资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 生物学 年级 高二 学期 秋季
课题 第三章 第二节 生态系统的能量流动
教科书 书 名：普通高中教科书 生物学 选择性必修二 生物与环境 出版社：北京师范大学出版社
教学目标
1.创设“养蟹”的情境，构建螃蟹，螺和水草的能量来源和去向的过程模型，简化、整合并形成生态系统的能量流动模型。 2.基于结构功能观，构建和论证能量流动的模型，探究流入各营养级的能量传递、转化情况。 3.通过对赛达伯格胡生态系统能量流动的定量分析，归纳概括生态系统的能量流动规律，发展学生科学思维。 4.根据能量流动的规律特点及应用模型说明解决生产生活中的实际问题。
教学重难点
教学重点： 构建生态系统的能量流动模型
教学难点： 构建生态系统的能量流动模型 2. 说明如何养殖螃蟹使其获得的能量最多
教学过程
学习任务教师活动学生活动设计意图任务一：探索能量流动的过程【创设情境、引出问题】 呈现阳澄湖和肥美的螃蟹图片。创设“养蟹”的情境。螃蟹可食用“水草”，也可吃“螺”等。 问题： 假如你是一位养殖螃蟹的农场主，你认为在相同养殖条件下，哪一条途径可使螃蟹获得更多能量？从而获得更大的产量和更好的经济效益呢？ 教师引导并引出主题：这个问题、涉及到能量在生态系统中是如何传递与分配的，即生态系统的能量流动问题，任何一个生命系统都需要供给能量才能运转，能量输入生态系统后，将发生怎样的变化呢？为了方便探究，我们以养殖螃蟹的池塘生态系统中的“水草→螺→螃蟹”这条食物链为例，来分析能量如何输入生态系统、以及在生态系统中将发生怎样的变化？并进一步构建出能量流动的模型。 【问题串引导分析问题】 【问题1】能量是如何输入该池塘生态系统的呢？ 【初步总结】水草是生产者、处于食物链的第一营养级，因此输入第一营养级的能量=水草通过光合作用固定的太阳能。 【问题2】接着输入生态系统的能量将发生怎样变化呢？ 【问题3】那么上一营养级的能量是否全部流入下一营养级？ 【追问】为什么没有全部流入下一营养级？剩余的部分去哪儿？学生感知阳澄湖的自然风光，被肥大饱满的螃蟹吸引。 引发学生的思考。 学生明确探究的任务：构建能量流动的模型。 学生回答：水草通过光合作用固定了太阳能，能量进入水草体内。 学生回答：螺吃水草、能量就由第一营养级流入第二营养级；螃蟹吃螺，能量又从第二营养级流入第三营养级。 学生回答：并没有。 学生根据老师提供的塞达伯格湖各营养级的能量流动数据分析：可能有一部分能量掉。①创设情境，引导学生分析资料，激发学生的探究欲望。 ②通过问题串的形式，层层深入地引导学生发现能量流经生态系统的途径，及能量在各营养级的分配情况。任务二：构建能量流动的模型第一步：绘制水草（第一营养级）的能量来源和去路。 第二步：绘制螺（第二营养级）的能量来源和去路。 第三步：绘制螃蟹（第三营养级）的能量来源和去路。【构建模型，完善思维】 第一步：请同学们结合箭头和文字，画出水草的能量来源和去向 展示某小组的初步成果： 引导学生对同学的成果进行评价。 其他同学能否先进行回答 教师评价：水草通过光合作用固定下的太阳能即水草的同化量，便是流经整个池塘生态系统的总能量。 教师评价：还有哪些去路呢？首先要想明白流入水草体内的能量，是否都以化学能形式储存在水草体内的有机物中呢？ 教师总结：储存在水草有机物中的化学能，通过呼吸作用释放的能量中一部分用于生长、发育和繁殖，其余部分则以热能形式散失掉。 教师再追问：那么用于自身的生长、发育和繁殖的部分是否（按）都被螺吃掉了呢？ 教师引导学生继续完善模型 【寻找证据】我们在赛达伯格湖的能量流动图解中寻找证据。 教师追问：为什么不相等？请同学们对照真实环境下，生产者的同化量还有可能去哪儿了呢？ 再追问：那什么条件下不会被吃光，如何修正等式呢？教师讲解：生产者在单位时间内固定的同化量，随着时间推移，一定全部用光。但若时间不够长的情况下，部分水草还没被吃掉，则存在未利用的部分。 证据支持：该等式也得到了生态学家林德曼的验证，确实在有限时间内能量有未被利用的部分。 