資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 生物學 年級 高二 學期 秋季
課題 第三章 第二節 生態系統的能量流動
教科書 書 名：普通高中教科書 生物學 選擇性必修二 生物與環境 出版社：北京師范大學出版社
教學目標
1.創設“養蟹”的情境，構建螃蟹，螺和水草的能量來源和去向的過程模型，簡化、整合并形成生態系統的能量流動模型。 2.基于結構功能觀，構建和論證能量流動的模型，探究流入各營養級的能量傳遞、轉化情況。 3.通過對賽達伯格胡生態系統能量流動的定量分析，歸納概括生態系統的能量流動規律，發展學生科學思維。 4.根據能量流動的規律特點及應用模型說明解決生產生活中的實際問題。
教學重難點
教學重點： 構建生態系統的能量流動模型
教學難點： 構建生態系統的能量流動模型 2. 說明如何養殖螃蟹使其獲得的能量最多
教學過程
學習任務教師活動學生活動設計意圖任務一：探索能量流動的過程【創設情境、引出問題】 呈現陽澄湖和肥美的螃蟹圖片。創設“養蟹”的情境。螃蟹可食用“水草”，也可吃“螺”等。 問題： 假如你是一位養殖螃蟹的農場主，你認為在相同養殖條件下，哪一條途徑可使螃蟹獲得更多能量？從而獲得更大的產量和更好的經濟效益呢？ 教師引導并引出主題：這個問題、涉及到能量在生態系統中是如何傳遞與分配的，即生態系統的能量流動問題，任何一個生命系統都需要供給能量才能運轉，能量輸入生態系統后，將發生怎樣的變化呢？為了方便探究，我們以養殖螃蟹的池塘生態系統中的“水草→螺→螃蟹”這條食物鏈為例，來分析能量如何輸入生態系統、以及在生態系統中將發生怎樣的變化？并進一步構建出能量流動的模型。 【問題串引導分析問題】 【問題1】能量是如何輸入該池塘生態系統的呢？ 【初步總結】水草是生產者、處于食物鏈的第一營養級，因此輸入第一營養級的能量=水草通過光合作用固定的太陽能。 【問題2】接著輸入生態系統的能量將發生怎樣變化呢？ 【問題3】那么上一營養級的能量是否全部流入下一營養級？ 【追問】為什么沒有全部流入下一營養級？剩余的部分去哪兒？學生感知陽澄湖的自然風光，被肥大飽滿的螃蟹吸引。 引發學生的思考。 學生明確探究的任務：構建能量流動的模型。 學生回答：水草通過光合作用固定了太陽能，能量進入水草體內。 學生回答：螺吃水草、能量就由第一營養級流入第二營養級；螃蟹吃螺，能量又從第二營養級流入第三營養級。 學生回答：并沒有。 學生根據老師提供的塞達伯格湖各營養級的能量流動數據分析：可能有一部分能量掉。①創設情境，引導學生分析資料，激發學生的探究欲望。 ②通過問題串的形式，層層深入地引導學生發現能量流經生態系統的途徑，及能量在各營養級的分配情況。任務二：構建能量流動的模型第一步：繪制水草（第一營養級）的能量來源和去路。 第二步：繪制螺（第二營養級）的能量來源和去路。 第三步：繪制螃蟹（第三營養級）的能量來源和去路。【構建模型，完善思維】 第一步：請同學們結合箭頭和文字，畫出水草的能量來源和去向 展示某小組的初步成果： 引導學生對同學的成果進行評價。 其他同學能否先進行回答 教師評價：水草通過光合作用固定下的太陽能即水草的同化量，便是流經整個池塘生態系統的總能量。 教師評價：還有哪些去路呢？首先要想明白流入水草體內的能量，是否都以化學能形式儲存在水草體內的有機物中呢？ 教師總結：儲存在水草有機物中的化學能，通過呼吸作用釋放的能量中一部分用于生長、發育和繁殖，其余部分則以熱能形式散失掉。 教師再追問：那么用于自身的生長、發育和繁殖的部分是否（按）都被螺吃掉了呢？ 教師引導學生繼續完善模型 【尋找證據】我們在賽達伯格湖的能量流動圖解中尋找證據。 教師追問：為什么不相等？請同學們對照真實環境下，生產者的同化量還有可能去哪兒了呢？ 再追問：那什么條件下不會被吃光，如何修正等式呢？教師講解：生產者在單位時間內固定的同化量，隨著時間推移，一定全部用光。但若時間不夠長的情況下，部分水草還沒被吃掉，則存在未利用的部分。 