǎng)學生的分析、推理、綜合的思維能力。情感目標（1）分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程和特點，培養(yǎng)學生用“普遍聯(lián)系”的觀點分析事物。（2）嘗試調查農田生態(tài)系統(tǒng)的能量流動情況，探討研究能量流動的實踐意義，形成合理

3、利用資源應遵循生態(tài)學原理和可持續(xù)發(fā)展的觀念。教學重點和難點：生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程和特點三、教材分析： “能量”是科學教育中的核心概念，高中學生已逐步建立了能量、能量傳遞、能量守恒等一些基本概念；有關儲存能量的物質、能量代謝等知識已學習過，這些都是理解本節(jié)內容的基礎。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動與原高中教材相應內容基本相同，包括生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的過程，能量流動的特點和研究能量流動的實踐意義。此部分內容比較抽象，在呈現(xiàn)方式上與原教材相比略有變化。教材首先通過“孤島生存”的例子問題探討激發(fā)學生學習本節(jié)內容的興趣，再概括性地指出了生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念。能量是如何傳遞和流動的，就成為本題的切入點，引出本節(jié)要

4、解決的三個主題內容。關于能量流動的過程和特點，以“光合作用”知識為基礎，清楚地講述了生態(tài)系統(tǒng)中所有“能量”的來源，圖解類推法的應用一目了然，既避免文字上的重復，又有利于發(fā)展學生的思維能力。最后概要說明意義，通過實例分析，旨在提示人們在開發(fā)利用能源的同時要遵循生態(tài)規(guī)律，教學中滲透生態(tài)學觀點教育。本節(jié)以“生態(tài)系統(tǒng)的結構”為基礎，起著承上啟下的作用，同時也可以與光合作用、呼吸作用、體溫調節(jié)等知識建立聯(lián)系，其又直接關系到物質循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的學習。四、教學方法：本節(jié)教材知識是考試的熱點，而且往往把分析和計算結合在一起，學生學習還是有一定的困難。根據(jù)學科特點及結合我校學生實際，我構建了【直觀展示，引

5、入課題，明確學習目標】、【設置問題，學生自學，讓學生主動獲取知識】、【生生交流，合作探究，進行知識加工】【師生交流，點撥釋疑，構建知識體系】、【練習反饋，糾錯釋疑、拓展延伸】、【總結評價，構建框架圖，回歸主題】的六步教學模式。即本節(jié)引入在復習前節(jié)內容的基礎上，多媒體展示教材的“問題探討”，讓學生發(fā)現(xiàn)問題，以激發(fā)學生學習的興趣，建立能量流動在食物鏈中流動的感性認識。從而引入新課，出示目標。然后以問題討論為主線，引導學生利用已有知識，自主獲取新知識；通過生生交流、合作學習初步理解能量流動的概念、及相關問題，然后師生互動，教師運用能量流動的多媒體課件，形象地演示相鄰兩個營養(yǎng)級之間的能量變化關系，進行

6、點撥釋疑，使學生直觀形象地理解一個營養(yǎng)級的能量來源和去向，然后利用多媒體展示林德曼的研究資料，引導學生利用表格進行分析，探討能量流動過程的特點，并學會計算能量的傳遞效率。然后讓學生根據(jù)能量流動的特點構建數(shù)學模型與物理模型（能量金字塔）。進而總結出能量流動的概念、能量的來源和去路，及能量流動的特點及意義。最后利用典型的習題來加強對知識的理解，并投影出整節(jié)課的知識要點體系，以便幫助形成系統(tǒng)的認識。在教學中要聯(lián)系實際，重視“分析和處理數(shù)據(jù)”技能的訓練，讓學生體驗整理數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，并最終用數(shù)據(jù)說明生物學現(xiàn)象和規(guī)律，從而突破教學的難點。五教學過程：【直觀展示，引入課題，明確學習目標】（投影）

