2019-2020年高中生物 第2節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 第1課時示范教案 新人教版 本節(jié)教學(xué)可以從“問題探討”引入，在學(xué)生討論時，教師應(yīng)作必要的提示：生命活動離不開能量，生物需要不斷地從外界獲取能量才能維持生存；在生物獲得的能量中只有一部分儲存于生物體內(nèi)；由于能量沿食物鏈流動過程中逐級遞減，因而能量相同的食物，動物性食品比例越高，意味著消耗的總能量越多。 在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，教師引出生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的基本涵義。然后，提出怎樣研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。在進(jìn)行“能量流動的分析”的教學(xué)時，要提醒學(xué)生注意：研究能量流動可以在個體水平上，也可以在群體水平上。研究生態(tài)系統(tǒng)中能量流動一般在群體水平上，這種將群體視為一個整體進(jìn)行研究是系統(tǒng)科學(xué)常用的研究方法。理解能量流動的分析方法有助于學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)后面的內(nèi)容。 研究能量在沿著食物鏈從一個種群流動到另一個種群時，需要考慮能量被利用和未被利用等多方面的能量值，以某動物種群捕食種群A為例，可用下列“能量流動的分析”過程表示。 可以借助于某一具體的食物鏈，讓學(xué)生分析“能量流動的過程”。教師可概括：（1）幾乎所有生態(tài)系統(tǒng)的能量源頭是太陽能。植物通過光合作用，把太陽光能固定下來，這是生態(tài)系統(tǒng)繁榮的基礎(chǔ)。提醒學(xué)生注意：植物光合作用固定的能量減去呼吸作用消耗的能量，才是能夠?yàn)橄乱粻I養(yǎng)級消費(fèi)的能量。所以，從能量的角度來看，植物的多少決定了生物種類和數(shù)量。在氣候溫暖、降雨充沛的地方，植物格外繁茂，各種生物就會非常繁榮，熱帶雨林就是這樣的情況；在氣候寒冷、降雨很少的地方，植物很難生長，各種生物的數(shù)量都很少，顯得荒涼而冷寂。（2）能量沿著食物鏈流動時，每一營養(yǎng)級都有輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。（3）生物的遺體殘骸是分解者能量的來源。 能量在生態(tài)系統(tǒng)中是如何流動的，這是許多生態(tài)學(xué)家關(guān)注的問題。而對此問題的回答，僅僅作定性的闡釋是不夠的，必須基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來說明問題，由此引出林德曼的研究。 在學(xué)習(xí)“林德曼的研究”時，重點(diǎn)應(yīng)放在如何整理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而得出科學(xué)結(jié)論上。可采用“資料分析”的建議。教師要引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)據(jù)來分析能量流動的特點(diǎn)，在學(xué)生歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上，教師闡述生態(tài)系統(tǒng)能量流動具有的兩個特點(diǎn)。 “能量”是科學(xué)中的核心概念，學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)時，應(yīng)結(jié)合物理學(xué)知識，回答“思考與討論”中的問題。 關(guān)于研究能量流動的實(shí)踐意義的教學(xué)，可從分析“桑基魚塘”著手。教師應(yīng)向?qū)W生說明：人們在利用生態(tài)系統(tǒng)的資源的過程中，期望的“高效”與“持續(xù)”常常會發(fā)生矛盾。如何根據(jù)客觀規(guī)律來調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，以滿足人類的需求，是一個必須解決的重要問題，教師可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生討論一些實(shí)例。教學(xué)重點(diǎn) 1.生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程和特點(diǎn)。2.研究能量流動的實(shí)踐意義。教學(xué)難點(diǎn) 生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程和特點(diǎn)。教具準(zhǔn)備 1.文字資料1：生態(tài)系統(tǒng)數(shù)量金字塔。2.文字資料2：能量流動分析圖。3.文字資料3：課堂練習(xí)。4.