人教版 (2019)选择性必修2第2节生态系统的能量流动教案

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这是一份人教版 (2019)选择性必修2第2节生态系统的能量流动教案，共6页。

《生态系统的能量流动》教学设计
课程标准解读	课程标准中关于本节的具体内容标准为“分析能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律，举例说明利用能量流动规律，人们能够更加科学、有效的利用生态系统的资源，解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系”。在这段描述中，强调了三点：1、构建模型；2、分析数据；3、对相关生态学实践应用作出合理的分析和判断。因此本节课主要解决三个问题：构建生态系统能量流动模型；研究生态系统能量流动的规律；应用生态系统能量流动的知识解决生产实践问题。
教学设计思路	通过“林德曼对赛达伯格湖的研究”问题情境，通过层层设问，构建生态系统能量流动的模型，总结能量流动规律。通过“林德曼对赛达伯格湖能量数据的统计”研究生态系统能量流动的特点。通过“根据赛达伯格湖能量数据”构建能量金字塔模型，从而引申出数量金字塔和生物量金字塔。通过分析“不同生产实践的具体案例”总结出我们研究能量流动的实践意义。
教学目标	通过对能量流经第一、第二营养级的分析，简述如何研究生态系统的能量流动过程。 2.通过对赛达伯格湖能量流动的定量分析，概述生态系统的能量流动规律。 3.用生态金字塔表征表征生态系统的能量流动等特点。 4.尝试用生态系统的能量流动规律为生产实践提出合理建议，认同研究能量流动具有实践意义。
教学重点	生态系统能量流动过程
教学难点	分析生态系统能量流动的过程
教学方法	讲授法
教学手段	多媒体教学	教学课时	2
高三复习课型的教学设计
学生活动	教师的组织和引导			教学意图
分析情境	在浙江省青田县，聪明的农民会在稻田中同时饲养鱼儿。这样的养殖方式为稻鱼共生系统。其中水稻为其他的生物提供有机食物，鱼儿可以耕田除草，吞噬害虫，产生的粪便还可以被分解者分解为土壤提供养料。你认为这样稻鱼共生系统相比于传统的单独种植水稻的生态系统有什么优势呢？利用稻田养鱼可以节约成本，能量实现了多级利用，提高收益。那在这样的生态系统中，能量是如何进行传递的呢？能量流动有什么特点呢？对我们的生产实践有什么重要意义呢？这就是我们今天要学习的内容，生态系统的能量流动。			通过真实情境，引导学生探讨生态系统研究的重要性。
分析与推理	在20世纪四十年代美国生态学家林德曼选择了赛达伯格湖对这一问题进行探究。他在众多生态系统中，如森林、草原、荒漠、苔原等，选择了赛达伯格湖作为研究对象，请你从生态学的角度思考一下他选择的原因是什么呢？在他的文章中他给出这样的解释：The food-cycle relationships in small senescent lakes,because of such features as relatively uniform depth,general homofeneity of bottom type and absence of violent wave action,tend to be less complicated and more easily studied than those large lakes。由于小湖泊的深度相对均匀，底形一般均匀，没有剧烈波浪作用等特点，其食物循环关系比大湖泊的研究要更简单。简单来说，就是范围小，边界清楚，成分相对稳定，结构比较简单，更便于我们进行研究。			分析生态系统的不同特点，总结林德曼选择赛达伯格湖的原因，感受科学家严谨的思维。
构建生态系统能量流动的模型	活动一：明确研究要素现在展示的是赛达伯格湖的食物关系图（1）这个生态系统中，包含那些成分？（2）它有几类消费者？几个营养级？我们看到这个生态系统，包含生产者、消费者、分解者、非生物物质与能量；含有三类消费者，分别为初级消费者、次级消费者、三级消费者，加上浮游植物和水草这样的生产者，一共四个营养级。活动二：分析生产者能量流动关系那你能根据所给提示，以生产者为例，标出能量输入、利用、散失的途径。（1）生产者的来源是什么？（太阳能，但并不是所有的太阳能都流入到生态系统中，这些能量绝大部分被大气层所吸收、散射和反射掉了，只有一小部分生产者通过光合作用固定在有机物中流入到生态系统中。所以我们通常说流入生态系统中的总能量为生产者固定的太阳能。因为生产者所固定的太阳能全部被生产者所利用，所以生产者的同化量等于固定量。）（2）生产者能量是通过什么方式获得的？（通过植物的光合作用将太阳能转化成化学能，固定在它们所制造的有机物中）（3）能量的去向有哪些？（一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了；另一部分用于生产者的生长、发育、繁殖等生命活动，储存在植物体的有机物中。这部分的能量一部分会被初级消费者摄入体内，流向下一营养级；另一部分随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来）（4）固定的能量都能在当年被利用或散失吗？（并不会所有的能量都被当年所利用，所以还有未被利用的能量）那请同学们模仿生产者的能量流动，来构建初级消费者的能量流动示意图。（初级消费者通过捕食从生产者中获得的能量称为摄入量，其中被消化道吸收的量为同化量，未被吸收的量以粪便的形式排出体外，流向分解者，所以初级消费者的同化量=摄入量-粪便量。由此可知，粪便量并不属于该营养级的同化量，但属于于上一营养级的同化量。被同化的能量同样一部分通过呼吸作用中以热能的形式散失了；另一部分用于消费者的生长、发育、繁殖等生命活动，这部分的能量一部分流向下一营养级；另一部分随着尸体残骸等被分解者分解而释放出来，还有些能量未被利用。）我们根据生产者和初级消费者的能量去路，可以构建这样的能量流动示意图。并可以得出这样的结论。 ①同化量=摄入量-粪便量 ②输入某营养级的总能量是指该营养级同化的能量，粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，粪便量是上一营养级同化的能量。 ③初级消费者同化的能量=呼吸消耗的能量+用于生长、发育和繁殖的能量 ④生长、发育和繁殖的能量=分解者利用的能量+下一营养级同化的能量+未利用的能量；所以什么是生态系统的能量流动？就是指在生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。输入到生态系统中的能量是指生产者固定的太阳能；能量以有机物的形式沿食物链和食物网进行传递；生产者通过光合作用将太阳能转化为化学能固定在有机物中，通过呼吸作用以热能的形式散失。			学生通过理清各营养级能量的输入和输出过程，构建能量流动的定性分析模型，提升学生的科学思维。
根据赛达伯格湖的的能量数据概况能量流动的特点。	我们再回到赛达伯格湖，林德曼通过对湖泊进行取样探究、实验室生态箱模拟的方法对各营养级能量的去路进行了定量的测定，得出数据。请你根据以上数据完成表格。根据你所补充的表格，观察能量在逐级传递的过程中有什么特点？在生态系统中，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，所以我们说能量流动是单向的。能量也不可以循环流动，所以任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。另外我们发现，能量再沿食物链流动过程中是逐渐减少的，一般来说，在输入到某一个营养级中，只有10%-20%的能量能够流入到下一营养级。营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，因此，生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。并且，值得注意的是，传递效率一般不可改变。			在定性分析的基础上进行定量分析，体会科学家的思考方式，归奶能量传递的规律和传递效率。












