生態(tài)系統(tǒng)的功能教案示例（一）

1、生態(tài)系統(tǒng)的功能 教學(xué)目標(biāo)  1了解能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的功能，了解能量流動(dòng)的定義、過程以及研究能量流動(dòng)的意義，了解物質(zhì)循環(huán)的定義，理解能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)，理解能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的區(qū)別和聯(lián)系。2通過指導(dǎo)學(xué)生分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生分析綜合和推理的思維能力。3通過了解生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程和碳循環(huán)的過程，滲透普遍聯(lián)系的辯證觀點(diǎn)；通過了解生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程和碳循環(huán)的過程，滲透物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)；通過了解生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，滲透生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)整體的觀點(diǎn)。  重點(diǎn)、難點(diǎn)分析  1生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程和特點(diǎn)是本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)知識(shí)

2、，因?yàn)椋海?）能量是一切生命活動(dòng)的動(dòng)力，也是生態(tài)系統(tǒng)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。生物圈中每一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)都是一個(gè)能量輸入、傳遞和輸出的系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能量單向傳遞的全過程，叫作能量流動(dòng)。這是生態(tài)系統(tǒng)功能的一個(gè)重要體現(xiàn)。（2）指導(dǎo)學(xué)生分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)過程和特點(diǎn)的過程，也就是培養(yǎng)學(xué)生分析綜合和推理的思維能力的過程；同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程，滲透著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)普遍聯(lián)系的辯證觀點(diǎn)，是滲透辯證唯物主義觀點(diǎn)教育的極好素材。（3）研究能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)，一方面可以鞏固前面學(xué)習(xí)的食物鏈和食物網(wǎng)的知識(shí)，另一方面也為研究生態(tài)系統(tǒng)的目的服務(wù)于人類自身（能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠郑┐蚝没A(chǔ)。2生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)是

3、本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的又一重點(diǎn)，因?yàn)椋?）物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)功能的另一個(gè)重要體現(xiàn)，而碳循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的代表性物質(zhì)循環(huán)。通過理解生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的基本特征，可以為分析能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的區(qū)別與聯(lián)系奠定基礎(chǔ)。（2）碳循環(huán)的過程，包含了生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)組成成分之間的物質(zhì)聯(lián)系，滲透著物質(zhì)普遍聯(lián)系的辯證觀點(diǎn)，是進(jìn)行辯證唯物主義觀點(diǎn)教育的極好素材。3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程和特點(diǎn)也是本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)知識(shí)，因?yàn)椋海?）能量本身是一個(gè)抽象的概念，能量流動(dòng)也是抽象的，在學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，對(duì)于能量的認(rèn)識(shí)不是很充分，對(duì)于能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)更是生疏，因而成為認(rèn)知上的難點(diǎn)。教師引導(dǎo)學(xué)生分析時(shí)，應(yīng)首先提示學(xué)生“能量是

4、一切生命活動(dòng)的動(dòng)力”，生態(tài)系統(tǒng)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)也需要能量，再引導(dǎo)學(xué)生分析生態(tài)系統(tǒng)的能量輸入、傳遞和輸出的過程。（2）對(duì)于能量流動(dòng)特點(diǎn)的分析，引導(dǎo)學(xué)生從具體的能量流動(dòng)過程分析出抽象的能量流動(dòng)的特點(diǎn)，組織學(xué)生分析必須有很好的切入點(diǎn)，采用設(shè)計(jì)合理的問題或提示分析的角度的方式引導(dǎo)學(xué)生分析能量流動(dòng)的特點(diǎn)，因而也是教師組織教學(xué)的難點(diǎn)。4能量金字塔是生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞效率的一種直觀表示方法，能量金字塔的概念的提出是教學(xué)中的難點(diǎn)，教師可以從如何直觀表示生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞效率的角度提出能量金字塔的概念，既有利于對(duì)能量金字塔概念的理解，又有利于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞效率知識(shí)的理解。  教學(xué)過程設(shè)計(jì) 