掛圖：生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖；賽達(dá)伯格湖的能量流動圖解。5.視頻1：生態(tài)農(nóng)業(yè)。6.視頻2：草原生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈以及能量流動。（如果沒有視頻資料，可以用文字資料、圖像資料或課件來代替）課時安排 2課時。第1課時，學(xué)習(xí)能量流動的過程和特點(diǎn)。第2課時，學(xué)習(xí)能量流動的意義和調(diào)查的匯總報告。三維目標(biāo)1.分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程和特點(diǎn)。2.概述研究能量流動的實(shí)踐意義。3.嘗試調(diào)查農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動情況。4.學(xué)會用系統(tǒng)的方法來分析問題，以及掌握能量流動過程中數(shù)據(jù)的分析和處理。5.掌握能量金字塔和數(shù)量金字塔模型的建構(gòu)。6.通過分析能量流動的示意圖，掌握能量流動的過程。7.通過賽達(dá)伯格湖能量流動的圖解和必要的數(shù)據(jù)處理，掌握能量流動的特點(diǎn)。8.學(xué)會能量金字塔和數(shù)量金字塔模型的構(gòu)建，進(jìn)一步理解能量流動的特點(diǎn)。9.就研究能量流動的實(shí)踐意義，與學(xué)生一起探討。并通過調(diào)查，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、觀察能力、交流能力和分析、解決問題的能力。10.認(rèn)同物質(zhì)與能量是一個統(tǒng)一的整體，確立辯證唯物主義自然觀。11.關(guān)注農(nóng)業(yè)的發(fā)展和生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè)。教學(xué)過程第1課時導(dǎo)入新課師 同學(xué)們好！上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了生態(tài)系統(tǒng)的一些基本知識，現(xiàn)在請大家回答幾個問題。（1）生態(tài)系統(tǒng)具備的必要條件有哪些？（2）最大的生態(tài)系統(tǒng)是什么？（3）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括什么？（4）硝化細(xì)菌是生態(tài)系統(tǒng)的什么成分？（5）生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)是什么？（6）生態(tài)系統(tǒng)的什么是沿著食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行的？生1 生態(tài)系統(tǒng)具備的必要條件是：（1）要有生物群落和無機(jī)環(huán)境。（2）兩者要有聯(lián)系。生2 生物圈。生3 （1）生態(tài)系統(tǒng)的成分。（2）食物鏈和食物網(wǎng)。生4 生產(chǎn)者。生5 食物鏈和食物網(wǎng)。生6 物質(zhì)循環(huán)和能量流動。推進(jìn)新課師 不錯，看來大家課后復(fù)習(xí)得不錯。好，下面我們一起來學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。這也是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能之一。師 大家先看課本93頁“問題探討”，請大家把問題探討中的生物連成一條食物鏈。（學(xué)生看書，討論）師 誰來在黑板上寫一下？生圖5-2-1師 好的，那這里有幾條食物鏈？生 2條。師 正確，生產(chǎn)者是生 玉米。師 對，那么人是第幾營養(yǎng)級？生 第2、3營養(yǎng)級。師 請思考：玉米的作用是什么？生 通過光合作用把太陽能固定成化學(xué)能，儲存在有機(jī)物中，并沿著食物鏈向下傳遞。師 很好。這里首先補(bǔ)充一個知識點(diǎn)：流入生態(tài)系統(tǒng)中的能量就是指生產(chǎn)者固定的太陽能總量。但這里要補(bǔ)充一點(diǎn)，這僅限于自然生態(tài)系統(tǒng)。人工生態(tài)系統(tǒng)的能量還包括人為提供的。師 那么玉米被母雞吃掉以后，玉米中的能量到哪去了？生 應(yīng)該轉(zhuǎn)化成母雞自身組成物質(zhì)中的能量了。師 很好，但是有沒有能量散失掉呢？生 有，玉米呼吸作用要散失一部分熱能。師 非常正確，這里還要補(bǔ)充一點(diǎn)，還有一部分能量流入到分解者體內(nèi)。師 一切生命活動都伴隨著能量的變化。沒有能量的輸入，也就沒有生命和生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動就是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。