教學(xué)案例 生態(tài)系統(tǒng)能量流動教案

第五章第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動同學(xué)們，我們上節(jié)課學(xué)習了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，明確了生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的組成，在上節(jié)課結(jié)束后，我給同學(xué)們布置了一個作業(yè)，也就是讓同學(xué)們完成兩個課題：到生活中調(diào)查農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)的組成。哪個小組匯報一下你們的調(diào)查結(jié)果。水稻生態(tài)系統(tǒng)主要由非生物的物質(zhì)和能量、生產(chǎn)者、消費者和分解者四部分組成，其中：1、非生物的物質(zhì)和能量：有土壤、水、礦質(zhì)元素、陽光、熱能等。2、生產(chǎn)者：有水稻、稗草等雜草。3、消費者：有稻螟、蝗蟲、田鼠、麻雀、青蛙等。4、分解者：有多種微生物還有哪個小組匯報一下你們的調(diào)查結(jié)果。湖泊生態(tài)系統(tǒng)它們也由四部分構(gòu)成，其中：1、非生物的物質(zhì)和能量：有水、土壤中的有機物、礦質(zhì)元素、陽光等。2、生產(chǎn)者：有各種藻類以及水草。3、消費者：有各種魚，如我們熟知的鰱魚、鯉魚，還有其它動物等。4、分解者：有多種微生物。下面請同學(xué)們考慮：兩個小組所調(diào)查的生態(tài)系統(tǒng)，要想維持穩(wěn)定，需要什么條件？（需要完整的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和源源不斷給它輸入能量）那么對于一個生態(tài)系統(tǒng)，能量是如何輸入、儲存和散失的呢？這本節(jié)課我們來學(xué)習第五章第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動（板書）研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，我們最好首先考慮生態(tài)系統(tǒng)中的一個生物個體，就一個個體而言，能量是如何輸入、儲存和散失的呢？要想很好的解決這個問題，我們得構(gòu)建一個模型。這個模型怎么構(gòu)建呢？生物個體通過同化作用輸入能量，他所同化的能量一部分用于自身的呼吸作用散失了，另一部分儲存在體內(nèi)，所以能量流經(jīng)一個生物個體的模型就是這樣的。在此基礎(chǔ)上，我們再考慮，就一個生物種群而言，能量是如何輸入、儲存和散失的呢？下面請同學(xué)們前后桌四人一組進行討論，然后用我給你們準備的材料構(gòu)建能量流經(jīng)一個種群時的模型。（分組討論構(gòu)建）下面我們再看在一個生態(tài)系統(tǒng)中，能量是如何輸入、儲存和散失的呢？我們以農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為例，請同學(xué)們考慮這個生態(tài)系統(tǒng)能量流動的源頭是什么？（太陽光能）地球上生態(tài)系統(tǒng)所需要的能量幾乎都來自太陽。太陽每天輸送給地球的能量大約為1×1019KJ，這些能量都進入生產(chǎn)者體內(nèi)了么？（絕大部分被大氣層吸收、散射和反射掉了）所以每天真正被生產(chǎn)者吸收的能量很少，只有太陽總輻射能的1%。請同學(xué)們考慮，這1%的能量是怎樣輸入生產(chǎn)者體內(nèi)的呢？（光合作用）生產(chǎn)者通過光合作用把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲存在體內(nèi)，那進入生產(chǎn)者體內(nèi)的能量，去向是怎樣的呢？現(xiàn)在請各小組討論。然后構(gòu)建能量流經(jīng)生產(chǎn)者時的模型。（分組討論構(gòu)建）請同學(xué)們考慮能量流向初級消費者后，又會發(fā)生怎樣的變化呢？請各小組討論。然后構(gòu)建能量流經(jīng)初級消費者的模型。請同學(xué)們考慮能量流向次級消費者后，又會發(fā)生怎樣的變化呢？發(fā)生和初級消費者相似的變化，這個模型就不需要同學(xué)們構(gòu)建了，我給同學(xué)們構(gòu)建了一個模型，就是這樣的。好了，剛才我們完成了一系列模型構(gòu)建過程，最后請同學(xué)們考慮能量流經(jīng)整個生態(tài)系統(tǒng)的模型是什么樣的？我們把剛才構(gòu)建的模型排列起來，就是能量流經(jīng)整個生態(tài)系統(tǒng)的模型。這樣我們明確了生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的過程，再請同學(xué)考慮生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念：生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。明確了能量流動的概念，我們繼續(xù)探討生態(tài)系統(tǒng)的能量流動有什么特點:1942年美國生態(tài)學(xué)家林德曼，對一個結(jié)構(gòu)相對簡單的天然湖泊——賽達伯格湖的能量流動進行了定量分析，得出如圖所示的數(shù)據(jù)。我們來分析這個圖，圖中展示了生產(chǎn)者、初級消費者、次級消費者他們的能量流動情況。提出問題：1.請同學(xué)們構(gòu)建一個模型，將每一營養(yǎng)級上的能量“流入”和“流出”整理成一份清單（流出的能量只考慮傳給下一個營養(yǎng)級的能量）。2.分析每一營養(yǎng)級能量的“流入”和“流出”是否平衡。3.流入某一營養(yǎng)級的能量，為什么不能百分之百地流到下一個營養(yǎng)級？（提示：流入某一營養(yǎng)級的能量主要有以下去向：一部分通過該營養(yǎng)級的呼吸作用散失了；一部分作為排出物、遺體或殘枝敗葉不能進入下一營養(yǎng)級，而為分解者所利用；還有一部分未能進入（未被捕食）下一營養(yǎng)級（未利用）。所以，流入某一營養(yǎng)級的能量不可能百分之百地流到下一營養(yǎng)級。）4.分析流出該營養(yǎng)級的能量占流入該營養(yǎng)級能量的百分比。（13.52%20.06%）5.通過以上分析，你能總結(jié)出什么規(guī)律？生態(tài)系統(tǒng)的能量流動又具有什么的特點。（提示：生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向流動；能量在流動過程中是逐級遞減。）一般的說，在輸入到某一個營養(yǎng)級的能量中，只有10%~20%的能量能夠流動到下一個營養(yǎng)級，也就是說，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率大約是10%~20%。同學(xué)們能不能用你們桌上準備好的材料構(gòu)建一個模型，表示單位時間各個營養(yǎng)級所蘊含的能量？這個圖形我們把它稱之為能量金字塔。我們再看兩組同學(xué)所調(diào)查的食物網(wǎng)，每個食物網(wǎng)中的食物鏈最多不超過四個營養(yǎng)級，請同學(xué)們用能量金字塔解釋這個現(xiàn)象。所以我們有句俗語叫做：一山不能容二虎。討論：“問題探討”中的素材，引出“研究能量流動的第一個實踐意義”：1.提出問題：在我國農(nóng)村，很早以前就已有生態(tài)農(nóng)業(yè)的思想，“?；~塘”就是其中的一個例子。這種方法是：利用桑葉喂蠶，蠶沙（蠶糞）養(yǎng)魚，魚塘泥肥桑，在桑、蠶、魚之間形成了一個良性循環(huán)。請你從生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點出發(fā)，分析這種設(shè)計的合理性。因此研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們科學(xué)規(guī)劃設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。2.研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的第二個實踐意義：幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系