生态系统能量流动 教学分析 本节是人教版新课标必修3《稳态与环境》第5章第2节。生态系统的能量流动、物质循环和信息传 递使生态系统各组分有机统一成为整体,因而能量流动的过程和特点是本节乃至本章的重点和难点。学生 学习本节前已有生态系统的类型和结构、光合作用和呼吸作用等相关知识,对池塘、农田等生态系统的能 量流动有一定感性认识。教学以提高学生生物科学素养为宗旨,首先以生存挑战导入课题,引发学生探索 兴趣,例析研究能量流动的分析思路,建立能流分析架构:然后设置问题串引导学生阅读教材,自主建构 能流过程,定性分析其特点,进而对赛达伯格湖能流数据进行定量分析,证实生态系统的能量流动单向递 减;接着引导学生模拟种群年龄组成图解对各营养级获得能量进行直观表达,从而构建能量金字塔,组织 学生讨论“为什么生态系统的营养级一般不超过5个?”等;最后创设问题情境,讨论如何应用能流规律 提出个人生活的营养对策以及优化农牧业等生产方式的合理建议。 教学目标 2.1知识方面描述生态系统能量流动的概念,并指出其硏究思路:分析能量流动过程和特点;概述 研究能量流动的实践意义 2.2能力方面有关能量流动的系统分析、数据处理和综合思维的锻炼:应用生态系统能量流动的基 本规律解释现象、解决问题。 23情感态度与价值观方面从能量方面认同生态系统是开放的生命系统:认同能流规律对社会生产 实践的指导作用。 3教学过程 3.1情境导入先来一个生存大挑战:假如你像小说中的鲁滨逊那样,流落在一个荒岛上,除了饮 用水之外没有任何食物。你随身带的食物只有一只母鸡、15Kg玉米。 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? 策略:A.先吃鸡再吃玉米 B先吃玉米,同时用一部分玉米喂鸡,吃鸡产下的蛋,最后吃鸡。 学生小组讨论并说出选择的理由,解决这个问题的关键是哪种策略能使人获得最多的能量,从而能维 持最长的时间来等待救援。为了更合理、更科学的选择,这一节课咱们来学习生态系统的能量流动 3.2定性分析系统分析是“稳态与环境”模块科学方法教育的侧重点之 给出草、兔、鹰这条食物链,学生说出食物链中各生物所属营养级,以及在生态系统中的具体成分。 设计问题串:在食物链中,各营养级的能量来源是什么?能量去路又有哪些?”要求学生以概念图形 式写出它的能量来源和去路,并用箭头标示清楚。 教师组织学生分组讨论,并让学生把构建好的概念模型按照营养级从低到高的顺序排列粘贴在黑板相 应位置上,而且在每一个小组中,学生推荐一名代表来讲解自己的成果。 屏幕上打出正确的第一营养级的概念图,学生自主对比并作修改。并总结第一营养级的能量来源和去 路。来源:生产者通过光合作用固定的太阳光能:去路:(1)自身通过呼吸作用分解一部分有机物释放能 量(散失):(2)随残枝败叶等流入到分解者中(最终通过分解者的呼吸作用散失能量):(3)有一小部分 有机物中的能量流入到下一个营养级 抛出质疑:兔子通过捕食把草吃进肚子里,草中的能量都被兔子吸收了吗? 引出摄入量不等于同化量,同化量=摄入量粪便量。 总结三个营养级能量流动过程,每一个营养级都有能量的输入、传递、转化、散失。所以生态系统的 第1页
第 1 页 生态系统能量流动 1 教学分析 本节是人教版新课标必修 3《稳态与环境》第 5 章第 2 节。生态系统的能量流动、物质循环和信息传 递使生态系统各组分有机统一成为整体，因而能量流动的过程和特点是本节乃至本章的重点和难点。学生 学习本节前已有生态系统的类型和结构、光合作用和呼吸作用等相关知识，对池塘、农田等生态系统的能 量流动有一定感性认识。教学以提高学生生物科学素养为宗旨，首先以生存挑战导入课题，引发学生探索 兴趣，例析研究能量流动的分析思路，建立能流分析架构；然后设置问题串引导学生阅读教材，自主建构 能流过程，定性分析其特点，进而对赛达伯格湖能流数据进行定量分析，证实生态系统的能量流动单向递 减；接着引导学生模拟种群年龄组成图解对各营养级获得能量进行直观表达，从而构建能量金字塔，组织 学生讨论“为什么生态系统的营养级一般不超过 5 个？”