師 那么，“問題探討”中的討論應(yīng)該如何回答呢？可以參照剛才大家回答的問題。（學(xué)生討論）師 誰來回答一下，并說明你選擇的理由？生1 選2，因?yàn)槌擞衩住⒛鸽u，我們還可以吃到雞蛋。生2 選1，因?yàn)槿绻糜衩孜闺u的話，玉米中的能量要流失掉一部分。生3 選1和選2都不對，我認(rèn)為先吃雞，同時播種玉米，等玉米植株成熟，結(jié)出玉米吃玉米。師 大家說，誰的正確？生 生2。師 確實(shí)是選1。那生1的錯誤在哪里呢？生 雞蛋中的能量也來自于母雞，能量不會無故增加。師 很好，那生3呢？生 他沒考慮到島上沒有任何食物，等玉米長出來時，他早就餓死了。所以肯定不行。師 不錯，這點(diǎn)忽略了。但他的想法值得鼓勵，如果條件允許，這個做法確實(shí)不錯。最后我來說明一下。師 生命活動離不開能量，生物需要不斷從外界獲取能量才能維持生存；在生物獲得的能量中只有一部分儲存于生物體內(nèi)；由于能量沿食物鏈流動過程中要散失掉一部分，因而能量相同的食物，動物性食品比例越高，意味著消耗的總能量越多。師 等我們學(xué)習(xí)完了這節(jié)知識，你就會更加清楚地理解選1的理由了。那么，下面我們就來學(xué)習(xí)本節(jié)的主要內(nèi)容能量流動的過程和特點(diǎn)。我們先來學(xué)習(xí)能量流動的過程。大家想想我們應(yīng)該怎樣來研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動呢？提示：能量流動的渠道是食物鏈和食物網(wǎng)。生1 以食物鏈為主線來研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。生2 以系統(tǒng)科學(xué)的方法來研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，也就是把相同營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的生物看作一個整體來研究。師 非常好。下面我們先來看一下課本93頁的能量流動的分析。能量流動的分析：能量流經(jīng)一個種群的情況可以用圖522表示如下： 圖5-2-2 如果將這個種群作為一個整體來研究，則左圖可以簡化成右圖形式，從中可以看出分析能量流動的基本思路。師 從圖中很清楚地可以看出能量流經(jīng)一個個體或種群時的變化。在生態(tài)系統(tǒng)中，生物種類繁多，大家認(rèn)為哪個研究起來更簡單？生 以種群為單位研究。師 是的。研究能量流動可以在個體水平上，也可以在群體水平上。研究生態(tài)系統(tǒng)中能量流動一般在群體水平上，這種將群體視為一個整體進(jìn)行研究是系統(tǒng)科學(xué)常用的研究方法。師 能量流動過程的分析第一個要點(diǎn)是在群體水平上研究，我們知道了。那么接下來，第二個要點(diǎn)就是剛才大家所回答的，以食物鏈為主線來研究?，F(xiàn)在請大家思考：在群體水平上畫出食物鏈，并思考其中能量的流動過程。大家可以參照書本94頁的內(nèi)容。（學(xué)生看書，討論）師 誰來畫一下？生圖5-2-3師 不錯。他不但畫出了食物鏈，而且還表明了能量的流動情況。下面，問大家?guī)讉€問題，請思考。課件展示： 1.能量是怎樣輸入生態(tài)系統(tǒng)的？ 2.能量流動的渠道是什么？ 3.能量是如何散失的？ 4.能量是如何進(jìn)入分解者體內(nèi)的？ 5.初級消費(fèi)者糞便中的能量包括在初級消費(fèi)者同化的能量中嗎？為什么？ 6.初級消費(fèi)者同化的能量有哪幾個去向？生1 通過生產(chǎn)者的光合作用固定太陽能。師 （提示）還有很少數(shù)是通過細(xì)菌的化能合成作用固定的化學(xué)能。生2 食物鏈和食物網(wǎng)。生3 通過呼吸作用散失。生4 通過糞便、遺體殘骸等形式。生5 不包括。因?yàn)榧S便是沒有被消費(fèi)者吸收的食物殘渣。而同化的能量是指被吸收后，儲存在消費(fèi)者自身組成物質(zhì)中的能量。師 這一點(diǎn)大家特別要注意，也就是說初級消費(fèi)者攝入的能量不等于其同化的能量。生6 3個去向。（1）呼吸作用散失。（2）被分解者利用。（3）被下一個營養(yǎng)級攝食。師 大家回答得非常好。下面我來總結(jié)一下。師 幾乎所有生態(tài)系統(tǒng)的能量源頭是太陽能。植物通過光合作用，把1%太陽光能固定下來，這是生態(tài)系統(tǒng)繁榮的基礎(chǔ)。輸入第一營養(yǎng)級的能量，一部分在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能的形式散失掉；一部分用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動，儲存在植物體的有機(jī)物中。構(gòu)成植物體有機(jī)物中的能量，一部分隨枯枝敗葉等被分解者分解而釋放出來；另一部分則被初級消費(fèi)者攝入體內(nèi)，這樣，能量就流入了第二營養(yǎng)級。