第三節(jié) 能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)

1、第三節(jié) 能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)(高二生物備課組)一、教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)目標(biāo)（1）了解生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的狀況（C：理解）（2）理解能量流動(dòng)的特點(diǎn)以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響和意義（C：理解）（3）了解生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的狀況（C：理解）（4）了解水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)的途徑和對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響（B：識(shí)記）2能力目標(biāo)（1）通過課外的分組實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ骄磕芰?。?）通過互聯(lián)網(wǎng)查詢獲得資料的能力。（3）課堂上的分組討論和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和結(jié)果的對(duì)比培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力。（4）通過繪制流程圖訓(xùn)練對(duì)知識(shí)的歸納能力。3情感態(tài)度和價(jià)值觀（1）在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和研究中要具有實(shí)事求是和勇于探究的精神

2、。（2）在分工合作和相互評(píng)價(jià)過程中體驗(yàn)合作精神。（3）通過學(xué)習(xí)人類活動(dòng)對(duì)物質(zhì)循環(huán)的影響，滲透生態(tài)道德教育，培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境保護(hù)意識(shí)。二、教材分析1教材的地位、作用等分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能，生態(tài)系統(tǒng)的各成分之間通過能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)緊密聯(lián)系在一起；同時(shí)，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的狀態(tài)又和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有密切關(guān)系。學(xué)習(xí)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的過程有利于我們了解生態(tài)系統(tǒng)各組成成分之間的關(guān)系，把握生態(tài)系統(tǒng)的總體特征。這是第六章的重點(diǎn)內(nèi)容，它不僅前面內(nèi)容的歸納和總結(jié)，還有利于我們理解生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的形成和基本特征。2教學(xué)重、難點(diǎn)分析教學(xué)重點(diǎn)：物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的特點(diǎn)。 教學(xué)難點(diǎn)：從實(shí)驗(yàn)的

3、過程探索物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的特點(diǎn)。建議課時(shí) 2課時(shí)。第1課時(shí)：能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)特點(diǎn)。第2課時(shí)：水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)三、學(xué)情分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)以及水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)的過程學(xué)生在高中地理中已經(jīng)有所涉及，對(duì)基本內(nèi)容不難理解。但是，學(xué)生學(xué)到的基本上是一些結(jié)論性的知識(shí)，對(duì)于知識(shí)的獲得的研究過程和所學(xué)知識(shí)和實(shí)際生態(tài)現(xiàn)象的聯(lián)系等都不是十分清楚。本課時(shí)教學(xué)的目的，一方面要讓學(xué)生了解相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，同時(shí)，通過簡單的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生將書本知識(shí)和生態(tài)現(xiàn)象結(jié)合，加深理解并學(xué)會(huì)利用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)際問題。四、教學(xué)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)思路（1）指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探索維持一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件生態(tài)系統(tǒng)

4、的維持需要不斷有能量輸入，而生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)能夠自給自足并不斷反復(fù)利用，這種反復(fù)利應(yīng)該以生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者以及非生物環(huán)境的相互作用實(shí)現(xiàn)。但是通過實(shí)際觀察很難發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，而書上提供的研究實(shí)驗(yàn)學(xué)生又不容易理解。所以可以通過讓學(xué)生制造一個(gè)簡單的生態(tài)系統(tǒng)來研究這一現(xiàn)象。通過要求學(xué)生設(shè)計(jì)利用最少的外界條件能夠維持穩(wěn)定的生態(tài)球，同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生網(wǎng)上查詢生態(tài)球的制作技術(shù)，可以讓學(xué)生在操作中建立生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)可以自給自足和必須不斷依賴太陽能的感性認(rèn)識(shí)。（2）通過各小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)效果的對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生歸納出理論依據(jù)課堂上通過各小組實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案和最終是否達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期的效果，評(píng)選出最簡單有效的方案，要求

