生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)

PAGEPAGE2《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì)[教學(xué)目標(biāo)的確定]課程標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)為“分析生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的基本規(guī)律及其應(yīng)用”，屬應(yīng)用水平，即學(xué)生應(yīng)能夠?qū)⒛芰苛鲃?dòng)的基本規(guī)律運(yùn)用于新的情境中，解決實(shí)際問(wèn)題。為了達(dá)成這一目標(biāo)，首先應(yīng)當(dāng)使學(xué)生把握能量流動(dòng)的過(guò)程及其特點(diǎn)，懂得研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的一些基本方法；其次，結(jié)合具體的實(shí)例，讓學(xué)生得出能量流動(dòng)的基本規(guī)律。教學(xué)目標(biāo)：1.分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過(guò)程和特點(diǎn)。2.概述研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義。3.嘗試調(diào)查農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)情況。教學(xué)重點(diǎn)：生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過(guò)程和特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn)（具有單向性及逐級(jí)遞減）及其形成原因[教學(xué)設(shè)計(jì)思路]“能量”是科學(xué)教育中的核心概念，高中學(xué)生已逐步建立了能量、能量傳遞、能量守恒等一些基本概念；在生物學(xué)中，學(xué)生已學(xué)習(xí)了“儲(chǔ)存能量的物質(zhì)”、“能量代謝”等內(nèi)容，這些都是理解本節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)，在教學(xué)中要緊緊依托這些知識(shí)。因此本節(jié)可以直接從教材中“問(wèn)題探討”提供的素材引入?？梢约ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，建立能量在食物鏈中流動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)。然后，引導(dǎo)學(xué)生理解能量流動(dòng)的概念，用“問(wèn)題探討”的素材展開(kāi)能量流動(dòng)的過(guò)程的學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)能量流動(dòng)的特點(diǎn)之前，討論能量流動(dòng)的分析方法，再以林德曼的研究為資料進(jìn)行分析。最后，通過(guò)“思考與討論”，探討研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義。在教學(xué)中，要重視對(duì)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(shuō)明生物學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律的過(guò)程。[教學(xué)用具]獅子捕食視頻，《能量流動(dòng)》錄象,能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)示意圖,生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)圖解,賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解，某一個(gè)湖的能量金字塔等——用powerpoint軟件整合，制作成多媒體課件。[教學(xué)方法]講授法、討論法[課時(shí)安排]1課時(shí)[教學(xué)過(guò)程][導(dǎo)課]直接從教材中“問(wèn)題探討”提供的素材引入，討論兩個(gè)問(wèn)題。學(xué)生回答。教師點(diǎn)評(píng)（增加了食物鏈的長(zhǎng)度，能量逐級(jí)遞減，最后人獲得的能量較少。）引入新課，了解本課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。一、研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的方法：（個(gè)體水平和群體水平）講述：研究能量的流動(dòng)可以是在個(gè)體水平，也可以是群體水平上的。分析、組織討論：1.就一個(gè)生物個(gè)體（如人）而言，能量是如何輸入、儲(chǔ)存和散失的？2.如果考慮一個(gè)種群，我們?nèi)绾窝芯磕芰康妮斎?、?chǔ)存和散失？講述：每個(gè)個(gè)體的能量流動(dòng)都包括輸入、儲(chǔ)存和散失，如果我們從一個(gè)種群的角度來(lái)分析的話，可以簡(jiǎn)化成這樣一個(gè)圖解（略）。當(dāng)能量從一個(gè)種群流動(dòng)到另一個(gè)種群時(shí)，要考慮到那些呢？（展示能量分析圖）還要考慮能量被利用和未被利用等多方面的能量值。下面我們就按照這樣的基本思路來(lái)分析。二、能量流動(dòng)的過(guò)程[運(yùn)用研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的方法，分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過(guò)程，并進(jìn)行交流。]講述：生態(tài)系統(tǒng)存在著：生產(chǎn)者→初級(jí)消費(fèi)者→次級(jí)消費(fèi)者的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。[播放有關(guān)捕食的視頻片段]1．展示問(wèn)題：（1）能量是怎樣輸入生態(tài)系統(tǒng)的？（2）能量流動(dòng)的渠道是什么？（3）能量流動(dòng)的過(guò)程是怎樣的？學(xué)生閱讀課文2分鐘后，討論并小結(jié)。（幻燈片展示，包括源頭，起點(diǎn)，總能量，渠道）問(wèn)：生態(tài)系統(tǒng)能量的源頭是什么？——太陽(yáng)。問(wèn)：那么照射到地球上的太陽(yáng)能都能進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)嗎？——不是。（只有1%的能量才能進(jìn)入）問(wèn):能量是怎樣進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的呢？是從什么地方開(kāi)始的呢？——由生產(chǎn)者通過(guò)光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能固定在它們所制造的有機(jī)物中。這樣太陽(yáng)能就輸入到第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)了。問(wèn)：所以我們說(shuō)流經(jīng)一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是什么？——被生產(chǎn)者固定的那部分太陽(yáng)能。這是生態(tài)系統(tǒng)繁榮的基礎(chǔ)。問(wèn)：能量是這樣從一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的呢？