證據支持：該等式也得到了生態學家林德曼的驗證，確實在有限時間內能量有未被利用的部分。 第二步：請同學們結合箭頭和文字，畫出螺的能量來源和去向 展示某小組的初步成果： 引導學生對同學的成果進行評價。 其他同學能否先進行回答 教師評價：那么消化部分和未消化部分有什么關系呢？ 教師評價：即流入螺體內的能量。 引導學生根據第一營養級的情況，嘗試完善螺的同化量去路。 總結：因此第二營養級螺的同化量也有四條去路。 第三步：請同學們結合箭頭和文字，畫出螃蟹的能量來源和去向 教師提問：那么螃蟹的同化量來源和去向又會是怎樣呢？ 總結：螃蟹的同化量去路只有三條。 教師提問：這里“螺”和“螃蟹”糞便中的能量應該歸屬同化量去路的哪一部分呢？ 【簡化整合模型】 請同學們嘗試整合“能量流經三個營養級的情況”并進行簡化，從而構建出生態系統能量流動的模型 教師評價學生的合作成果：①加以肯定。②若一定時間內固定的太陽能總量，如果不受時間限制，能量都會被利用，最終都將以熱能的形式散失掉，此時，同化量的去路就只有三條（當然除了最高營養級以外）。③從這個模型我們也可以知道生態系統的能量流動指的就是能量在生態系統中輸入，傳遞和輸出的過程。 1.生態系統輸入的總能量是 2.生態系統中能量傳遞的形式是 3.決定生態系統的能量流動途徑的是 4.生態系統能量流動過程中能量是如何轉化的 5.生態系統中能量散失的形式與過程分別是 教師質疑：生態系統中的能量流動和轉化是否遵循能量守恒定律呢？為什么呢？ 過渡：當能量沿著食物鏈傳遞時，又有哪些特征呢？學生小組合作，嘗試先畫出水草的能量來源和去向，并展示合作的初步結果。 學生1評價：什么是水草的同化量呢，水草的同化量來源于所有的太陽能嘛等 學生2答：并不是，水草的光合作用過程并不會吸收所有的太陽能。但對什么是“水草的同化量”還無法回答。 學生3評價：那么流入水草體內的能量，即水草的同化量，是否都被螺吃掉了呢？ 學生4聯系細胞呼吸的相關知識，回答到：不全是，有通過呼吸熱散失的部分。 學生根據總結完善能量流經水草的過程模型。 有的同學提到沒被吃的殘葉會進入土壤，被分解者分解消耗掉。 因此水草的同化量有三條去路=①+②+③ 學生發現林德曼調查得到生產者的同化量數值和三條能量去向的數值相加不相等。 有的同學說水草可能沒被吃光，所以等式不成立。 學生難以回答這個問題。 學生再修正模型：同化量=①+②+③+④，水草的同化量在定時情況下有四條去路。 學生1評價：螺吃水草，螺就會獲得食物中儲存的所有能量嗎？ 學生2回答：不相等，有吃不完，無法消化的部分。 學生3回答：未消化的部分，會以糞便的形式被分解者利用。剩下的才是螺消化吸收的部分。 學生根據教師的提示，修改完善模型二。 學生4評價：那么除了呼吸熱散失，被螃蟹吃掉以外，螺的同化量的去路還有哪些呢？ 學生小組自主歸納：除去呼吸熱散失，剩余的用于自身生長發育繁殖等各項生命活動，而這部分能量，一部分以遺體殘骸等形式被分解者利用，一部分流入下一營養級以及還有暫時未被利用的能量， 學生根據前面兩個模型先自主完成模型三： 螃蟹的同化量=螃蟹的攝入量扣除糞便量。螃蟹同化量的去向有三條：呼吸熱散失；以遺體殘骸等形式被分解者利用；還有一部分暫時未被利用。 學生回答：應該歸屬于上一營養級同化量進入分解者的部分。即螃蟹糞便中的能量屬于螺同化量中進入分解者的部分，而螺糞便中的能量應該屬于水草同化量中進入分解者的一部分。 小組合作，根據已構建好三個營養級的能量流動情況，簡化和整合能量流動模型。 學生根據能量流動的過程，來回答下列問題： 學生：遵循。 因為輸入生態系統的總能量=儲存在生態系統中的能量+各營養級利用+散失到環境中的能量，其中能量以食物的形式在各營養級間傳遞，并按一定比例以一種形式轉化為另一種形式。③根據能量流動的過程及能量在生態系統中的分配情況，引導學生通過繪制第一、二、三營養級的能量來源和去向，實現能量流動模型的構建。 ④通過學生的真實反饋，體現以學生為中心，實現生生互評，師生共評。 尋找證據支持觀點，培養學生的論證意識。 加深對糞便量，攝入量和同化量的理解。 