5、學(xué)生解釋該方案的設(shè)計(jì)思路，教師評(píng)價(jià)并最后上升為理論：生態(tài)系統(tǒng)對(duì)能量和物質(zhì)的需求和能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)。（3）引導(dǎo)學(xué)生閱讀并利用系列預(yù)設(shè)問題，幫助學(xué)生總結(jié)規(guī)律并應(yīng)用規(guī)律分析問題通過實(shí)驗(yàn)中的感性認(rèn)識(shí)，學(xué)生不難理解能量流動(dòng)的逐級(jí)遞減的原理和研究方法，引導(dǎo)學(xué)生閱讀書本能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的內(nèi)容，通過一些問題幫助學(xué)生提煉其中的要點(diǎn)，總結(jié)規(guī)律。并結(jié)合營養(yǎng)級(jí)中能量金字塔、生物量金字塔的知識(shí)和一些實(shí)際問題，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)利用知識(shí)分析實(shí)際問題的方法。（4）指導(dǎo)學(xué)生繪制各種流程圖，幫助學(xué)生提煉知識(shí)要點(diǎn)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的聯(lián)系；和水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)的過程書上均有圖解，但以示意圖方式雖然直觀，但是和物質(zhì)循環(huán)相關(guān)的

6、生理過程和有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)成分之間的關(guān)系不明確。讓學(xué)生根據(jù)示意圖畫出流程圖，可以簡化表達(dá)過程，明確物質(zhì)轉(zhuǎn)移途徑，再通過一些預(yù)設(shè)的問題讓學(xué)生分析與之相關(guān)的生態(tài)問題。在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生應(yīng)該較容易掌握。2教學(xué)過程教學(xué)程序教 學(xué) 過 程教學(xué)手段課前準(zhǔn)備【第一課時(shí)】1實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和分析2能量流動(dòng)的概念3研究能量流動(dòng)的方法布置實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)在授課前10天左右布置。將全班分為4個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，各自選出小組長和組內(nèi)的發(fā)言人，教師布置研究課題：課題：制造一個(gè)能夠維持穩(wěn)定的生態(tài)球材料：直徑10cm的帶塞的廣口瓶，鯽魚育苗若干。要求：生態(tài)球內(nèi)部成分可以自行增加，但是一旦制成后，必須盡可能減少對(duì)外界的依賴性，并使瓶中的3條鯽魚

7、苗存活5天以上。以鯽魚苗是否存活和對(duì)外界條件的依賴程度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。每個(gè)小組推選一個(gè)發(fā)言人，要求說明生態(tài)球內(nèi)部成分設(shè)置；設(shè)置這些成分的目的和設(shè)置原理；為了維持該生態(tài)球運(yùn)行，需要那些的外界條件；這些外界條件對(duì)維持生態(tài)球存在的作用；最后的效果。向?qū)W生提供一些資料或提供給學(xué)生一些關(guān)鍵詞：生態(tài)球、生態(tài)球制作、能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)等，供學(xué)生上網(wǎng)查詢資料。 各小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法直接影響課堂教學(xué)過程，所以教師必須經(jīng)常關(guān)注學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，有必要時(shí)可以采取一些引導(dǎo)（如生態(tài)球是否密閉，是否要額外喂食等），保證有比較好符合教師要求的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和答辯：學(xué)生活動(dòng)各實(shí)驗(yàn)小組將設(shè)計(jì)的生態(tài)球展示在講臺(tái)上，請(qǐng)每個(gè)

8、小組的發(fā)言人上臺(tái)介紹設(shè)計(jì)思路和效果。各小組討論后，4個(gè)組長投票，選出依賴外界條件最少并能夠使鯽魚苗存活5天以上的小組（預(yù)期該小組的設(shè)計(jì)應(yīng)該是以金魚藻等水生植物和鯽魚以及其它條件構(gòu)成，事先加入一些食物后密封，不需要其它外界條件）。 教師點(diǎn)評(píng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的成功之處：（1）生態(tài)球內(nèi)含有生態(tài)系統(tǒng)中的各種成分：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者而且比例恰當(dāng)：生產(chǎn)者的生物量多于消費(fèi)者。（2）生態(tài)球完成后，完全密封，不需要補(bǔ)充任何外界的物質(zhì)，也能維持一段時(shí)間的穩(wěn)定。教師提問為什么生態(tài)球中一定要加一些植物？答：消費(fèi)者、分解者的生存都要依賴生產(chǎn)者，鯽魚需要綠色植物為它的生存提供O2和有機(jī)物等生存條件。生態(tài)球是否能夠完全不依賴外