或者說(shuō)能量是沿著什么渠道在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中流動(dòng)的呢？——食物鏈2．分析第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)固定的太陽(yáng)能的去向．問(wèn)：第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)固定的太陽(yáng)能的去向有哪些？學(xué)生回答后，教師小結(jié)。小結(jié)：一部分被自身的生命活動(dòng)消耗了，即被呼吸作用分解了；儲(chǔ)存在體內(nèi)的能量一部分被初級(jí)消費(fèi)者攝食同化流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，沒(méi)被初級(jí)消費(fèi)者利用的枯枝落葉這一部分被分解者釋放出來(lái)。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是：1）呼吸作用消耗2）被分解者利用3）通過(guò)攝食進(jìn)入下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。指出：植物光合作用固定的能量—呼吸作用消耗的能量—被分解者利用的能量=為下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)的能量。所以從能量的角度來(lái)看。植物的多少?zèng)Q定了生物種類(lèi)的數(shù)量。3．能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的變化。問(wèn):能量在沿食物鏈傳遞的過(guò)程中，是如何散失和傳遞的?講述：對(duì)于初級(jí)消費(fèi)者所同化的能量，也是三個(gè)去處。（根據(jù)圖5—6講述）過(guò)渡：能量在第三第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)的變化與第二營(yíng)養(yǎng)的變化情況大致相同。4．分析圖5—7，概括生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)過(guò)程。1)強(qiáng)調(diào)：能量沿著食物鏈流動(dòng)時(shí),每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)都是有輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的（三個(gè)去路）2)分析每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量來(lái)源,其中生物的遺體殘骸是分解者能量的來(lái)源.3)分析箭頭的含義.(指出能量傳遞的量是逐級(jí)遞減的)學(xué)習(xí)“思考與討論”的素材，并進(jìn)行交流。問(wèn)：能量流動(dòng)逐級(jí)遞減這一特點(diǎn)與能量守恒定律相矛盾嗎？小結(jié)：在生態(tài)系統(tǒng)中，能量的形式不斷轉(zhuǎn)換，如太陽(yáng)輻射能通過(guò)綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)存于有機(jī)物化學(xué)鍵中的化學(xué)能；動(dòng)物通過(guò)消耗自身體內(nèi)儲(chǔ)存的化學(xué)能變成爬、跳、飛、游的機(jī)械能。在這些過(guò)程中，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不會(huì)消滅，只能按嚴(yán)格的當(dāng)量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。因此，對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程，都可以根據(jù)熱力學(xué)第一定律進(jìn)行定量計(jì)算。所以：一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化的能量＝呼吸散失的能量十分解者釋放的能量十被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化的能量。但對(duì)于最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的情況有所不同。問(wèn)：流經(jīng)某一生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中來(lái)呢？提示：能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動(dòng)，很大部分被各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物利用，通過(guò)呼吸作用以熱的形式散失。散失到空間的熱能不能再回到生態(tài)系統(tǒng)參與流動(dòng)。因?yàn)橹两裆形窗l(fā)現(xiàn)以熱能作為能源合成有機(jī)物的生物。引入課本欄目“資料分析（賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)）。三、能量流動(dòng)的特點(diǎn)“資料分析“：簡(jiǎn)要介紹研究背景后討論分析1.請(qǐng)用表格的形式，將圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。例如，可以將每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的能量“流入”和“流出”整理成一份清單。2.分析流到下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量占流入該營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的百分比。3.流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，為什么不能百分之百地流到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)分析？每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上能量的“流入”和“流出”是否平衡(藍(lán)色箭頭和橙色箭頭)。（舉例464.6=12.5+62.8+293+96.3）4.通過(guò)以上分析，你能總結(jié)出什么規(guī)律？(略)5.引出能量金字塔(播放視頻文件)指出:1.生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)一般不超過(guò)4-5級(jí).2.任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到生態(tài)系統(tǒng)的能量補(bǔ)充,以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能.如果一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有能量(太陽(yáng)能或現(xiàn)成的有機(jī)物)輸入,這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)崩潰.四.研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的實(shí)踐意義.（略）1.比如農(nóng)作物怎樣才能給人類(lèi)提供更多的產(chǎn)品？（介紹沼氣池的應(yīng)用）2.草原怎樣放牧產(chǎn)畜量高而草原又不退化？3.假如給你一個(gè)池塘，你該怎樣經(jīng)營(yíng)，才能最大獲益？請(qǐng)大家討論。（討論后請(qǐng)幾個(gè)同學(xué)闡述他們的結(jié)論）4.現(xiàn)