培養學生總結和歸納的科學思維。任務三：定量分析能量流動的規律 1.歸納說明能量流動的規律 2.構建生態金字塔 【尋求證據，解決問題】 提問：生態系統的能量流動模型有哪些規律特點呢？ 引導：我們仍然借助林德曼收集的賽達伯格湖的能量流動的相關數據進行歸納。 【問題串引導分析問題】 【問題1】生態系統能量流動過程中，能量流動的方向是怎樣呢？ 【問題2】隨著營養級的增加，能量會出現怎樣變化呢？ 【追問】為什么會逐級遞減呢？ 【問題3】輸入某個營養級的能量值，占上一個營養級同化的總能量比值分別是多少呢？ 教師提問：根據同學們所得能量流動的規律特點，如何讓螃蟹獲得更多的能量呢？ 教師提問：如何拼圖的方法直觀的體現賽達伯格湖生態系統中各營養級的能量值和去路呢？ 提示：可以用不同面積大小的圖形來表示各個部分的能量。 繼續追問：如何在上述直觀圖的基礎上進一步簡化呢？ 教師評價：還可以繼續簡化嗎？提示：用不同體積大小的圖形代表“每一營養級的同化量”。 總結：梯形體積逐漸減小，呈現金字塔形。這就是能量金字塔，由于能量隨著營養級升高而逐級遞減，所以各營養級間的數量，生物量一般也呈金字塔形，它們統稱為生態金字塔。 學生觀察賽達伯格胡的能量流動數據，嘗試進行回答。 1.能量沿著食物鏈和食物網流動，一定從被捕食者流向捕食者，從上一營養級流入下一營養級。單向流動 2.逐級遞減。 每個營養級的能量都有一部分以呼吸熱形式散失，一部分流向分解者還有未被利用的部分。 學生根據數據計算得到兩個數值：13.51%和20.06%。得出能量在相鄰兩個營養級的傳遞效率為10%-20%。 每上升一個營養級，能量就多損失80%-90%。流入第五營養級的能量已經所剩無幾，如果能量再流入第六營養級，還會再損失80%-90%，剩余的已經無法繼續維持第六營養級存在。因此為了讓螃蟹獲得更多的能量，需要減少螺所在的營養級環節，否則能量就會多損失。 總結：能量流動的規律還有第三個特點：食物鏈一般不超過5個營養級。 某小組合作制作的評圖模型：生產者的同化量可以由四個大小不同的方塊組成，代表四條去路。其中只有一條是流入下一營養級，即初級消費者的同化量，初級消費者的同化量去路也是如此，只有4條去路之一流入次級消費者體內。 學生1評價： 上述圖形還比較復雜，還可以簡化。 學生2評價： 用不同顏色的方塊代表同化量的四條去路。并且方塊的面積越來越小。 學生3評價：可以用不同體積大小的梯形代表“每一營養級的同化量”以賽達伯格胡的能量流動數據為情境分析能量流動的規律。滲透科學探究是基于真實情境下進行的。 深化理解能量流動的規律特點。 培養學生動手實踐和抽象概括的能力。任務四：應用模型解決生產生活中的實際問題【理解模型，遷移應用】 教師提問1：我們已經弄清楚了哪一條途徑能使螃蟹獲得更多的能量，從而獲得更大的產量，那么還有其他的措施能提高螃蟹的產量呢？ 這么做的依據？ 教師提問2：其實，不僅僅是提高螃蟹的產量，（按）在農業生態系統中，首要目標是實現作物的良好生長，將更多的能量轉化為人類的目標產物，增加作物的產量。那么有哪些措施呢？ 那么這么做的依據是？ 總結：這些做法實現了對生態系統中能量的多級利用，可以很大程度提高農業生態系統中能量的利用效率，滿足人類更多的產品需求，使能量持續高效的流向對人類最有益的部分。學生回答：①要避免天敵捕食的干擾；②適當增加餌料投喂；③清理農田，池塘中的寄生蟲等。 能量流動的方向是單向的，不可逆的，且在沿著食物鏈流動過程中逐級遞減。 可在食物鏈中分別引入雞鴨牛等動物， 學生回答：①這些牲畜通過吃糠麩，雜草等，轉化為肉，蛋，奶等，成為人類利用的經濟產品。②再者可以收集人和牲畜的糞便進行發酵，生產沼氣，沼氣作為能源物質，具有方便，節能，衛生等諸多優點。③同時將農作物的秸稈進入沼氣池發酵，產生沼渣，作為肥料還田，保持土壤的肥力。應用模型解釋實際問題，培養學生遷移用用的能力。小結本節課的基本內容

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