7、問題探討：孤島生存假設你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，那里除了有能飲用的水以外，幾乎沒有任何食物。你隨身尚存的食物只有一只母雞、15kg玉米。討論：你認為以下哪種生存策略能讓你維持更長的時間來等待救援：1、先吃雞，再吃玉米。2、先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。學生積極思考，討論的興趣很高，他們有選1的也有選2的，但多數(shù)學生選2。（學生可能會從可持續(xù)發(fā)展的角度思考，教師可以不給出確切答案，但要引導學生從生存、從獲得能量的角度分析。）講述：合理答案到底是1還是2呢，我想我們學了這節(jié)課后自然能見分曉。進而引入課題第2節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，多媒體展示教學目標?！驹O置

8、問題，學生自學，讓學生主動獲取知識】問題：什么是生態(tài)系統(tǒng)的能量流動？怎樣研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動？（學生活動，思考討論）學生閱讀課本P93，找出生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的概念及研究方法。講述：生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。研究能量流動可以在個體水平上，也可以在群體水平上。研究生態(tài)系統(tǒng)中能量流動一般在群體水平上，這種將群體視為一個整體進行研究是系統(tǒng)科學常用的研究方法?！就队皥D解】（一）總結能量流動的概念生態(tài)系統(tǒng)的能量的輸入、傳遞、轉化、散失的過程就是生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。【生生交流，合作探究，進行知識加工】閱讀課本P93-94，多媒體展示 “草原生態(tài)系統(tǒng)”圖,思考下

9、列問題：（投影）提出問題：1.寫出圖中涉及的食物鏈。2.草的能量是怎樣得來的？草的能量將有哪些去路？（該生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者（兔）中的能量的來源和去路？）3.兔吃草后，草的能量能被兔全部利用了嗎？兔是如何利用草的能量？4.該生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的起點是從什么地方開始的？生產(chǎn)者（草）在該過程中的作用是什么？5.輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是多少？能量流動的渠道是什么？ 能量流動的過程是怎樣的？學生積極思考，相互討論，補充和完善相關答案?！編熒涣鳎c撥釋疑，構建知識體系】多媒體播放“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”動態(tài)圖解，然后師生共同討論上述問題?！就队皥D解】生態(tài)系統(tǒng)中能量流動過程示意圖 能量流動的起點：始于生產(chǎn)

10、者固定太陽能(能量的輸入). 流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量：該生態(tài)系統(tǒng)中全部生產(chǎn)者通過光合作用所固定的太陽能的總量是流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量。能量流動的渠道：沿著食物鏈的各個營養(yǎng)級流動(能量的傳遞)；能量沿著食物鏈流動時，每一營養(yǎng)級都有輸入、傳遞、轉化和散失的過程。生物體內的化學能生物體內的化學能熱能，熱能是能量流動的最終歸宿。也就是最終以呼吸熱形式散失(能量的輸出)。生產(chǎn)者固定的太陽能有三個去處：a一部分被自身的生命活動消耗了，即被呼吸作用分解了；b儲存在生產(chǎn)者體內的能量，一部分被初級消費者攝食同化流入第二營養(yǎng)級；c沒被初級消費者利用的枯枝落葉和初級消費者攝食未同化而排出的糞便中的這一部分能量被分解者

11、釋放出來。對于初級消費者所同化的能量，也是這三個去處。并且可以認為，一個營養(yǎng)級所同化的能量=呼吸散失的能量+分解者分解釋放的能量+被下一營養(yǎng)級同化的能量。但最高營養(yǎng)級的情況除外。師生總結：生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動是從綠色植物的光合作用固定太陽能開始的，輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量就是綠色植物固定的太陽能總量；這些能量是通過食物鏈和食物網(wǎng)逐級流動的。能量沿著食物鏈流動時，每一營養(yǎng)級都有輸入、傳遞、轉化和散失的過程。（屏幕逐一顯示“能量流動的過程示意圖”）。流入一個營養(yǎng)級的能量是指該營養(yǎng)級的同化量；能量的去路包括自身呼吸作用消耗和用于生長、發(fā)育與繁殖等生命活動，儲存在生物體的有機物中，后者能量的去路包括流入

