资源简介

3.2 《生态系统的能量流动》教学设计
一、教材分析
本节教学是人教版（2019）选择性必修2《生物与环境》中第3章第2节的内容，需2课时完成。本节内容主要包括生态系统中能量流动的过程、能量流动的特点和研究能量流动的意义三大部分。
（一）教学目标
1.通过分析生态系统的能量流动的过程，建立生命系统的物质和能量观。（生命观念）
2.通过赛达伯格湖能量流动的图解和数据分析，归纳总结能量流动的特点。（科学探究）
3.应用生态系统能量流动特点解决生产生活中的实际问题。（科学思维、社会责任）
（二）教学重点、难点
1、教学重点：生态系统的能量流动过程。
2、教学难点:
（1）分析生态系统能量流动的过程；
（2）分析生态系统中能量流动的基本规律及其应用。
二、教学设计思路
本节教学需要充分利用学生已学的相关知识，如必修1的细胞的能量代谢、选择性必修2的生态系统的结构，甚至还需要一定的物理知识能量的转化与守恒定律等。教学设计依据以下逻辑顺序：“问题探讨导入”→引入能量流动概念→定性分析能量流动过程→构建能量流动模型→以赛达伯格湖为例定量分析能量流动→归纳能量流动的特点→以生态金字塔表征能量流动特点→将能量流动特点应用到生产生活中。
三、教学过程
第1课时
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
【导入】 【PPT】问题：假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，那里除了有能饮用的水以外，几乎没有任何食物。你随身尚存的食物只有一只母鸡、15kg玉米。 讨论：你以为以下那种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援： 1、先吃鸡，再吃玉米。 2、先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。 学生思考、讨论、回答。 某学生选择某个方案，并解释原因，并请有不同方案的学生解释方案2。 学生所答理由不充分，此问题涉及到了本节课的内容“能量流动”。 设置情景联系实际，激发学生学习兴趣。
【引入】 一、能量流动概念 二、能量流动的过程 【问题】什么是生态系统的能量流动？如何研究？ 【问题】 能量如何流动？与能量流动概念有何联系？ 【小结】 能量流动过程小结 生命活动离不开能量，通过必修1的学习，我们知道能量的最根本来源是太阳光能。 概念：生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、输出、传递和散失的过程。 【问题】以个体为单位研究有什么不足？ 如果将这个种群作为一个整体来研究，则基本思路如何？如果将一个营养级的所有种群作为一个整体，那么左图将概括为何种形式呢？ 能量流动过程的分析：先以一条食物链为例：草→兔→鹰 1.能量流经第一营养级的过程 (1)食物链中草从哪获得能量？能量在草的体内发生了什么变化？兔子和鹰又从哪获得能量，在其体内能量如何变化？动植物遗体中存留的能量最终怎样变化？ (2)请从能量的“输入、传递、转化、散失”的角度呈现能量流动的基本过程。 2.能量流经第二营养级的过程 兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？ 同化的能量有几个去向？ 什么是生长发育繁殖的能量？ 分析教材插图： 3.能量流经最高营养级的过程 与前两个营养级有什么区别？ 自主构建能量流动模型。 通过联系必修1的光合作用、细胞呼吸和选择性必修2的生态系统的结构，理解能量流动的概念。 思考、讨论、回答。 结论：生态系统能量流动的研究一般在群体水平上进行。 【模型构建】 【学生理解】 摄入=同化量+粪便 同化=呼吸+生长发育繁殖 生长发育繁殖=分解者+下一营养及 【模型构建】 从能量的“输入、传递、转化、散失”的角度建构： 课后讨论，完成最高营养级模型构建 【思考.讨论】 1. 生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？为什么？ 2. 流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？ 温故知新，在学生的“最近发展区”创设问题。 层层设问，引导学生回顾科学研究历程，掌握科学研究方法。 问题串引导，学生自主构建模型，并理解模型和能量流动概念间的关系。 综合将所学知识用以解决复杂问题。
第2课时
【导入】 上节课学习的内容？ 新问题： 能量流动有什么规律？ 一、分析生态系统能量流动的特点 1、能量流动的概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。 2、能量流动的模型： 【问题】能量流动有什么特点？如何研究？ 1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼提出了“林德曼定律”，标志着生态学研究开始从定性走向定量。 【问题】你觉得怎样的生态系统适合开展相关研究？ 展示：赛达伯格湖的能量流动图解。根据教学目标设计相关数据的计算，引导学生用数据来分析能量流动的特点，并分组展示。 【小结】林德曼的研究发现生态系统的能量流动在数值上和方向上具有两个明显的特点。单向流动，逐级递减相邻两个营养级之间的能量传递效率为10%—20%。 【新问题】单向流动、逐级递减的原因？ 和教师一起回顾知识。 学生在讨论、分析和解决问题。 1、边界清楚，范围小，结构简单。 ——便于计算输入和输出能量 2、系统封闭性较强，内部环境稳定。——与周围环境的物质和能量交换少 【小组合作】： 1、请用表格的形式，将图中的数据进行整理。例如，可以将每一营养级上的能量“流入”和“流出”整理成一份清单。 2、分析流到下一营养级的能量占流入该营养级能量的百分比。 3、流入某一营养级的能量，为什么不能百分之百地流到下一个营养级？ 4、总结特点： 单向流动（不可逆、不循环）、逐级递减（能量的4个去向） 温故而知新。 引导学生进行科学探究，体验科学家的研究历程。 科学实验数据众多，引导学生进行数据整理、分析、获得相应的结论。让学生在此过程中，领悟知识、学习方法、应用知识、学会创新。
