生態(tài)系統(tǒng)的能量流動教學(xué)設(shè)計(jì) 高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修2

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)背景分析【教學(xué)設(shè)計(jì)思路】本節(jié)采用以探究式活動為主的教學(xué)模式，從貝爾的綜藝節(jié)目《荒野求生》引入，充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，設(shè)置問題埋下伏筆并引入課題。首先，以小樹苗的生長發(fā)育為起點(diǎn)，探討生產(chǎn)者同化的太陽能的去向，進(jìn)而分析第二營養(yǎng)級、第三營養(yǎng)級的能量變化，并利用卡片磁鐵紙?jiān)诤诎迳蠘?gòu)建出生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型，在此基礎(chǔ)上歸納生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念。然后充分依托和利用教材中的圖片和圖解等素材展開能量流動特點(diǎn)的探究式學(xué)習(xí)。在探究能量流動特點(diǎn)時(shí)，先是根據(jù)教材示意圖形成定性認(rèn)識，再以林德曼的研究為資料進(jìn)行運(yùn)用定量分析的方法研究能量流動的特點(diǎn)。在整個(gè)教學(xué)中，重視對學(xué)生“分析和處理數(shù)據(jù)”技能的訓(xùn)練，讓學(xué)生體驗(yàn)整理數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，以及用數(shù)據(jù)說明生物學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律的過程。從根本上把老師一講到底的傳統(tǒng)教學(xué)過程變?yōu)閹熒餐剿?，共同研究的探究式教學(xué)過程，充分發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究核心素養(yǎng)。利用幫助貝爾找到在荒野求生中生存較長時(shí)間的有效策略和如何調(diào)整膳食結(jié)構(gòu)來緩解世界人口增多造成的糧食緊張問題，來培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感核心素養(yǎng)?！窘滩姆治觥俊渡鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動》是2019人教版選擇性必修二《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第三章、第二節(jié)的內(nèi)容。在此之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過生態(tài)系統(tǒng)的生物組分和食物鏈、食物網(wǎng)內(nèi)容。本節(jié)課主要講述了能量流動的過程、特點(diǎn)和研究能量流動的意義，是生態(tài)系統(tǒng)功能中的重點(diǎn)內(nèi)容。本節(jié)以“生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”為基礎(chǔ)，起著承上啟下的作用，它可以與必修1光合作用、呼吸作用建立聯(lián)系，其又直接關(guān)系到生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和穩(wěn)定性的學(xué)習(xí)。這部分教學(xué)內(nèi)容主要從“生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動過程”、“生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的特點(diǎn)”和“人類研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的意義”這三個(gè)方面來闡明生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動問題?！緦W(xué)情分析】本節(jié)課的內(nèi)容看似簡單，其實(shí)不好理解，尤其是如攝入量、同化量和用于生長發(fā)育繁殖的能量之間的區(qū)別，學(xué)生一搞不懂二總是記不住。