12、下一個營養(yǎng)級、被分解者利用（投影）思考與討論：1. 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和轉化是否遵循能量守恒定律？為什么？2. 流經(jīng)某生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個生態(tài)系統(tǒng)中來？3. 請同學們依圖，定性分析為什么生態(tài)系統(tǒng)能量流動的圖解中方框逐級變小，圖中的箭頭有哪些含義？箭頭越來越細？這說明生態(tài)系統(tǒng)能量流動有什么特點？ 【生生交流，合作探究，進行知識加工】學生回答：在方向上：單向流動（由于捕食關系不能顛倒，營養(yǎng)級也不能逆向，所以能量的流動是單向的。）在數(shù)值上：方框大小、箭頭大小逐級遞減（呼吸中以熱能形式散失的能量是不可再利用的，因此能量的流動是逐級遞減的。）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動是單向流動、逐級遞減的；能量是不

13、能循環(huán)利用的。教師講述：定性分析后，介紹美國生態(tài)學家林德曼及賽達伯格湖：賽達伯格湖是一個天然的高原湖泊，氣候較為寒冷，人口稀少，保留了原始景觀，大約50公頃，是一個較小且封閉的湖泊。美國有許多湖泊，為什么林德曼會選擇這樣一個小湖來研究呢？（湖小，生物少；較為封閉，自然的，人為的干擾因素較少，可降低研究難度）介紹林德曼的研究方法：湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)實地研究和實驗室水生生態(tài)箱試驗相結合，對湖中各種生物所含的能量進行定量測定。林德曼還從中國諺語“大魚吃小魚，小魚吃蝦米”中得到啟發(fā)：要從食物鏈的角度來進行研究。1942年，林德曼發(fā)表了生態(tài)學的營養(yǎng)動態(tài)概說，他的這項研究具有極為重要的意義，奠定了現(xiàn)代生態(tài)學的基

14、礎，在他的研究成果中一個重要的貢獻就是給出了賽達伯格湖的能量流動圖解?！就队皥D解】（三）能量流動特點（投影）資料分析：投影教材中“賽達伯格湖的能量流動圖解”，討論完成課本P95的問題及對能量流動進行定量計算。1、用表格的形式，將圖中的數(shù)據(jù)進行整理。即將每一營養(yǎng)級上的能量“流入”和“流出”整理成一份清單。2、計算“流出” 該營養(yǎng)級的能量占“流入” 該營養(yǎng)級能量的百分比。（即從第一營養(yǎng)級流入第二營養(yǎng)級的能量的百分比，從第二營養(yǎng)級流入第三營養(yǎng)級的能量的百分比）3、流入某一營養(yǎng)級的能量，為什么不會百分之百地流到下一個營養(yǎng)級？4、通過以上分析，你能總結出什么規(guī)律？學生列表并計算。（第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級

15、：62.8464.6=13.5%；第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級：12.662.8=20%。計算方法：（下一營養(yǎng)級同化量本營養(yǎng)級同化量）100%）師生總結：生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)級越多，在能量流動過程中消耗的能量就越多。林德曼的研究發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動具有兩個特點：1、單向流動；2、逐級遞減：傳遞效率為10%20%。（“十分之一”定律）?？梢杂媚芰拷鹱炙庇^地表示生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞規(guī)律。投影如右圖：思考：如果把各個營養(yǎng)級的生物數(shù)量關系，用繪制能量金字塔的方式表達出來，是不是也是金字塔形？如果是，有沒有例外？【師生交流，點撥釋疑，構建知識體系】舉例：繪制一個有樹木、昆蟲和小鳥組成的生態(tài)系統(tǒng)的生物個體數(shù)量金字