5、一、本課題的參考課時(shí)為二課時(shí)。二、第一課時(shí)：1復(fù)習(xí)提問：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是怎樣的？在學(xué)生回答完成后，教師指出生態(tài)系統(tǒng)中生物之間的最重要的聯(lián)系是營(yíng)養(yǎng)聯(lián)系，即通過食物鏈和食物網(wǎng)形成一個(gè)整體，所以說，生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)是生態(tài)系統(tǒng)重要的結(jié)構(gòu)特征。引出課題時(shí)，教師可以指出生態(tài)系統(tǒng)不僅具有一定的結(jié)構(gòu)，而且還有一定的功能。生態(tài)系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，引出本節(jié)的學(xué)習(xí)課題。2生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的教學(xué)，應(yīng)首先強(qiáng)調(diào)說明能量是一切生命活動(dòng)的動(dòng)力，同樣也是生態(tài)系統(tǒng)存在和發(fā)展的動(dòng)力。然后引導(dǎo)學(xué)生分析生態(tài)系統(tǒng)總的能量來源是什么？再引導(dǎo)學(xué)生分析太陽能是如何輸入生態(tài)系統(tǒng)的？以及能量進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后的傳遞、消耗的大致過

6、程怎么樣？由此了解生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的概況，為后面的分析奠定基礎(chǔ)。3能量流動(dòng)過程的教學(xué)，可以通過學(xué)生觀察“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)（圖解）”來分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程。即能量流動(dòng)是從綠色植物把太陽能固定在體內(nèi)后開始的（起點(diǎn)）；并沿著食物鏈或食物網(wǎng)的各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞（渠道），最后以呼吸熱形式逸散。這是能量流動(dòng)的總的過程。教師還要注意引導(dǎo)學(xué)生對(duì)處于同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物的能量輸入、利用、輸出作出觀察分析。即消費(fèi)者通過取食（生產(chǎn)者是通過光合作用）獲得能量，通過呼吸消耗能量用于生命活動(dòng)（呼吸熱形式逸散），貯存于生物體內(nèi)的能量被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物取食獲得，或被分解者分解利用（還是以呼吸熱的形式逸散，只不過是分解者的呼吸熱形

7、式）。這樣就從每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的“點(diǎn)”上，來理解生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的意義。在能量流動(dòng)的教學(xué)中，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生分析生產(chǎn)者在能量流動(dòng)過程中的作用，即生產(chǎn)者是消費(fèi)者和分解者獲得能量的源泉，是生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的基礎(chǔ)，由此突出生產(chǎn)者在生態(tài)系統(tǒng)中的重要地位。4能量流動(dòng)特點(diǎn)的教學(xué)，可以在前面對(duì)能量流動(dòng)過程分析的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度獨(dú)立分析。從傳遞過程的角度，引導(dǎo)學(xué)生分析能量流動(dòng)的起點(diǎn)（生產(chǎn)者固定太陽能）、渠道（食物鏈或食物網(wǎng)）和終點(diǎn)（呼吸熱）；從傳遞方向的角度，引導(dǎo)學(xué)生分析由于食物鏈中各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的關(guān)系不能逆轉(zhuǎn)，以呼吸熱形式逸散的能量也不能被生產(chǎn)者再次固定，所以系統(tǒng)內(nèi)的能量流動(dòng)是單向的；從傳遞數(shù)量的角度

8、，引導(dǎo)學(xué)生分析由于各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物本身生命活動(dòng)要消耗能量，生物遺體、遺物內(nèi)含能量等，所以只有一部分能量沿著食物鏈的營(yíng)養(yǎng)級(jí)依次傳遞；從傳遞效率的角度，引導(dǎo)學(xué)生分析由于各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)流動(dòng)能量的損失（原因由學(xué)生自己分析），能量傳遞效率約為1020。5能量金字塔的教學(xué)，可以從引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)分析能量流動(dòng)的特點(diǎn)引出。即沿著食物鏈的各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)呈單方向流動(dòng)的能量，每經(jīng)過一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)大致降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，營(yíng)養(yǎng)級(jí)別越高，能量傳遞比例則越低，這是各種生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的共同規(guī)律。這種能量流動(dòng)的傳遞效率可以用一種方式形象地表示出來能量金字塔。然后具體指出能量金字塔是用各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量數(shù)值繪制成的。再用“某一個(gè)湖的能量金字塔”的圖解