若采用傳統(tǒng)的講授法教學(xué)，讓學(xué)生死記硬背知識點(diǎn)，這會導(dǎo)致學(xué)生記不住知識點(diǎn)，有時(shí)就算記住但是不會應(yīng)用。學(xué)生的核心素養(yǎng)也沒有得到發(fā)展，也不理學(xué)生分析問題能力的提高。高一時(shí)已經(jīng)學(xué)過實(shí)驗(yàn)探究，所以高二學(xué)生應(yīng)該具備一定的探究能力。因此，本節(jié)課采用啟發(fā)探究式教學(xué)，在教學(xué)過程中利用環(huán)環(huán)緊扣的問題，組織學(xué)生深入思考，使學(xué)生能主動參與到學(xué)習(xí)過程中來。能讓學(xué)生掌握知識的同時(shí)，提高閱讀、探究、推理、想象、分析和總結(jié)歸納等各方面的能力，學(xué)生的科學(xué)探究和社會責(zé)任核心素養(yǎng)得到發(fā)展。二、發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)通過對生態(tài)系統(tǒng)中能量流動過程和特點(diǎn)的思考、分析和總結(jié)，使學(xué)生自我形成對生態(tài)系統(tǒng)的能量流動認(rèn)識，發(fā)展學(xué)生在“生命觀念”方面的核心素養(yǎng)?；谝延械膯栴}（貝爾的荒野求生策略），有目標(biāo)的分析思考，找出方案的區(qū)別，發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究”的核心素養(yǎng)。通過對賽達(dá)伯格湖能量流動數(shù)據(jù)的分析，構(gòu)建模型，讓學(xué)生體驗(yàn)整理數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，以及用數(shù)據(jù)說明生物學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律的過程。發(fā)展學(xué)生“理性思維”的核心素養(yǎng)?；趦蓚€(gè)問題（尋找貝爾的荒野求生策略和改善世界人口增長帶來的糧食緊張問題），有目的分析研究能量流動的意義：能更好地為個(gè)人和全人類服務(wù)，發(fā)展學(xué)生“社會責(zé)任”核心素養(yǎng)。三、教學(xué)重點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程和特點(diǎn)四、教學(xué)難點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)能量流動相關(guān)概念（攝入量、同化量、生長、發(fā)育和繁殖）的區(qū)分和理解五、課時(shí)安排：2課時(shí)六、教學(xué)方法【教法】多媒體教學(xué)、模具教學(xué)法、探究式教學(xué)法，模型構(gòu)建法【學(xué)法】自主學(xué)習(xí)法合作交流法七、教學(xué)準(zhǔn)備：【教師準(zhǔn)備】ppt課件；能量流動模型構(gòu)建用的磁鐵紙；學(xué)生構(gòu)建模型用的白紙【學(xué)生準(zhǔn)備】預(yù)習(xí)課本，完成教輔前面的學(xué)案八、教學(xué)過程教學(xué)程序教師行為預(yù)設(shè)學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖激發(fā)興趣，導(dǎo)入新課導(dǎo)入：多媒體展示貝爾的《荒野求生》圖片，現(xiàn)在貝爾被放在一個(gè)荒島上，那里除了有飲用的水以外，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：同學(xué)們能想到哪些生存策略？能讓貝爾存活的時(shí)間更長一些呢？有兩個(gè)備選策略：策略01：先吃雞，再吃玉米策略02：先吃玉米，同時(shí)用部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。備選方案一的道理是什么？備選方案二的道理是什么？要解決這個(gè)問題，我們要考慮生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動問題。板書：生態(tài)系統(tǒng)的能量流動學(xué)生：思考利用學(xué)生比較喜歡的貝爾的荒野求生節(jié)目，建立情景，吸引學(xué)生的興趣，導(dǎo)入新課教學(xué)過程一、能量流動的過程二、能量流動的概念三、能量流動的特點(diǎn)四：本節(jié)小結(jié)五：反饋練習(xí)ppt展示一個(gè)視頻：小樹苗破土生長成大樹，教師：小樹苗長成大樹需要吸收什么能量？