第二步：请同学们结合箭头和文字，画出螺的能量来源和去向 展示某小组的初步成果： 引导学生对同学的成果进行评价。 其他同学能否先进行回答 教师评价：那么消化部分和未消化部分有什么关系呢？ 教师评价：即流入螺体内的能量。 引导学生根据第一营养级的情况，尝试完善螺的同化量去路。 总结：因此第二营养级螺的同化量也有四条去路。 第三步：请同学们结合箭头和文字，画出螃蟹的能量来源和去向 教师提问：那么螃蟹的同化量来源和去向又会是怎样呢？ 总结：螃蟹的同化量去路只有三条。 教师提问：这里“螺”和“螃蟹”粪便中的能量应该归属同化量去路的哪一部分呢？ 【简化整合模型】 请同学们尝试整合“能量流经三个营养级的情况”并进行简化，从而构建出生态系统能量流动的模型 教师评价学生的合作成果：①加以肯定。②若一定时间内固定的太阳能总量，如果不受时间限制，能量都会被利用，最终都将以热能的形式散失掉，此时，同化量的去路就只有三条（当然除了最高营养级以外）。③从这个模型我们也可以知道生态系统的能量流动指的就是能量在生态系统中输入，传递和输出的过程。 1.生态系统输入的总能量是 2.生态系统中能量传递的形式是 3.决定生态系统的能量流动途径的是 4.生态系统能量流动过程中能量是如何转化的 5.生态系统中能量散失的形式与过程分别是 教师质疑：生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律呢？为什么呢？ 过渡：当能量沿着食物链传递时，又有哪些特征呢？学生小组合作，尝试先画出水草的能量来源和去向，并展示合作的初步结果。 学生1评价：什么是水草的同化量呢，水草的同化量来源于所有的太阳能嘛等 学生2答：并不是，水草的光合作用过程并不会吸收所有的太阳能。但对什么是“水草的同化量”还无法回答。 学生3评价：那么流入水草体内的能量，即水草的同化量，是否都被螺吃掉了呢？ 学生4联系细胞呼吸的相关知识，回答到：不全是，有通过呼吸热散失的部分。 学生根据总结完善能量流经水草的过程模型。 有的同学提到没被吃的残叶会进入土壤，被分解者分解消耗掉。 因此水草的同化量有三条去路=①+②+③ 学生发现林德曼调查得到生产者的同化量数值和三条能量去向的数值相加不相等。 有的同学说水草可能没被吃光，所以等式不成立。 学生难以回答这个问题。 学生再修正模型：同化量=①+②+③+④，水草的同化量在定时情况下有四条去路。 学生1评价：螺吃水草，螺就会获得食物中储存的所有能量吗？ 学生2回答：不相等，有吃不完，无法消化的部分。 学生3回答：未消化的部分，会以粪便的形式被分解者利用。剩下的才是螺消化吸收的部分。 学生根据教师的提示，修改完善模型二。 学生4评价：那么除了呼吸热散失，被螃蟹吃掉以外，螺的同化量的去路还有哪些呢？ 学生小组自主归纳：除去呼吸热散失，剩余的用于自身生长发育繁殖等各项生命活动，而这部分能量，一部分以遗体残骸等形式被分解者利用，一部分流入下一营养级以及还有暂时未被利用的能量， 学生根据前面两个模型先自主完成模型三： 螃蟹的同化量=螃蟹的摄入量扣除粪便量。螃蟹同化量的去向有三条：呼吸热散失；以遗体残骸等形式被分解者利用；还有一部分暂时未被利用。 学生回答：应该归属于上一营养级同化量进入分解者的部分。即螃蟹粪便中的能量属于螺同化量中进入分解者的部分，而螺粪便中的能量应该属于水草同化量中进入分解者的一部分。 小组合作，根据已构建好三个营养级的能量流动情况，简化和整合能量流动模型。 学生根据能量流动的过程，来回答下列问题： 学生：遵循。 因为输入生态系统的总能量=储存在生态系统中的能量+各营养级利用+散失到环境中的能量，其中能量以食物的形式在各营养级间传递，并按一定比例以一种形式转化为另一种形式。③根据能量流动的过程及能量在生态系统中的分配情况，引导学生通过绘制第一、二、三营养级的能量来源和去向，实现能量流动模型的构建。 ④通过学生的真实反馈，体现以学生为中心，实现生生互评，师生共评。 寻找证据支持观点，培养学生的论证意识。 加深对粪便量，摄入量和同化量的理解。 培养学生总结和归纳的科学思维。