生态系统的能量流动

本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
第二节 生态系统的能量流动（第1课时）
一、基本说明
1 教学内容所属模块： 必修3
2 年级： 高中二年级
3 所用教材出版单位： 人民教育出版社
4 所属的章节： 第五章第二节
5 学时数： 45分钟
二、教学设计
1．教学目标
知识方面
1、理解能量流动是生态系统的两大功能量之一。
2、了解生态系统能量流动的概念，掌握生态系统能量流动的过程和特点。
能力方面
通过引导学生定量地分析生态系统的能量流动过程和特点，培养学生分析、综合和推理的思维能力。
情感态度价值观
通过讨论分析“研究生态系统能量流动的在特点在实践中的应用”这一教学内容，使学生理解科学理论来源于现实，而又服务于现实。
2．内容分析
生态系统的能量流动是生态系统的基本功能之一，生态系统的各成分之间通过能量流动紧密联系在一起；同时，能量流动又和生态系统的稳定性有密切关系。学习能量流动的过程有利于我们了解生态系统各组成成分之间的关系，把握生态系统的总体特征。这是第五章的重点内容，它不仅是前面内容的归纳和总结，还有利于我们理解生态系统稳态的形成和基本特征。由此我们可以确定本节内容的重、难点分别是：生态系统能量流动的过程和特点；生态系统的能量流动具有单向性和逐级递减的原因。
3．学情分析
生态系统的能量流动的特点以及过程,学生在日常生活中经常能够遇到，对基本内容不难理解。但是，学生学到的基本上只是一些感性认识，对于知识的获得的研究过程和所学知识和实际生态现象的联系等都不是十分清楚。本课时教学的目的，一方面要让学生了解相关的知识内容，同时，通过学案使学生充分发挥自己的主观能动性，主动参与到探究新课知识中去，从而加深理解并学会利用所学知识分析实际问题。
4．设计思路
本节课将采用“学案导学”的教学方法来完成教学任务，达到教学目标。在课前先给学生以学案（学案附于教案之后），让学生在课前能主动去思考将要学的内容，在课上能懂得教师将要教学的内容，在课后可以有一定的练习来巩固所学的知识。
三、教学过程描述
教学环节及时间 教师活动 学生活动 对学生学习过程的观察和考查，以及设计意图
导入新课 引导学生根据学案，分析教材第93页“问题探讨”提问：解释什么是能量流动。 学生分小组进行讨论，达成共识。若选择2，人获得的能量较少，故选择1学生阅读教材，认识能量流动是生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 通过问题探讨，提高学生学习兴趣，激发学生将生物学知识应用到实际生活的能力，同时，浅显的引入有利于学生认识能量流动。
分析能量的输入 引导学生回顾生态系统的结构，明确能量是通过食物链和食物网进行的。提问：1．请你写出一条食物链？ 2．写出这条食物链中的各成分，并思考在这些成分中还缺少哪些成分？ 3．能量流动的源头是什么？流经生态系统中的总能量有多少？能量流动从哪里开始？能量是怎样流入生态系统的？ 分组讨论，回顾生态系统的成分和营养结构及绿色植物的光合作用等知识，思考并回答问题：能量的源头是太阳能？能量的起点和流经生态系统的总能量是生产者所固定的太阳能，是通过光合作用（或化能合成作用）流入生产者的。 通过分析一条特殊的食物链的能量流动，进而分析所有生态系统中生产者的能量流入，这样设计遵循由特殊到一般的认识规律。有利于学生对新知识的掌握。
分析能量输入生物群落后发生的变化 引导学生先分析刚才写出的特例中生产者的能量去向，再分析一般的生态系统中生产者能量去向。要求学生分析完了以后，思考如何用一简图表示生产者的能量输入与输出？ 通过具体的实例学生很快就会分析出能量进入生产者后有四个去向：1．在呼吸作用中以热能的形式散失；2．用于生长发育和繁殖等各项生命活动，也就是储存在有机物中；3．通过死亡的遗体等流向分解者；4．流入下一营养级。思考、绘图，在图示中用上一引起关键字：如输入、散失、传递、储存等。 进一步通过特例来分析，完全符合学生的认知规律； 详细分析能量进入生产者体内后的各种变化，让学生领悟分析能量流动的基本思路。
提问：能量是怎样流入第二营养级生物体内，能量流入后能量如何变化？第三营养级、第四营养级呢？引导学生进一步绘图。 学生根据对生产者的能量流动动分析原理，自主地分析后面各营养级能量的输入与输出。思考、绘图。 让学生进一步领悟分析能量流动的基本思路。
教学环节及时间 教师活动 学生活动 对学生学习过程的观察和考查，以及设计意图
总结能量流动的过程 学生用概念图的形式画出生态系统中的能量流动示意图，对学生所画图进行点评。 思考并绘图，并与教材第94页的图5-7进行比较。 培养学生归纳总结能力和抽象思维能力。
分析能量流动的特点 引导学生分析讨论教材第94页的思考与讨论（从定性的角度来分析）引导学生分析赛达伯格湖的能量流动图。（从定量的角度来分析能量流动的特点）要求学生思考教材第95页资料分析中的讨论题（结合学案）进一步提问：能量的流动为什么是单向的，不能循环的？为什么是逐级递减的？ 学生分组讨论，并得出以下定性结论：1．能量流动遵循能量守恒定律。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统生物体有机物中，而另一部分被利用、散失至无机环境中等，两者之和与流入生态系统的能量相等。（能量流动在相邻的营养级中具有逐级递减的特点）2．流经生态系统的能量不能再回到生态系统中，能量流动是单向的。（单向性）学生独立思考，从定量的角度出得到了能量的流动的两个特点。学生阅读教材第95页关于能量流动的两个特点的表述来回答进一步提问。 学生分别从两个不同的角度得出了相同的结论，很好地教育了学生，即在生物学中很多重要的结论要得到实验的验证。进而使学生认识了生物实验的重要性。 通过定量分析，培养了学生处理数据的能力和从数据中发现规律的能力。