等；最后创设问题情境，讨论如何应用能流规律 提出个人生活的营养对策以及优化农牧业等生产方式的合理建议。 2 教学目标 2.1 知识方面 描述生态系统能量流动的概念，并指出其研究思路；分析能量流动过程和特点；概述 研究能量流动的实践意义。 2.2 能力方面 有关能量流动的系统分析、数据处理和综合思维的锻炼；应用生态系统能量流动的基 本规律解释现象、解决问题。 2.3 情感态度与价值观方面 从能量方面认同生态系统是开放的生命系统；认同能流规律对社会生产 实践的指导作用。 3 教学过程 3.1 情境导入 先来一个生存大挑战：假如你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，除了饮 用水之外没有任何食物。你随身带的食物只有一只母鸡、15Kg 玉米。 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？ 策略：A.先吃鸡再吃玉米。 B.先吃玉米，同时用一部分 玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。 学生小组讨论并说出选择的理由，解决这个问题的关键是哪种策略能使人获得最多的能量，从而能维 持最长的时间来等待救援。为了更合理、更科学的选择，这一节课咱们来学习生态系统的能量流动。 3.2 定性分析 系统分析是“稳态与环境”模块科学方法教育的侧重点之一。 给出草、兔、鹰这条食物链，学生说出食物链中各生物所属营养级，以及在生态系统中的具体成分。 设计问题串：在食物链中，各营养级的能量来源是什么？能量去路又有哪些？”要求学生以概念图形 式写出它的能量来源和去路，并用箭头标示清楚。 教师组织学生分组讨论，并让学生把构建好的概念模型按照营养级从低到高的顺序排列粘贴在黑板相 应位置上，而且在每一个小组中，学生推荐一名代表来讲解自己的成果。 屏幕上打出正确的第一营养级的概念图，学生自主对比并作修改。并总结第一营养级的能量来源和去 路。来源：生产者通过光合作用固定的太阳光能；去路：（1）自身通过呼吸作用分解一部分有机物,释放能 量（散失）；（2）随残枝败叶等流入到分解者中（最终通过分解者的呼吸作用散失能量）；（3）有一小部分 有机物中的能量流入到下一个营养级。 抛出质疑：兔子通过捕食把草吃进肚子里，草中的能量都被兔子吸收了吗？ 引出摄入量不等于同化量，同化量=摄入量-粪便量。 总结三个营养级能量流动过程，每一个营养级都有能量的输入、传递、转化、散失。所以生态系统的
能量流动的定义就是生态系统中的能量的输入、传递、转化、散失的过程 通过小组交流合作,回答出PPT上的问题并写在学案上: 1生态系统中能量的源头是什么?能量流动的起点是什么? 流经一个生态系统的总能量是什么? 3.能量流动的渠道是什么?在食物链(网)中能量以什么形式传递? 4能量最终的归宿是什么 5该食物链能否发生能量逆向流动?或者是循环使用? 6输入某一营养级的能量能否全部流入下一营养级? 通过定性分析,生态系统的能量“单向流动、逐级递减”的特点已经呼之欲出 33定量研究及拓展从定性分析到定量研究是科学深入发展的必然,由此引出林德曼的研究。指 导学生处理教材PΩ5赛达伯格湖能流数据,揭示其“单向流动、逐级递减”的能流特点 教师引导、总结 1、能量传递效率=输入到后一营养级的能量(同化量)/本营养级的能量(同化量) 2、未利用的能量:未被呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者所利用的能量,可依然存在于生物体 内,也可能以煤、石油等形式存在 学生思考讨论以下问题: (1)分析每一营养级能量的“流入”和“流出(包含未利用)”是否平衡? (2)随着食物链的延伸,能量在各营养级的含量上有什么特点?赛达伯格湖的能量流动图解中哪些 方式表现了该特点? 教师进一步设问,表格中各营养级能量传递效率是多少? 引导分析出能量从第一营养级流入第二营养级占生产者所固定能量的百分比是13.5%;第二营养级流 人第三营养级的能量,占初级消费者所同化的能量总量的百分比是20%。