9、具體說明能量金字塔的表示方法和意義。6最后引導(dǎo)學(xué)生分析研究能量流動(dòng)的主要目的是什么為人類自身服務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生分析認(rèn)識(shí)到：通過調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)關(guān)系的方式，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧＝處熆梢砸龑?dǎo)學(xué)生列舉實(shí)例或教師自己列舉實(shí)例具體說明調(diào)整能量流動(dòng)方向以更好地為人類服務(wù)。7本課時(shí)結(jié)束時(shí)，教師可以通過一定方式檢測(cè)學(xué)生的理解程度，例如，可以讓學(xué)生分析為什么一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈的營(yíng)養(yǎng)級(jí)一般不超過5級(jí)。三、第二課時(shí)：1第二課時(shí)的開始可以讓學(xué)生回憶和討論第一課時(shí)學(xué)習(xí)和討論的問題，如概述生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的基本特點(diǎn)，以及能量流動(dòng)的意義等問題，接著開始進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的教學(xué)。2生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的教學(xué)，首先是

10、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的概念教學(xué)，即生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)是指組成生物體的一些基本元素，在生物群落與無機(jī)環(huán)境之間反復(fù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。注意指出兩點(diǎn)，一是物質(zhì)循環(huán)帶有全球性質(zhì)，故又叫生物地化循環(huán)；二是物質(zhì)指的是什么物質(zhì)，主是指C、H、O、N、P、S等元素的循環(huán)。為后面分析物質(zhì)循環(huán)奠定基礎(chǔ)。3碳循環(huán)是生物圈內(nèi)基本的物質(zhì)循環(huán)之一，教師通過指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)碳循環(huán)來了解生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過程。碳循環(huán)的教學(xué)應(yīng)加強(qiáng)直觀性，可以利用教材上“碳的循環(huán)”圖解來進(jìn)行，即引導(dǎo)學(xué)生觀察“碳的循環(huán)”圖解，教師提出一系列的問題要學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上進(jìn)行解答。首先讓學(xué)生分析碳在生物圈中的存在部位和存在形式，注意引導(dǎo)學(xué)生從無機(jī)環(huán)境和生物群落兩個(gè)部位

11、找出碳的存在形式。然后讓學(xué)生分析碳在無機(jī)環(huán)境與生物群落之間的循環(huán)，要求答出循環(huán)的物質(zhì)形式是二氧化碳，從無機(jī)環(huán)境進(jìn)入生物群落是通過生產(chǎn)者的光合作用，從生物群落進(jìn)入無機(jī)環(huán)境主要是通過生物的呼吸作用（包括生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者的呼吸作用），此外還以化石燃料的形式儲(chǔ)藏于地層中或化石燃料的燃燒。之后讓學(xué)生分析碳在生物群落之間的運(yùn)動(dòng)，從生產(chǎn)者到消費(fèi)者，從生產(chǎn)者、消費(fèi)者到分解者，應(yīng)讓學(xué)生分析出碳在生物群落之間的運(yùn)動(dòng)是沿著食物鏈或食物網(wǎng)進(jìn)行的。最后教師可以以黑板板圖的形式畫出碳循環(huán)的圖解（圖7-3）。4能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的聯(lián)系與區(qū)別的教學(xué)。上述教學(xué)活動(dòng)完成后，可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)進(jìn)行對(duì)比