9、界條件而存在？答：不能，必須要光照條件。在黑暗中生態(tài)球不可能長期存在。太陽光對(duì)生態(tài)球中生態(tài)系統(tǒng)的維持有什么作用？答：提供光合作用的所需能量。光能不但是綠色植物光合作用所必需的，而且為生態(tài)系統(tǒng)中所有生物生命活動(dòng)能量的根本來源。動(dòng)物有氧呼吸要消耗大量的O2，為什么不需要向生態(tài)球定期補(bǔ)充O2？答：動(dòng)物消耗O2產(chǎn)生同時(shí)會(huì)產(chǎn)生CO2，而綠色植物通過光合作用可以消耗CO2，產(chǎn)生O2，使水中的氣體含量達(dá)到平衡。生態(tài)系統(tǒng)中的各種物質(zhì)均可以通過這種方法重復(fù)利用而達(dá)到平衡。5生態(tài)系統(tǒng)的維持必然需要一定的物質(zhì)和能量條件。從生態(tài)球的情況可以看出，一個(gè)完善的生態(tài)系統(tǒng)的對(duì)物質(zhì)和能量的需求有生命特點(diǎn)？答：一個(gè)完善的生態(tài)系統(tǒng)

10、，不需要從外界從獲得任何物質(zhì)補(bǔ)充，但是必須不斷地從外界輸入能量才能維持其正常功能。為什么生態(tài)系統(tǒng)對(duì)能量和物質(zhì)的需求不同，這是由生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)決定的。一生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)：1能量流動(dòng)的概念：生態(tài)系統(tǒng)中，你呢改良不斷沿太陽植物植食動(dòng)物肉食動(dòng)物頂級(jí)肉食動(dòng)物的方向流動(dòng)，這就是生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)。能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的途徑均為食物鏈和食物網(wǎng)，在食物鏈上能量如何傳遞？展示林德曼對(duì)賽達(dá)伯格湖能量沿營養(yǎng)級(jí)流動(dòng)的定量分析圖解，學(xué)生看圖，教師提出問題：各營養(yǎng)級(jí)獲得的能量有哪些去路？各條去路的比例如何？進(jìn)行實(shí)驗(yàn)討論交流教師點(diǎn)評(píng)師生交流4能量流動(dòng)的規(guī)律5知識(shí)的遷移和應(yīng)用【第二課時(shí)】引入1水循環(huán)水

11、循環(huán)的過程水循環(huán)的意義水循環(huán)的狀況和問題2碳循環(huán)碳循環(huán)的過程碳循環(huán)的調(diào)節(jié)和特點(diǎn)碳循環(huán)失衡的原因和生態(tài)問題3氮循環(huán)氮循環(huán)過程氮循環(huán)失衡的原因4能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系能量在食物鏈上的流動(dòng)有什么特點(diǎn)？為什么？2能量流動(dòng)的特點(diǎn)：（1）各營養(yǎng)級(jí)獲得的能量一般有四條去路： 大多數(shù)能量未利用。其次，用于自身呼吸消耗，最終以熱能形式散失。再次，部分能量被下一個(gè)營養(yǎng)級(jí)的生物捕食，傳入下一個(gè)營養(yǎng)級(jí)。最后，少量能量隨尸體、枯枝落葉或獲排泄物傳遞給分解者。（2）能量流動(dòng)是單向流動(dòng)并逐級(jí)遞減的： 每個(gè)營養(yǎng)級(jí)只能將自身的部分能量傳遞給下一個(gè)營養(yǎng)級(jí)。能量從一個(gè)營養(yǎng)級(jí)傳遞給下一個(gè)營養(yǎng)級(jí)的傳遞效率一般只有10。 一大半能量都

12、在傳遞過程中損失了，最終以熱能形式散耗到周圍空間中，這種傳遞過程是不可逆的。生態(tài)系統(tǒng)要獲得能量必須不斷由生產(chǎn)者通過光合作用從太陽能中攝取，故生態(tài)系統(tǒng)必須不斷從外界輸入能量才能維持其正常功能。生態(tài)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)中有許多特點(diǎn)是手到能量流動(dòng)的影響的，回憶生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，請(qǐng)回答有哪些特點(diǎn)和能量流動(dòng)的單向流動(dòng)和逐級(jí)遞減的特性有關(guān)？能量金字塔的結(jié)構(gòu)：一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的能量狀況必然是生產(chǎn)者初級(jí)消費(fèi)者次級(jí)消費(fèi)者。一般越是處于食物鏈頂端的動(dòng)物，數(shù)量就越少，能量也越少。生物量金字塔：單位面積中的某營養(yǎng)級(jí)生物的生物量和所含能量應(yīng)該成正比。一般和能量金字塔相符。1我國有句諺語稱“一山不容二虎”，這句話具有什么生態(tài)依據(jù)