能量流入第二營養(yǎng)級后的變化，剛才我們已經(jīng)討論過了，能量在第三、四營養(yǎng)級的變化，與第二營養(yǎng)級大致相同。師 課本的圖57簡潔地說明了能量流動的過程。簡單說就是，一個營養(yǎng)級所同化的能量=呼吸散失的能量+被分解者利用的能量+被下一個營養(yǎng)級攝入的能量。師 這個公式是不是可以應(yīng)用于所有營養(yǎng)級？生 不是。最高營養(yǎng)級能量的去向只有兩個：一是呼吸散失的能量；二是被分解者利用的能量。師 很好。那下面我來設(shè)計一張圖，可以很細(xì)致地描繪出能量在種群之間的流動情況。課件展示： 研究能量在沿著食物鏈從一個種群流動到另一種群時，需要考慮能量被利用和未被利用等多方面的能量值，以某動物種群捕食種群A為例，看下列“能量流動的分析”過程：能量流動的分析師 （補(bǔ)充）1.被捕食的是沒有被下一個營養(yǎng)級攝食，仍舊以上一個營養(yǎng)級的形式存在的。2.未食入的是指沒有被攝食進(jìn)去的，如食物的碎屑，動物的骨頭、毛發(fā)等，植物的秸稈等。其會被分解者利用。3.未同化的是指糞便，其會被分解者利用。4.從這里可以看出，其實(shí)在自然界中，對一個種群來說，其同化的能量去向還包括未被捕食的，也可以說是未利用的。師 現(xiàn)在，相信大家對生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動的過程應(yīng)該十分清楚了。最后我還要強(qiáng)調(diào)一下，大家不但要知道每一個營養(yǎng)級所同化能量的去向，而且還應(yīng)該對每一個營養(yǎng)級能量的攝入、同化、散失等過程非常清楚。師 下面大家看一下課本94頁“思考與討論”。根據(jù)能量流動的過程和食物鏈上營養(yǎng)級的關(guān)系思考一下，可以相互討論。師 誰來回答一下第1題？生 遵循。因?yàn)閷τ谡麄€生態(tài)系統(tǒng)來說，輸入的能量=散失的能量+儲存的能量。師 是的。能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動、轉(zhuǎn)化后，一部分儲存在生態(tài)系統(tǒng)（生物體有機(jī)物）中，而另一部分被利用、散發(fā)至無機(jī)環(huán)境中，兩者之和與流入生態(tài)系統(tǒng)的能量相等。圖5-2-4師 那第2題呢？生 不能。我認(rèn)為根據(jù)食物鏈中的捕食關(guān)系，能量的流動應(yīng)該是單向的。而且通過呼吸作用散失的熱能，也不可能再被生產(chǎn)者重新利用。師 很好。能量流動的特點(diǎn)之一，就是單向流動，它不能循環(huán)利用。能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動，很大部分被各個營養(yǎng)級的生物利用，通過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，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。師 那么能量流動還有什么特點(diǎn)呢？我們接著看。能量在生態(tài)系統(tǒng)中是如何流動的，這是許多生態(tài)學(xué)家關(guān)注的問題。而對此問題的回答，僅僅作定性的闡釋是不夠的，必須基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來說明問題。下面就是美國科學(xué)家林德曼對一個結(jié)構(gòu)相對簡單的天然湖泊賽達(dá)伯格湖的能量流動的定量分析。掛圖：圖5-2-5 賽達(dá)伯格湖的能量流動圖解 圖中數(shù)字為能量數(shù)值，單位是J/（cm2a）（焦每平方厘米年）。圖中“未固定”是指未被固定的太陽能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一個營養(yǎng)級和分解者利用的能量。為研究方便起見，這里將肉食性動物作為一個營養(yǎng)級師 請大家仔細(xì)觀察圖525，并認(rèn)真思考課本95頁“資料分析”中的問題。資料分析中的“流出”該營養(yǎng)級的能量就是指流入下一個營養(yǎng)級的能量。師 數(shù)據(jù)能很好地說明問題。在這里大家要重視生物學(xué)中對數(shù)據(jù)的整理、處理和分析，以及數(shù)據(jù)在說明生物學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律的過程中的重要性。數(shù)據(jù)在孟德爾遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)中的作用我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過了。師 第（1）題和第（2）題誰來寫一下？生 營養(yǎng)級流入能量流出能量（輸入后一個營養(yǎng)級）出入比生產(chǎn)者464.662.813.52%植食性動物62.812.620.06%肉食性動物12.6分解者14.6 師 很好。