能量在两个营养级之间传递效率 般为10 3)能量在两个营养级之间传递效率一般为10%-20%。为什么某一营养级的能量不能百分之百地流 到下一个营养级? 学生讨论归纳出原因 ①各营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量 ②各营养级总有一部分生物的能量未被下一个营养级的生物所利用 ③各营养级的残枝败叶或遗体残骸等流入到分解者被利用 教师:由此我们可以得出生态系统的能量流动另一个特点是什么? 学生:能量流动有逐级递减的特点。 生态系统能量流动的特点二:逐级递减 回扣导入的问题:请大家利用刚学过的知识分析最开始的那个问题,应该选择哪种策略?为什么? 学生小组讨论·最终选用策略A。用玉米喂鸡,增加了人在食物链中的营养级数,增大了能量浪费 违背了人对有限能源的最大利用原则 教师点拨:上一营养级生物呼吸速率越低,或是下一营养级的捕食、同化效率越高,相邻营养级之间 的能量传递效率就会越高。代谢所需的酶由生物的遗传基础决定,环境条件会影响生物的代谢和捕食效率。 若此,便能巧妙沟通“生态”与“代谢”、“遗传”知识的内在联系,有效锻炼学生的分析和综合思维 要求学生模拟教材P63种群年龄组成图解,借用P98基础题1表中各营养级能量数据构建能量金字塔, 并据此解释:①食物链的营养级数一般不超过5。②肉的价格一般比粮食贵。教师然后设问:如果把各个 第2页
第 2 页 能量流动的定义就是生态系统中的能量的输入、传递、转化、散失的过程。 通过小组交流合作，回答出 PPT 上的问题并写在学案上： 1.生态系统中能量的源头是什么？能量流动的起点是什么？ 2.流经一个生态系统的总能量是什么？ 3.能量流动的渠道是什么？在食物链（网）中能量以什么形式传递？ 4.能量最终的归宿是什么？ 5.该食物链能否发生能量逆向流动？或者是循环使用? 6.输入某一营养级的能量能否全部流入下一营养级？ 通过定性分析，生态系统的能量“单向流动、逐级递减”的特点已经呼之欲出。 3.3 定量研究及拓展 从定性分析到定量研究是科学深入发展的必然，由此引出林德曼的研究。指 导学生处理教材 P95 赛达伯格湖能流数据，揭示其“单向流动、逐级递减”的能流特点。 教师引导、总结： 1、能量传递效率=输入到后一营养级的能量（同化量）/本营养级的能量（同化量） 2、未利用的能量：未被呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者所利用的能量，可依然存在于生物体 内，也可能以煤、石油等形式存在。 学生思考讨论以下问题： （1）分析每一营养级能量的 “流入” 和 “流出（包含未利用）” 是否平衡？ （2）随着食物链的延伸，能量在各营养级的含量上有什么特点？赛达伯格湖的能量流动图解中哪些 方式表现了该特点？ 教师进一步设问，表格中各营养级能量传递效率是多少？ 引导分析出能量从第一营养级流入第二营养级占生产者所固定能量的百分比是 13.5%；第二营养级流 人第三营养级的能量，占初级消费者所同化的能量总量的百分比是 20%。能量在两个营养级之间传递效率 一般为 10%--20%. （3）能量在两个营养级之间传递效率一般为 10%--20%。为什么某一营养级的能量不能百分之百地流 到下一个营养级？ 学生讨论归纳出原因： ①各营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量 ②各营养级总有一部分生物的能量未被下一个营养级的生物所利用 ③各营养级的残枝败叶或遗体残骸等流入到分解者被利用 教师：由此我们可以得出生态系统的能量流动另一个特点是什么？ 学生：能量流动有逐级递减的特点。 生态系统能量流动的特点二：逐级递减 回扣导入的问题：请大家利用刚学过的知识分析最开始的那个问题，应该选择哪种策略？为什么？ 学生小组讨论···最终选用策略 A。用玉米喂鸡，增加了人在食物链中的营养级数，增大了能量浪费， 违背了人对有限能源的最大利用原则。 教师点拨：上一营养级生物呼吸速率越低，或是下一营养级的捕食、同化效率越高，相邻营养级之间 的能量传递效率就会越高。代谢所需的酶由生物的遗传基础决定，环境条件会影响生物的代谢和捕食效率。 若此，便能巧妙沟通“生态”与“代谢”、“遗传”知识的内在联系，有效锻炼学生的分析和综合思维。 要求学生模拟教材 P63 种群年龄组成图解，借用 P98 基础题 1 表中各营养级能量数据构建能量金字塔， 并据此解释：① 食物链的营养级数一般不超过 5。②肉的价格一般比粮食贵。教师然后设问：如果把各个