12、，尋找二者的聯(lián)系和區(qū)別。物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)之間有著密切關(guān)系，在生物群落中兩者都是以食物鏈和食物網(wǎng)為渠道流動(dòng)的，而且能量流動(dòng)必須伴隨著物質(zhì)循環(huán)來進(jìn)行；能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的不同之處是：能量流動(dòng)是單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減的，而物質(zhì)是周而復(fù)始地循環(huán)。5第二課時(shí)完成后，可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)堂進(jìn)行反饋和矯正（檢測(cè)方式和內(nèi)容略）。四、本課題教學(xué)中應(yīng)注意的問題：1注意教學(xué)方法的靈活性。有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)主要功能的知識(shí)，實(shí)際上是系統(tǒng)生態(tài)學(xué)的核心內(nèi)容。這部分知識(shí)中名詞概念較多，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)均包含許多基本要點(diǎn)，因而學(xué)生難以理解和掌握這部分知識(shí)。在教學(xué)中，教師應(yīng)采用多種靈活的教學(xué)方法，深入淺出地闡述有關(guān)的知識(shí)要點(diǎn)，

13、并以一定的方式適時(shí)地進(jìn)行反饋和矯正，以此強(qiáng)化學(xué)生對(duì)本部分知識(shí)的理解和掌握。2教學(xué)中注意前后知識(shí)的聯(lián)系。本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容不但本身聯(lián)系非常密切，而且與其它各部分的知識(shí)聯(lián)系也非常密切，因而在教學(xué)中要注意知識(shí)之間的聯(lián)系，以便更好地理解本部分知識(shí)，并加深對(duì)各部分知識(shí)的理解和融會(huì)貫通。如：能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)與綠色植物的光合作用知識(shí)相聯(lián)系、與生物的呼吸作用知識(shí)相聯(lián)系、與食物鏈和食物網(wǎng)的知識(shí)相聯(lián)系，以及能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)知識(shí)之間的聯(lián)系等，注意這些聯(lián)系都有助于教學(xué)效果的提高。3本節(jié)教學(xué)中，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，本身蘊(yùn)含著豐富的辯證唯物主義觀點(diǎn)，如物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)、事物普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)、生態(tài)系統(tǒng)的整體性觀點(diǎn)等，教師應(yīng)注意

14、有意識(shí)地滲透到教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程之中，讓學(xué)生在潛移默化中受到觀點(diǎn)教育。  小資料  一、能量流動(dòng)和熱力學(xué)定律：能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動(dòng)、轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化是嚴(yán)格地遵守?zé)崃W(xué)第一定律和第二定律。熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用。“在自然界的一切現(xiàn)象中，能量既不能創(chuàng)造，也不能消滅，而只能以嚴(yán)格的化學(xué)計(jì)量比例，由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式?！本G色植物能夠吸收太陽能，借助光合作用將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能；生物中的化學(xué)能可以轉(zhuǎn)變成機(jī)械能；熒火蟲能夠把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能；電鰻則能把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。這些例子都說明動(dòng)能和潛能是可以轉(zhuǎn)化的，但是在轉(zhuǎn)化中，必須考慮到能量的總和，應(yīng)該計(jì)算進(jìn)出一個(gè)系統(tǒng)全

15、部能量的總和。熱力學(xué)第二定律，最常見的有兩種敘述形式。1850年勞休斯提出“熱從低溫物體傳給高溫物體而不產(chǎn)生其它變化是不可能的”。  1851年開爾文提出：“從一個(gè)熱源，使之完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其它變化是不可能的?！币虼耍芰吭谏鷳B(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的流動(dòng)是單向的，而且轉(zhuǎn)化過程中不斷有熱的產(chǎn)生和消耗，從前面一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楹竺嬉粋€(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的潛能不可能是百分之一百的。能量從集中型到分散型的衰敗，可以不需外力的幫助而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，熱力學(xué)中將它稱為自發(fā)過程或自動(dòng)過程。為了判斷自發(fā)過程的方向和限度，一般以熵和自由能為自發(fā)過程的兩個(gè)狀態(tài)函數(shù)來進(jìn)行描述。熱力學(xué)第二定律也稱熵律。熵值可以作為一個(gè)系統(tǒng)無