【整合】物质和能量观 【应用】 二、生态金字塔 三、能量流动的意义 通过能量流动的分析： （1）重要结论：能量输入是维持生态系统的必要条件！ （2）模型完善：同化=呼吸+分解者+下一营养级+（未利用） 讨论：你认为哪种生存策略能让鲁滨逊维持更长的时间来等待救援 【问题】怎样用模型表征能量流动的特点？ A.能量金字塔；B.生物量金字塔 C.数量金字塔 【思考讨论】人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？ 【问题】能量流动具有单向流动、逐级递减的特点，我们无法改变这一规律，那么该如何利用这一规律来指导生产生活实践？ 播放【大城佛山】视频 请从生态系统能量流动特点出发，分析这种设计的合理性。 【小结】能量流动意义 1. 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，增大流入某个生态系统的总能量。 2. 研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。 3. 研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。 【模型构建】 不断修正、完善模型，科学研究从不停步。 【学以致用】训练学生的科学思维，用以解决实践问题。 应该选择策略1；若选择2，食物链的长度增加，能量逐级递减，最后人获得的能量减少。 人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说，人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。 观看【大城佛山】视频； 体会“桑基鱼塘”生产方式：利用桑叶喂蚕，蚕沙养鱼，鱼塘泥肥桑，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环。 【优势】无废弃物；实现了物质和能量的多级利用，提高了能量利用率；甘蔗用于糖厂产糖；糖渣加工后喂猪提高猪的产量；桑叶可喂蚕产蚕丝；蚕排泄物、猪排泄物可喂鱼来提高鱼的产量 【举例】 例如: 间作套种、多层育苗、稻--萍--蛙等立体农业生产方式。 例如: 秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；用牲畜的粪便生产沼气，沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田。 例如: 合理确定草场的载畜量，稻田除草、除虫等。 【辨析】能量利用率≠能量传递效率 让学生树立正确的物质观和能量观，树立科学研究的严谨性，培养学生获取信息、处理信息的能力。 【学以致用】关注人口问题，培养社会责任。 【理论联系实际】真实情境，培养学生社会责任，树立民族自豪感。 从学生的认知出发，呈现学生认知范围内的实例，列举学生理解的案例；展望我们可以达成的理想案例。激发学生的学习热情、想象力
思维训练P59 课堂小结 课后任务 【分析和处理数据】1926年，一位生态学家研究了一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据。 1．这块田共收割玉米约10000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg。 2．据他估算，这些玉米在整个生长过程中通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。 3．1kg葡萄糖储存1.6×104kJ能量。 4．在整个季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ。 【知识网络】 1、调查当地某生态系统中的能量流动情况。 2、林德曼研究的是水域生态系统的能量流动，请查阅资料，这些特点和规律能适用陆地的或者其他生态系统吗。 根据以上数据计算： 这些玉米的碳含量折合成葡萄糖是多少？ (12*6+1*12+16*6)/(12*6)×2675＝6687.5kg 这些葡萄糖储存的能量是多少？EG=6687.5x1.6×104＝1.07×108kJ 这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？△E呼=2045x1.6×104＝3.272×107kJ 整理本节教材内容，明确重难点。 【学以致用】将所学的知识应用到生活中，并能提出自己的建议； 【科学思维】“林德曼定律”具有通用性吗 有难度，结合化学、跨章节和教材，促进学生对教材的理解，掌握分析和处理数据的方法和技巧。 引导学生创造性的用所学知识进行科学探究，培养学生科学思维，树立正确的生命观念和社会责任

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