學(xué)生：太陽能教師：太陽輸送到地球的能量都能被小樹吸收嗎？學(xué)生：不能教師：大約只有1%以可見光的形式被植物利用，植物利用這些能量干什么用了呢？學(xué)生：光合作用教師：光照在植物上，它就可以利用光合作用固定太陽能，如果我們用光合作用速率來表示的話，它應(yīng)該表示什么光合作用速率呢？學(xué)生：教師：是總光合作用速率還是凈光合作用速率？學(xué)生：總光合作用速率教師：光合作用固定的太陽能的總量就是總光合作用速率，這個(gè)總光合中去掉呼吸作用，留下來的才是凈光合作用，所以植物光合作用固定的太陽能總量應(yīng)該是總光合作用，那么，必修一講到的總光合作用速率包括什么呢？學(xué)生：呼吸速率和凈光合速率教師：呼吸作用是無形的，我們看不見的，那么，凈光合作用速率如果用有機(jī)物表示的話，應(yīng)該用有機(jī)物的什么量來表示呢？學(xué)生：有機(jī)物的積累量。教師：有機(jī)物的積累量都用于什么了？學(xué)生：儲存在植物體內(nèi)，小樹長大了，發(fā)育成大樹了，教師：光合作用積累的有機(jī)物，用于幼苗的生長、發(fā)育和繁殖，PPT展示幼苗同化能量的去向教師：一棵植物是這樣，再找一棵植物也是這樣，一定區(qū)域內(nèi)所有同種生物構(gòu)成了什么呢？學(xué)生：種群教師：所有的植物呢？構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的什么呢？學(xué)生：生產(chǎn)者，營養(yǎng)級教師：也就是說第一營養(yǎng)級生產(chǎn)者固定的太陽能有兩個(gè)去向：呼吸作用和用于生長、發(fā)育和繁殖。那么，用于生長、發(fā)育和繁殖的能量去向是什么呢？學(xué)生：流向下營養(yǎng)級。死了教師：那如果死了，給誰用了？學(xué)生：分解者。教師：那么生長發(fā)育繁殖的能量去路有幾條？學(xué)生回答：兩條。教師：最終會被分解者分解利用掉，生長發(fā)育的能量也屬于生產(chǎn)者固定的太陽能總量。我們要把它變成模型時(shí)。就把它放進(jìn)去就變成了一個(gè)框，那么這個(gè)框應(yīng)該有幾條去路呢？學(xué)生回答：有三條。教師：意味著生產(chǎn)者固定的太陽能總量最終有幾條路徑，學(xué)生：三條路徑。教師：分析三條路徑，最終的歸宿，這是第一營養(yǎng)級的能量變化。那么第二營養(yǎng)級的能量變化呢？第二營養(yǎng)級就是動物（初級消費(fèi)者）。我們從起點(diǎn)初級消費(fèi)者開始，首先是初級消費(fèi)者的攝入量。攝入的能量就相當(dāng)于他吃進(jìn)去的多少，那么，它吃進(jìn)去以后再怎么變化呢？學(xué)生：消化吸收教師：有不吸收的嗎？學(xué)生回答：有教師。不吸收的怎么了？學(xué)生：排出去教師：那是糞便，排泄物教師：吸收后就變成自己的了，那么吸收的能量，我們就可以把它成為同化能量，這樣攝入量的去向就是兩條：一條是糞便。一條是自身同化的；那么，糞便量最終都去哪了呢？學(xué)生回答：被分解者分解利用。教師：那么同化的能量去哪了呢？學(xué)生回答：呼吸要消耗的一部分，還有一部分用于自身生長發(fā)育繁殖教師：那么再研究生長發(fā)育繁殖的去路……學(xué)生：死了，被吃了教師：死了，就是遺體殘骸的話又被分解者分解利用了。讓我們一塊來總結(jié)一下。一部分呼吸推動了它的生命活動，最終以熱能形式散失掉了，仿照前面的方式，把初級消費(fèi)者看作一個(gè)營養(yǎng)級，把它放到一個(gè)框里面？有幾個(gè)去向呢？學(xué)生：有3個(gè)去向教師：再往下一個(gè)營養(yǎng)級推理，仍然一樣，除非到最后一個(gè)營養(yǎng)級，沒有流向下一營養(yǎng)級，否則都一樣。這樣就構(gòu)成了能量在第一營養(yǎng)級、第二營養(yǎng)級和第三營養(yǎng)級之間傳遞的路徑，這就是能量流動的一個(gè)基本過程。教師板書能量流動的過程。教師：也就是說，這過程是順著生產(chǎn)者、初級消費(fèi)者、次級消費(fèi)者不同的營養(yǎng)及往下傳遞的。那么這個(gè)能量流動是從哪開始的呢？學(xué)生回答：教師：太陽能有一部分流入生態(tài)系統(tǒng)，還有一部分沒有進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。如果我們要算生態(tài)系統(tǒng)的起點(diǎn)的話，我們看從哪開始呢？應(yīng)該是從流入到生物體內(nèi)的開始吧，這個(gè)生理過程就是光合作用，所以起點(diǎn)是生產(chǎn)者固定的太陽能開始，第一個(gè)關(guān)鍵詞：輸入，輸入的起點(diǎn)是什么呢？