课堂思考题 提问：请仅从能量流动的角度分析为什么市场上1kg猪肉要比1kg大米贵？ 学生分组讨论，并写出食物链进行分析！ 培养学生理论联系实际的能力。进而激发学生学习生物学知识的兴趣。
布置作业 1．教材第97页的课外调查。（以活动小组的形式进行，准备下节课进行交流）2．独立完成教材第98页练习题。 学生分小组调查；课后独立完成作业。 培养学生的实践能力，为下一节课积累感性认识。
三、教学反思
通过本节学习，学生懂得了人类应该怎样才能获得较多的能量。这与目前的热点能源问题密切相关。在本节教学中教师只是引导，学生才是学习的主体，充分发挥了学生的主观能动性。教材中涉及的重点和难点内容，以学生熟悉的实例分析的形式，使学生通过思考明确能量流动所包含的各项内容及它们之间的关系。再将这特例中所获得的知识一般化，得到普通适用的规律。最后通过布置课堂练习和课外调查，使学生学以致用，做到重点突出，难点突破。
附：学案
第2节 生态系统的能量流动（学案）
问题探讨
假设你像小说中的鲁宾逊那样，流落在一个荒岛上。那里除了有能饮用的水以外，几乎没有任何食物。你随身尚存的食物只有一只母鸡、l5 kg玉米。
讨论：你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援：
l、先吃鸡，再吃玉米。
2、先吃玉朱，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。
提示：应该先吃鸡，再吃玉米，(即选择1)。若选择2，则增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少。
思考与讨论
1．生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律 为什么
1．提示：遵循能量守恒定律。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统(生物体有机物)中，而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和与流入生态系统的能量相等。
2．流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来
2．提示：不能，能量流动是单向的。
资料分析 生态系统的能量流动特点
根据上图所提供的数据，完成以下分析：
1．用表格的形式，将图中的数据进行整理。例如，可以将每一营养级上的能量“流入”和“流出”整理成为一份清单(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。
2．计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。
3．流人某一营养级的能量，为什么不会百分之百地流到下一个营养级
4．通过以上分析，你能总结出什么规律
(三)资料分析
1和2
营养级 流入能量 流出能量(输入后一个营养级) 出入比
生产者 464.6 62.8 13.52％
植食性动物 62.8 12.6 20.06％
肉食性动物 12.6
分解者 14.6
3．提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分作为排出物、遗体或残枝败叶不能进入下一营养级，而为分解者所利用；还有一部分未能进入(未被捕食)，下一营养级。所以，流入某一营养级的．能量不可能百分之百地流到下一营养级。
4．提示：生态系统中能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。
调查
调查当地农田生态系统中的能量流动情况
一、目的要求
1．调查当地的农田生态系统，明确它的组成成分。
2．分析农田生态系统中能量流动的情况，并作出评价。
3．对所调查的农田生态系统提出能量流动方面的改进建议。
二、活动建议
农村的同学要进行实地调查，城市的同学可以通过询问亲友、电话访谈、搜集资料、走访农业部门等方式进行调查。
调查过程中要注意对以下问题进行分析：
1．当地农田生态系统中生产者的主体是什么 还有哪些种类的生物是生产者 农民是用什么方法抑制其他生产者的数量的
2．初级消费者有哪些 其中哪些是对农业生产有益的 哪些是有害的 对这些初级消费者，农民分别采取了哪些措施
3．次级消费者有哪些 它们与农作物是什么关系
4．养殖动物的饲料来源是怎样的
5．农民对作物秸秆是如何处理的
6．人们通过什么方式来提高光能利用效率
7．怎样才能使该生态系统中的能量得到更充分的利用
三、撰写调查报告
整理调查结果，尽可能详尽地画出该农业生态系统的食物链和食物网，写一篇有关农业生态系统能量流动情况的调查分析报告。
四、交流
就调查报告的主要内容与农民进行交流。农民对你们的建议持什么态度 如果实施你们的建议，他们有什么现实困难
根据和农民沟通交流的情况，对调查报告作进一步修改。
(五)调查
参考调查点：稻田生态系统
组成成分：(1)非生物的物质和能量；(2)生产者：水稻、杂草、．浮游植物等； (3)．消费者：田螺、泥鳅、黄鳝、．鱼、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等；(3)分解者：多种微生物。
问题提示：
1．生产者主体是水稻，其他生产者有杂草、浮游植物等。农民主要通过喷洒除草剂，或人工除草的方式抑制杂草的生长。
2．初级消费者有：田螺、浮游动物、植食性昆虫、植食性鱼、鸟类等。一般而言，植食性昆虫和鸟类等往往对水稻生长构成危害，田螺、植食性鱼数量较多时也会对水稻生长构成危害。农民采取喷洒农药、竖稻草人等措施防止或减少这
些动物的危害。