但有一個小錯誤，分解者不屬于營養(yǎng)級。這點(diǎn)大家一定要注意。大家看一下在相鄰的兩個營養(yǎng)級之間，能量傳遞效率是多少？生 13.52%和20.06%。師 也就是說，輸入到一個營養(yǎng)級的能量不可能100%傳遞到下一個營養(yǎng)級，能量在食物鏈流動的過程中是逐級減少的。一般來說，相鄰的兩個營養(yǎng)級之間，能量傳遞效率是10%20%。這就是能量流動的一個特點(diǎn)：逐級遞減。師 第3個問題呢？生 流入某一營養(yǎng)級的能量除了流向下一個營養(yǎng)級，還有以下去向：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(jìn)入下一營養(yǎng)級，而為分解者所利用；還有一部分未能進(jìn)入（未被捕食或未利用）下一營養(yǎng)級。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。師 很好。那我來問幾個問題：1.對某一營養(yǎng)級輸入的能量和輸出的能量有什么關(guān)系？用數(shù)據(jù)說明。2.圖中所有的箭頭全部都是單向的，說明了什么問題？生1 相等。營養(yǎng)級輸入能量輸出能量（包括所有去向）生產(chǎn)者464.662.8+12.5+293+96.3=464.6植食性動物62.812.6+2.1+18.8+29.3=62.8肉食性動物12.67.5+5.0+微量=12.6 師 是的。這很好地說明能量流動符合能量守恒定律。生2 說明了能量流動是單向的，不可逆轉(zhuǎn)，也不可循環(huán)流動。師 很好。這就是能量流動的另一個特點(diǎn)單向流動。比如狼可以吃兔子，獲得兔子的能量，但兔子不能吃狼，獲得狼的能量。在食物鏈中，能量只能從低營養(yǎng)級向高營養(yǎng)級流動。師 第4個問題總結(jié)的規(guī)律就是：生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的；能量在流動過程中逐級遞減。師 下面我們觀看一段視頻，可以讓大家更形象地了解生態(tài)系統(tǒng)的能量流動?？吹臅r候，大家思考我們可以構(gòu)建一個什么樣的模型來更加直觀地體現(xiàn)能量流動的特點(diǎn)。參照書本圖59。多媒體播放視頻：草原生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈以及能量流動。（學(xué)生觀看，思索）師 好，視頻片段很清楚地說明了生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的過程和特點(diǎn)，那誰來構(gòu)建模型？生1 能量金字塔。圖526師 不錯?？梢钥闯瞿芰康牧鲃邮侵鸺夁f減的，大家看書96頁和圖59，并思考圖59下面的問題。師 能量金字塔比較直觀地體現(xiàn)了能量流動的特點(diǎn)，金字塔越高，塔尖部分就越小，也就意味著能量越少。所以食物鏈的營養(yǎng)級一般不超過45級，因?yàn)槟芰刻倬蜔o法維持生物的生存了。那下面的問題誰來回答？生2 數(shù)量金字塔。一般也是金字塔形，但有例外。圖5-2-7 師 很好。這就是數(shù)量金字塔（用生物個體數(shù)量表示）或生物量金字塔（用生物的質(zhì)量表示）。一般是金字塔形，有時候會出現(xiàn)倒置的塔形。例如,在海洋生態(tài)系統(tǒng)中,由于生產(chǎn)者(浮游植物)的個體小,壽命短,又會不斷地被浮游動物吃掉,所以某一時刻調(diào)查到的浮游植物的生物量(用質(zhì)量來表示),可能低于浮游動物的生物量(用質(zhì)量來表示),這時生物量金字塔的塔形就顛倒過來了。當(dāng)然,這不是說流過生產(chǎn)者這一環(huán)節(jié)的能量要比流過消費(fèi)者這一環(huán)節(jié)的能量少。事實(shí)上,一年中流過浮游植物的總能量還是比流過浮游動物的要多。與此同理,成千上萬只昆蟲生活在一株大樹上時,該數(shù)量金字塔的塔形也會發(fā)生倒置。師 能量金字塔永遠(yuǎn)是正金字塔形；數(shù)量或生物量金字塔一般為正金字塔形，少數(shù)情況也可倒置。課堂小結(jié) 師 好了，現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程和特點(diǎn)我們都清楚了。通過學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，我們知道生態(tài)系統(tǒng)必須不斷地從外界獲取能量。能量是一切生命活動的動力，是生態(tài)系統(tǒng)存在的基礎(chǔ)。能量流動維持各個營養(yǎng)級的生命和繁衍，使得一個生態(tài)系統(tǒng)得以存在和發(fā)展?，F(xiàn)在我們可以再看一下書本開頭的問題探討，這時就不難得出選1的答案了。從這里也可以看出，研究能量流動可以幫我們更好地利用能量，有時還可以挽救生命呢。可見，研究能量流動的實(shí)踐意義是非常重要的。那這部分的內(nèi)容下節(jié)課再討論。