任务三：定量分析能量流动的规律 1.归纳说明能量流动的规律 2.构建生态金字塔 【寻求证据，解决问题】 提问：生态系统的能量流动模型有哪些规律特点呢？ 引导：我们仍然借助林德曼收集的赛达伯格湖的能量流动的相关数据进行归纳。 【问题串引导分析问题】 【问题1】生态系统能量流动过程中，能量流动的方向是怎样呢？ 【问题2】随着营养级的增加，能量会出现怎样变化呢？ 【追问】为什么会逐级递减呢？ 【问题3】输入某个营养级的能量值，占上一个营养级同化的总能量比值分别是多少呢？ 教师提问：根据同学们所得能量流动的规律特点，如何让螃蟹获得更多的能量呢？ 教师提问：如何拼图的方法直观的体现赛达伯格湖生态系统中各营养级的能量值和去路呢？ 提示：可以用不同面积大小的图形来表示各个部分的能量。 继续追问：如何在上述直观图的基础上进一步简化呢？ 教师评价：还可以继续简化吗？提示：用不同体积大小的图形代表“每一营养级的同化量”。 总结：梯形体积逐渐减小，呈现金字塔形。这就是能量金字塔，由于能量随着营养级升高而逐级递减，所以各营养级间的数量，生物量一般也呈金字塔形，它们统称为生态金字塔。 学生观察赛达伯格胡的能量流动数据，尝试进行回答。 1.能量沿着食物链和食物网流动，一定从被捕食者流向捕食者，从上一营养级流入下一营养级。单向流动 2.逐级递减。 每个营养级的能量都有一部分以呼吸热形式散失，一部分流向分解者还有未被利用的部分。 学生根据数据计算得到两个数值：13.51%和20.06%。得出能量在相邻两个营养级的传递效率为10%-20%。 每上升一个营养级，能量就多损失80%-90%。流入第五营养级的能量已经所剩无几，如果能量再流入第六营养级，还会再损失80%-90%，剩余的已经无法继续维持第六营养级存在。因此为了让螃蟹获得更多的能量，需要减少螺所在的营养级环节，否则能量就会多损失。 总结：能量流动的规律还有第三个特点：食物链一般不超过5个营养级。 某小组合作制作的评图模型：生产者的同化量可以由四个大小不同的方块组成，代表四条去路。其中只有一条是流入下一营养级，即初级消费者的同化量，初级消费者的同化量去路也是如此，只有4条去路之一流入次级消费者体内。 学生1评价： 上述图形还比较复杂，还可以简化。 学生2评价： 用不同颜色的方块代表同化量的四条去路。并且方块的面积越来越小。 学生3评价：可以用不同体积大小的梯形代表“每一营养级的同化量”以赛达伯格胡的能量流动数据为情境分析能量流动的规律。渗透科学探究是基于真实情境下进行的。 深化理解能量流动的规律特点。 培养学生动手实践和抽象概括的能力。任务四：应用模型解决生产生活中的实际问题【理解模型，迁移应用】 教师提问1：我们已经弄清楚了哪一条途径能使螃蟹获得更多的能量，从而获得更大的产量，那么还有其他的措施能提高螃蟹的产量呢？ 这么做的依据？ 教师提问2：其实，不仅仅是提高螃蟹的产量，（按）在农业生态系统中，首要目标是实现作物的良好生长，将更多的能量转化为人类的目标产物，增加作物的产量。那么有哪些措施呢？ 那么这么做的依据是？ 总结：这些做法实现了对生态系统中能量的多级利用，可以很大程度提高农业生态系统中能量的利用效率，满足人类更多的产品需求，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分。学生回答：①要避免天敌捕食的干扰；②适当增加饵料投喂；③清理农田，池塘中的寄生虫等。 能量流动的方向是单向的，不可逆的，且在沿着食物链流动过程中逐级递减。 可在食物链中分别引入鸡鸭牛等动物， 学生回答：①这些牲畜通过吃糠麸，杂草等，转化为肉，蛋，奶等，成为人类利用的经济产品。②再者可以收集人和牲畜的粪便进行发酵，生产沼气，沼气作为能源物质，具有方便，节能，卫生等诸多优点。③同时将农作物的秸秆进入沼气池发酵，产生沼渣，作为肥料还田，保持土壤的肥力。应用模型解释实际问题，培养学生迁移用用的能力。小结本节课的基本内容

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