16、序狀態(tài)的量度。整個(gè)自然界的變化的趨勢(shì)是從有序到無序，熵值增加，從而放出能量，例如生態(tài)系統(tǒng)中復(fù)雜的有機(jī)物，被還原者分解為無機(jī)物，這是一個(gè)自發(fā)過程。但是，生態(tài)系統(tǒng)作為開放系統(tǒng)，由于負(fù)熵流的不斷輸入，借助于光能，可以將水和二氧化碳變成有機(jī)物，從無序到有序。生態(tài)系統(tǒng)中生命成分的各種表現(xiàn)都與能量轉(zhuǎn)化有關(guān)，生命的本質(zhì)就是生長(zhǎng)繁殖、物質(zhì)合成等連續(xù)變化的過程，這一切都伴隨著能量轉(zhuǎn)化的過程。因此，沒有能量的轉(zhuǎn)化也就沒有生命。顯然，第二定律也在生物系統(tǒng)中起作用。例如當(dāng)人體細(xì)胞中的糖經(jīng)過氧化作用釋放能量時(shí)，大約只有55的能量被固定在各種其它化學(xué)鍵之中，其余的則以熱的形式消散到環(huán)境中去。熵值隨著每一化學(xué)反應(yīng)而增加。同

17、樣，能量在營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間流動(dòng)時(shí)，大部分能量都以熱的形式散失。二、生物金字塔：大草原上草叢一望無際，各種各樣的昆蟲隨處可見，無須查數(shù)，鳥雀要比昆蟲少，鷹比鳥雀少得多。食物鏈的營(yíng)養(yǎng)級(jí)從低到高，生物數(shù)量越來越少。英國(guó)生態(tài)學(xué)家查爾斯研究了這種現(xiàn)象后，提出了生物金字塔的概念。下面是生物金字塔的例子。1生物數(shù)目金字塔：人們對(duì)一片草地上草牧鏈的所有生物成員作了統(tǒng)計(jì)：生產(chǎn)者（野草）5842424株；消費(fèi)者（草原動(dòng)物、昆蟲） 708 624只；消費(fèi)者（肉食動(dòng)物、吃昆蟲的小鳥） 354 904 只；消費(fèi)者（肉食動(dòng)物、吃小鳥的鷹） 3只。2生物量金字塔：人們對(duì)一片海域中生態(tài)系統(tǒng)作了統(tǒng)計(jì)：生產(chǎn)者（大葉藻） 4 800萬噸

18、；消費(fèi)者（吃大葉藻的小魚蝦） 1200萬噸；消費(fèi)者（吃小魚蝦的大魚）17萬噸；消費(fèi)者（吃大魚的魚）3萬噸。3生物能量金字塔：在某一生態(tài)系統(tǒng)1平方米的面積上：生產(chǎn)者（植物）凈生產(chǎn)的能量是 36 922千焦；消費(fèi)者（草食動(dòng)物）凈生產(chǎn)的能量是 6 178千焦；消費(fèi)者（肉食動(dòng)物）凈生產(chǎn)的能量是280千焦；消費(fèi)者（肉食動(dòng)物）凈生產(chǎn)的能量是25千焦。三、生物地化循環(huán)的類型：生物地化循環(huán)可分為三大類型，即水循環(huán)、氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)。在氣體型循環(huán)中，物質(zhì)的主要儲(chǔ)存庫是大氣和海洋，其循環(huán)與大氣和海洋密切相聯(lián)，具有明顯的全球性，循環(huán)性能最為完善。凡屬于氣體型循環(huán)的物質(zhì)，其分子或化合物常以氣體形式參與循環(huán)過程，屬于這類的物質(zhì)有氧、二氧化碳、氮、氯、澳和氟等。參與沉積型