學(xué)生：太陽能教師：總量有多少呢？學(xué)生：生產(chǎn)者固定的太陽能總量教師：第二個(gè)關(guān)鍵詞：傳遞，那么，傳遞的途徑是什么呢？學(xué)生：食物鏈和食物網(wǎng)教師：第三個(gè)關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)化學(xué)生：教師：第四個(gè)關(guān)鍵詞：散失學(xué)生：呼吸作用以熱能散失教師：學(xué)習(xí)到此，我們還不能解決貝爾的問題，我們下面繼續(xù)來學(xué)習(xí)能量流動的特點(diǎn)。PPT展示一個(gè)賽達(dá)伯格湖的能量流動圖解教師：美國的一個(gè)生態(tài)學(xué)家，對一個(gè)湖泊的能量流動進(jìn)了調(diào)查，做了定時(shí)定量的分析。我們來看能量流動是沿著食物鏈進(jìn)行的，食物鏈中生物之間是吃與被吃的關(guān)系，那么，生物之間能逆轉(zhuǎn)嗎？學(xué)生：不能教師：也就是說能量流動時(shí)也是不能逆轉(zhuǎn)的，所以，能量流動的特點(diǎn)單向流動，呼吸作用消耗的能量以熱能形式散失掉了，那么，他們能循環(huán)嗎？學(xué)生：不能教師：能量流動的特點(diǎn)是單向流動，不可循環(huán)PPT展示能量流動的特點(diǎn)教師：現(xiàn)在對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，營養(yǎng)級越高，能量就越少，說明逐漸降低的，也就是逐級遞減的，那么，傳遞的效率有多少呢？學(xué)生：計(jì)算，10%-20%PPT展示能量流動的特點(diǎn)教師：繼續(xù)分析，我們把數(shù)據(jù)畫成柱狀圖，然后把柱狀圖旋轉(zhuǎn)90度，發(fā)現(xiàn)下面的營養(yǎng)級低，能量多，上面的營養(yǎng)級高，能量少。下面大上面逐漸減小，這和什么結(jié)構(gòu)相似呢？學(xué)生：金字塔教師：對，就是能量金字塔。金字塔那么所有的生態(tài)系統(tǒng)中能量金字塔一定是正的，對不對？學(xué)生：對的，教師：這一種呢？如果是數(shù)量呢？一定是正的嗎？學(xué)生：不一定是正，教師：比如，一棵大樹上面有成百上千的蟲子，又有幾只食蟲鳥，這個(gè)數(shù)量金字塔就是顛倒的，也就說反應(yīng)個(gè)營養(yǎng)級之間關(guān)系時(shí)什么才是最可靠的，對能量金字塔才是可靠的。那么，我們下面看一個(gè)練習(xí)。教師學(xué)生分析習(xí)題教師：我們現(xiàn)在分析貝爾的求生策略，到底備選方案一還是備選方案二，為什么？就是把食物鏈和食物畫出來，是這樣。增加一個(gè)環(huán)節(jié)就要消耗能量，所以，我們給貝爾的建議應(yīng)該是選擇策略一。我們就可以指導(dǎo)在某些情況下，到底怎樣的利用相應(yīng)的生物才能獲得最多的能量？先吃雞后吃玉米是一個(gè)例子，再給大家一個(gè)例子。典型例題2為緩解人口增長帶來的世界性糧食緊張狀況，人類可以適當(dāng)改變膳食結(jié)構(gòu)。若將（草食)動物性與植物性食物的比例1：1調(diào)整為1：4，地球可供養(yǎng)的人口數(shù)量是原來的多少倍？（能量傳遞效率按10％計(jì)算。結(jié)果保留兩位小數(shù)）教師分析：畫食物網(wǎng)出來，再分析，我們學(xué)習(xí)完能量流動內(nèi)容，就能合理調(diào)整能量流動關(guān)系，能使能量更好地為人類服務(wù)，我們下面對本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。PPT展示本節(jié)小結(jié)：思維導(dǎo)圖練習(xí)學(xué)生：思考學(xué)生：思考，構(gòu)建模型學(xué)生：思考，討論學(xué)生：構(gòu)建模型，一個(gè)學(xué)生去講臺上，在黑板上用磁鐵紙構(gòu)建模型，學(xué)生：思考學(xué)生：思考，討論，學(xué)生：思考，回顧，小結(jié)利用問題串，環(huán)環(huán)相扣，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究的核心素養(yǎng)深入分析，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力讓學(xué)生動手構(gòu)建模型，更加直觀，培養(yǎng)學(xué)生的模型構(gòu)建能力。對能量流動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析