13、？虎是頂級(jí)肉食動(dòng)物，處于生態(tài)系統(tǒng)的最高營養(yǎng)級(jí)。植物固定的能量傳遞到虎的過程中大量損耗，所以必須有足夠多的植物才能養(yǎng)活一只虎。2在農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)中，如何提高人類對(duì)一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)生產(chǎn)量的利用效率？由于動(dòng)物吃100g食物最多只能增加10g體重，營養(yǎng)級(jí)越高的動(dòng)物，能量傳遞過程中的能量損耗越大，所以在生產(chǎn)中，應(yīng)該減少食物鏈的長度，盡可能以植物為食或用植物性飼料未央家畜。課后小節(jié)和布置作業(yè)?；貞浬瞎?jié)課的生態(tài)球?qū)嶒?yàn)的結(jié)論：一個(gè)完善的生態(tài)系統(tǒng)，不需要從外界從獲得任何物質(zhì)補(bǔ)充，但是必須不斷地從外界輸入能量才能維持其正常功能。各種物質(zhì)如何被生態(tài)系統(tǒng)各成分利用，如何在生態(tài)系統(tǒng)中被傳遞？我們以生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)

14、、碳循環(huán)和氮循環(huán)為例，分析物質(zhì)循環(huán)過程。二生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)分別出示生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)示意圖或要求學(xué)生分析書上圖611、612、613，同時(shí)給出問題，學(xué)生分段自學(xué)書本110114頁內(nèi)容，小組討論，回答問題。1 水的全球循環(huán)：問題：（1）用流程圖概括水的循環(huán)過程，標(biāo)明水循環(huán)的途徑和方式。 （2）水循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)中有什么作用？ （3）目前全球和我國的水環(huán)境有哪些問題？（1）水循環(huán)的流程圖： 海洋水江湖水蒸發(fā)蒸發(fā)水蒸氣運(yùn)輸降雨土壤水蒸發(fā)和蒸騰降雨地表和地下徑流（2）水循環(huán)的意義：水是組成生物體的重要成分體內(nèi)進(jìn)行一切生化反應(yīng)都離不開水。 水循環(huán)攜帶大量化學(xué)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)成分在地

15、表的分布具有重要作用。（3）水循環(huán)的問題： 地球上可利用的淡水資源有限，分布不均，水質(zhì)污染嚴(yán)重。2碳的全球循環(huán)：問題：（1）用流程圖概括碳的循環(huán)過程，標(biāo)明碳循環(huán)的途徑和方式。 （2）大氣中的CO2含量受那些因素的調(diào)節(jié)？ （3）碳循環(huán)平衡破壞的主要原因和導(dǎo)致的生態(tài)問題是什么？（1）碳循環(huán)流程圖：大氣中CO2植物光合作用微生物捕食植食動(dòng)物捕食肉食動(dòng)物尸體、廢物尸體、廢物尸體、廢物呼吸作用轉(zhuǎn)化化石燃料燃燒呼吸作用（2）大氣中CO2含量的調(diào)節(jié)大氣中CO2含量的調(diào)節(jié)受植物光合作用和呼吸作用影響具有明顯的晝夜變化和季節(jié)變化海洋中溶解的CO2和大氣的CO2之間通過相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)相互平衡。（3）碳循環(huán)失衡的原因和生態(tài)問題：原因：大量能源消費(fèi)導(dǎo)致CO2的排放量大于光合吸收量，使大氣中CO2濃度升高。主要危害：溫室效應(yīng)影響全球氣候和水循環(huán)的平衡等。3氮循環(huán)：問題：（1）用流程圖概括氮的循環(huán)過程，標(biāo)明氮循環(huán)的途徑和方式。 （2）導(dǎo)致氮循環(huán)失衡的主要原因是什么？（1）氮循環(huán)流程圖： 脫氮細(xì)菌大氣中的N2閃電固氮微生物NH3硝化細(xì)菌硝酸鹽植物動(dòng)物吸收尸體、廢物捕食分解者硝酸鹽或銨鹽工業(yè)固氮（2