3．次级消费者有：泥鳅、黄鳝、肉食性鱼、青蛙等。一般而言，这些消费者对水稻生长利大于害。农民通过禁捕，或适量放养等措施，实现生态农业的目标。
5．农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等；现代农业提出了综合利用思想，例如，秸秆可作为多种工业原材料，还可以用来生产沼气，以充分利用其中的能量。
6．主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。
7．通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农业；通过建造沼气池，实现能量的多级利用。
技能训练
分析和处理数据
1926年，美国一位生态学家研究了一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据。
1．这块田共收割玉米约10 000株，质量为6 000 kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2 675kg。
2．据他估算，这些玉米在整个生长过程中通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2 045kg。
3．1 kg葡萄糖储存1．6×107kJ能量。
4．在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8．5×1012kJ。
请根据以上数据计算：
这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少 这些葡萄糖储存的能量是多少
这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少
这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是多少 呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能总量的比例是多少
这块玉米田的太阳能利用效率是多少
处理数据
根据计算结果，画出能量流经该玉米种群的图解，图解中应标明各环节能量利用和散失的比例。
提示：
这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是6 687．5 kg，计算公式是(12+18)／12×2 675，这些葡萄糖储存的能量是1．07×1011kJ(计算公式是EG=MG×1．6×107)；
这些玉米呼吸作用消耗的能量是3．272×10lo kJ(计算公式为△E呼=△MG×1．6×107)；
这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是1．397 2×1011kj(计算公式为E固一EG+△E呼)，呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是23．4％；
这块玉米田的太阳能利用效率是1．64％(计算公式为η=1．397 2×1011／8．5×1012)。
利用情况如图5—5所示：
练 习
一、基础题
1．调查得知某河流生态系统的营养结构共有4个营养级(以a、b、c、d表示)。经测定，一年中流经这4个营养级的能量分别为：
营养级 能量(J·m-2)
a 141.10×105
b 15.9l×105
C 0.88×lO5
d 871.27 x 105
该生态系统中初级消费者是：
A．a； B．b；
C．c； D．d。
答[ ]
2．流经某一生态系统的总能量是：
A．照射到该生态系统中的全部太阳能；
B．该生态系统中所有生产者、消费者、分解
者体内的能量；
c．该生态系统中生产者体内的能量；
D．该生态系统中生产者所固定的太阳能。
答[ ]
3．在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为 b，全部分解者所获得的能量值为c，则a、b、c之间的关系是：
A．a=b+c； B．a>b+c；
C．a答[ ]
二、拓展题
1．下图是两个农业生态系统的模式图。图a中农作物为人类提供的食物量、为家禽和家畜提供的饲料量，都与图b相同。
(1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用 为什么
(2)图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，因此，该生态系统实现了能量的多级、充分利用，提高了能量的利用率。
2．将一块方糖放入水中，方糖就会立即溶解，消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗 为什么
一类名叫硅藻的小生物，生活在水中。它们能利用溶解在水中的硅化物制造自己绚丽精致的外壳，而通常情况下水体中硅化物的含量极为微少，仅有百万分之几，这远比方糖溶解后水中的含糖量低得多。
硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小屋呢 通过这一实例，你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识
2．提示：不能。在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝着无序的方向(熵增加)发展。硅藻能利用获取的营养通过自身的新陈代谢作用释放能量，依靠能量完成物质由无序向有序的转化，维持其生命活动。
21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网