构建生态金字塔	那如果我们现在将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应的面积或者体积用图形表示，按照营养级从低到高进行排列，你能画出什么样的图形。我们发现，随着营养级升高，对应的图形面积就越小，呈现一种类似金字塔的形状，我们称之为能量金字塔，由于能量流动逐级递减，所以我们得到的是正金字塔。那如果我们用同样的方法表示各个营养级的数目，就形成了数量金字塔。对于生物来说，一般都会选择捕食比自己种群数量多的生物，所以数量金字塔一般成正金字塔。但有些生产者的个体要比消费者的个体大得多，例如大树与昆虫，那么此时的数量金字塔就是倒置的。按照此方法，表示各个营养级的生物量的值，形成生物量金字塔。生物量金字塔一般也为正金字塔。但有时候也会出现倒置的情况，比如海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉。所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔统称为生态金字塔。			将数据表格转化为图形，化抽象为具体，提高学生的科学思维能力。












分析“不同生产实践的具体案例”总结出我们研究能量流动的实践意义	通过本节课的学习，我们回到上课之前所提到的稻鱼共生系统，你能尝试着写出他们的能量流动关系吗？如图展示了稻鱼共生系统的能量流动关系，我们发现，这样的生产方式充分的利用了资源，让人类获得了更大的收益。除此之外，在生产实践过程中，人们将甘蔗和大豆间种，充分利用太阳能；在蔬菜大棚中多层育苗，在冬天种小麦，夏天种玉米。所以我们研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量。在农业生产过程中，人们科学规划和设计人工生态系统，比如原本把作物秸秆当作燃料烧掉，但现在人们将秸秆用作饲料喂牲畜，获得肉、蛋、奶等；牲畜的粪便可以作为沼气池发酵的原料，为生产沼气提供能源，沼气池的沼渣可以作为肥料还田。这样就实现了对能量的多级利用，虽然我们并不能提高能量的传递效率，但大大提高了能量的利用率。与此类似的还有桑基鱼塘，种桑养蚕同池塘养鱼相结合的一种生产经营模式。在池塘附近种植桑树，以桑叶养蚕，以蚕沙、蚕蛹等作鱼饵料，以塘泥作为桑树肥料，形成池埂种桑，桑叶养蚕，蚕蛹喂鱼，塘泥肥桑的生产结构或生产链条，二者互相利用，互相促进，达到鱼蚕兼取的效果。我们发现这些原本要流向分解者的能量都被人类重新利用起来，提高了能量的利用率。在实际生产过程中，农民伯伯会除去田地里面的杂草，这样可以避免杂草与农作物争夺资源，让更多的能量流向农作物；在种植果树时，我们也会进行驱虫，避免食物的能量流向昆虫，让更多的能量流向人类。可见我们通过对生态系统能量流动特点的研究，可以帮助人们合理的调整生态系统中能量流动的方向，是能量持续高效地流向对人类最有益的部分。			将生物学知识与生活实践相结合，体现科学与社会之间的紧密联系，树立学生的社会责任意识。
课后练习	（1）流经生态系统的总能量时被生产者固定的太阳能（2）能量不可以循环利用，所以任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。（3）粪便不属于该营养级的同化量，而属于上一营养级的同化量，所以蜣螂获取大象所同化的能量为0 （4）能量流动是针对营养级之间，而不是个体。（5）沼渣、沼液作为肥料还田，是能量的利用率提高。（6）一般来说，能量的传递效率为10%-20%，不可变，人为能够提高的是能量利用率。（7）桑树的总光合作用，即为桑树的同化量；桑树的净光合作用=总光合作用-呼吸作用，所以b为生产者呼吸作用散失的能量，c为生产者生长发育繁殖的能量，所以A选项错误；未利用的能量并没有流入下一营养级，应为桑树的同化量-呼吸消耗的能量-流向下一营养级的能量-被分解者利用的能量，所以B错误；第一营养级和第一营养级的传递效率为两个营养级同化量的比值，蚕为第二营养级，其同化量为e+f+g+h的和，桑树的同化量为A，所以C正确；桑基鱼塘为人工生态系统，物种丰富度小，稳定性较低，但也存在负反馈调节，所以D错误。