营养级的生物数量关系,用绘制能量金字塔的方式表达出来,是不是也是金字塔形? 分组讨论:①从能量角度谈对生态系统开放性的理解。②溶于水中的方糖为何不能自行变回原来的形 状?硅藻靠什么力量建造自己精美的硅壳?教师提示,使学生认同生态系统在能量方面是一个开放的系 统,加深对核心科学概念“能量”的理解。 3.4研究意义教师讲述:科学规律的揭示,价值不仅在于提升人类对于世界的理解,还必将带来 实践上的应用,从而使生活变得更加美好!生态系统能量流动的原理就在指导人们发展生态农、林、牧、 渔等产业方面发挥着重要作用。 分组讨论:①解释P98拓展题1中图a和图b两个农业生态系统的优劣,帮助改进桑基鱼塘的生产方 式。②呼应本节开始提出的问题,展示牧草净产量与载畜量的关系,探讨“如何合理确定草原载畜量,才 能保持畜产品的持续高产?”在此基础上总结研究能量流动的实践意义。 辨别思考:①科学设计人工生态系统是为提高能量的 (传递、利用)效率。是如何提高的? ②人类利用生态系统的能量的途径有:用于作用和用作能源。(答案:①利用②同化生活) 4教学反思 教学围绕“提高生物科学素养”制定和实施教学目标,本节课摒弃了原来的教学模式,意外收获了很 多。采用以上教学模式,通过讨论交流,学生的思维被充分调动起来,主动参与学习,成为学习的主人。 在此次教学过程中,充分体现了生活化、活动化、情感化的新课程理念。但仍然存在一些问题:课堂气氛 活跃,时间长短不易把握,课堂时间稍显紧张,因此教师要果断安排学生讨论时长。学生表达不清楚和不 规范时,教师应当及时纠正。在教学中毫不吝啬的给予学生机会,让学生展现自我,让学生都有一定的表 现机会,但要控制好时间和照顾到不同层次的学生。发挥学生主体作用的同时,教师要充分发挥自己的主 导作用,预设好每一节课。 第3页
第 3 页 营养级的生物数量关系，用绘制能量金字塔的方式表达出来，是不是也是金字塔形？ 分组讨论：①从能量角度谈对生态系统开放性的理解。②溶于水中的方糖为何不能自行变回原来的形 状？硅藻靠什么力量建造自己精美的硅壳？教师提示，使学生认同生态系统在能量方面是一个开放的系 统，加深对核心科学概念“能量”的理解。 3.4 研究意义 教师讲述：科学规律的揭示，价值不仅在于提升人类对于世界的理解，还必将带来 实践上的应用，从而使生活变得更加美好！生态系统能量流动的原理就在指导人们发展生态农、林、牧、 渔等产业方面发挥着重要作用。 分组讨论：①解释 P98 拓展题 1 中图 a 和图 b 两个农业生态系统的优劣，帮助改进桑基鱼塘的生产方 式。②呼应本节开始提出的问题，展示牧草净产量与载畜量的关系，探讨“如何合理确定草原载畜量，才 能保持畜产品的持续高产？”在此基础上总结研究能量流动的实践意义。 辨别思考：①科学设计人工生态系统是为提高能量的________（传递、利用）效率。是如何提高的？ ②人类利用生态系统的能量的途径有：用于_____作用和用作____能源。（答案：①利用 ②同化 生活） 4 教学反思 教学围绕“提高生物科学素养”制定和实施教学目标，本节课摒弃了原来的教学模式，意外收获了很 多。采用以上教学模式，通过讨论交流，学生的思维被充分调动起来，主动参与学习，成为学习的主人。 在此次教学过程中，充分体现了生活化、活动化、情感化的新课程理念。但仍然存在一些问题：课堂气氛 活跃，时间长短不易把握，课堂时间稍显紧张，因此教师要果断安排学生讨论时长。学生表达不清楚和不 规范时，教师应当及时纠正。在教学中毫不吝啬的给予学生机会，让学生展现自我，让学生都有一定的表 现机会，但要控制好时间和照顾到不同层次的学生。发挥学生主体作用的同时，教师要充分发挥自己的主 导作用，预设好每一节课