16、塔。觀察它們和能量金字塔的區(qū)別。不同的生態(tài)金字塔能形象地說明營養(yǎng)級與能量、生物量、數(shù)量之間的關系，是定量研究生態(tài)系統(tǒng)的直觀體現(xiàn)。投影知識框架，形成系統(tǒng)認識。講述：學習了剛才的內容，請同學們再回到孤島生存的問題上，那么你會再選擇哪種策略？學生一致回答：1講述：人們在利用生態(tài)系統(tǒng)資源的過程中，期望的高效與持續(xù)常常會發(fā)生矛盾。如何根據(jù)客觀規(guī)律來調整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系，以滿足人類的需求，是一個必須解決的重要問題?！緦W以致用，解決問題】（投影）1如何確定一個草場的載畜量，以防止由于過度放牧而使草場退化？2.讓學生從能量流動特點的角度解釋如下兩個現(xiàn)象：(1)一條食物鏈一般不會超過5個營養(yǎng)級；(2)、

17、“一山不容二虎”。3.小結學習“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”有什么實際意義？【生生交流，合作學習，解決問題】第一題是一個聯(lián)系實際的開放性問題，可以引導學生對第三題分析，讓學生通過熱烈的討論，學會利用生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點在實際中的應用，初步了解生態(tài)農業(yè)的優(yōu)越性主要在于物質的良性循環(huán)和能量的多級利用。第二題也是根據(jù)能量流動的傳遞規(guī)律解決的實際問題?！編熒涣鳎c撥釋疑，構建知識體系】講述：1研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們科學規(guī)劃、設計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。例如，在農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，如果把作物秸桿當燃料燒掉，人類就不能充分利用秸桿的能量；如果將秸桿做飼料飼養(yǎng)牲畜，讓牲畜糞便進入沼氣池，

18、將發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣做燃料，將沼氣池中的沼渣做肥料，就能實現(xiàn)對能量的多級利用，從而大大提高能量的利用率?！吧；~塘”(利用桑葉喂蠶，蠶沙養(yǎng)魚，魚塘泥肥桑)生產(chǎn)方式就是從人類所需出發(fā)，通過能量多級利用，充分利用流經(jīng)各營養(yǎng)級的能量，提高生產(chǎn)效益，也基本體現(xiàn)了這個原理。2研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，還可以幫助人們合理地調整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系，使能量持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分。例如，在一個草場上，如果放養(yǎng)的牲畜過少，就不能充分利用牧草所能提供的能量；如果放養(yǎng)的牧畜過多，就會造成草場的退化，使畜產(chǎn)品的產(chǎn)量下降。只有根據(jù)草場的能量流動特點，合理確定草場的載畜量，才能保持畜產(chǎn)品的持續(xù)高產(chǎn)。3根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)

19、的結構與功能，結合各地的自然條件、生產(chǎn)技術和社會需要，可以設計出多種農業(yè)生態(tài)體系。在人類利用資源的過程中持續(xù)和高效常常會發(fā)生矛盾，例如，漁業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和農業(yè)的高產(chǎn)帶來的是魚類資源的枯竭、森林的破壞、草原的退化和環(huán)境的污染。因此，要實現(xiàn)社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，必需研究生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動規(guī)律。【投影圖解】（四） 研究能量流動的意義【練習反饋，糾錯釋疑、拓展延伸】（投影）1.如圖所示，該食物網(wǎng)中，若人的體重增加1kg，最少消耗水藻kg，最多消耗水藻kg。2.如圖是生態(tài)系統(tǒng)能量流動的圖解，對此圖理解有誤的是()A圖中方框的大小可表示該營養(yǎng)級生物所具有的能量多少B該圖中C所具有的能量為B的10%20%C該圖中的A固定的能量表示流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量D圖中A固定的能量是B、C、D的能量之和【總結評價，構建框架圖，回歸主題】總結：本節(jié)課我們學習了生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的相關知識，通過學習生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，我們知道生態(tài)系統(tǒng)必須不斷地從外界獲取能量。能量是一切生命的動力，是生態(tài)系統(tǒng)的基礎。能量流動維持各個營養(yǎng)級的生命和繁殖后代，使得一個生態(tài)系統(tǒng)得以存在和發(fā)展。能量流動是一個客觀規(guī)律，只有合理地調整生態(tài)系統(tǒng)中能量流動關系，才能使能量持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分。研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們科學規(guī)劃、設計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。（投影）本節(jié)板書六教學反思“教然