《生态系统的能量流动》的教学设计

《生态系统的能量流动》的教学设计秭归二中王敏一、教学背景：生物学的进展，人们概况为微观和宏观两个方面。在宏观方面，生态学是发展非常引人注目，是当今最受人们重视的研究领域之一。对生态系统的研究对于解决目前人类所面临的许多全球性资源与环境问题，具有十分重要的意义。从学生个人的发展来看，学习生态学的相关知识，对于学生理解生命系统的本质、理解生命科学，以及对系统论的思维方式的训练、生态意识的形成都是重要的。生态系统的能量流动的研究更是人们指导实践的重要原理。二、教学目标：新课标中相关内容标准为“分析生态系统中能量流动的基本规律及其应用”，属于应用水平，即学生能够将能量流动的基本规律应用于新的情景中，解决实际问题。为了达成这一目标，首先应当使学生把握能量流动的过程及其特点，懂得研究生态系统能量流动的一些基本方法；其次，结合具体的实例，让学生得出能量流动的基本规律。由此，本节目标确定为：知识目标：（1）分析生态系统能量流动的过程和特点。（2）概述研究生态系统能量流动的实践意义。能力目标（1）分析生态系统能量的变化，发展学生的思维迁移能力。（2）学会分析推算生态系统的能量传递效率，用于解决相关问题，培养学生的分析、推理、综合的思维能力。情感目标（1）分析生态系统能量流动的过程和特点，培养学生用“普遍联系”的观点分析事物。（2）尝试调查农田生态系统的能量流动情况，探讨研究能量流动的实践意义，形成合理利用资源应遵循生态学原理和可持续发展的观念。教学重点和难点：生态系统能量流动的过程和特点三、教材分析：“能量”是科学教育中的核心概念，高中学生已逐步建立了能量、能量传递、能量守恒等一些基本概念；有关储存能量的物质、能量代谢等知识已学习过，这些都是理解本节内容的基础。《生态系统的能量流动》与原高中教材相应内容基本相同，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实践意义。此部分内容比较抽象，在呈现方式上与原教材相比略有变化。教材首先通过“孤岛生存”的例子问题探讨激发学生学习本节内容的兴趣，再概括性地指出了生态系统能量流动的概念。能量是如何传递和流动的，就成为本题的切入点，引出本节要解决的三个主题内容。关于能量流动的过程和特点，以“光合作用”知识为基础，清楚地讲述了生态系统中所有“能量”的来源，图解类推法的应用一目了然，既避免文字上的重复，又有利于发展学生的思维能力。最后概要说明意义，通过实例分析，旨在提示人们在开发利用能源的同时要遵循生态规律，教学中渗透生态学观点教育。本节以“生态系统的结构”为基础，起着承上启下的作用，同时也可以与光合作用、呼吸作用、体温调节等知识建立联系，其又直接关系到物质循环和生态系统稳定性的学习。四、教学方法：本节教材知识是考试的热点，而且往往把分析和计算结合在一起，学生学习还是有一定的困难。根据学科特点及结合我校学生实际，我构建了【直观展示，引入课题，明确学习目标】、【设置问题，学生自学，让学生主动获取知识】、【生生交流，合作探究，进行知识加工】【师生交流，点拨释疑，构建知识体系】、【练习反馈，纠错释疑、拓展延伸】、【总结评价，构建框架图，回归主题】的六步教学模式。即本节引入在复习前节内容的基础上，多媒体展示教材的“问题探讨”，让学生发现问题，以激发学生学习的兴趣，建立能量流动在食物链中流动的感性认识。从而引入新课，出示目标。然后以问题讨论为主线，引导学生利用已有知识，自主获取新知识；通过生生交流、合作学习初步理解能量流动的概念、及相关问题，然后师生互动，教师运用能量流动的多媒体课件，形象地演示相邻两个营养级之间的能量变化关系，进行点拨释疑，使学生直观形象地理解一个营养级的能量来源和去向，然后利用多媒体展示林德曼的研究资料，引导学生利用表格进行分析，探讨能量流动过程的特点，并学会计算能量的传递效率。然后让学生根据能量流动的特点构建数学模型与物理模型（能量金字塔）。进而总结出能量流动的概念、能量的来源和去路，及能量流动的特点及意义。最后利用典型的习题来加强对知识的理解，并投影出整节课的知识要点体系，以便帮助形成系统的认识。在教学中要联系实际，重视“分析和处理数据”技能的训练，让学生体验整理数据、处理数据、分析数据，并最终用数据说明生物学现象和规律，从而突破教学的难点。五．教学过程：【直观展示，引入课题，明确学习目标】（投影）问题探讨：《孤岛生存》——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：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。学生积极思考，讨论的兴趣很高，他们有选1的也有选2的，但多数学生选2。（学生可能会从可持续发展的角度思考，教师可以不给出确切答案，但要引导学生从生存、从获得能量的角度分析。）讲述：合理答案到底是1还是2呢，我想我们学了这节课后自然能见分晓。进而引入课题——第2节生态系统的能量流动，多媒体展示教学目标。【设置问题，学生自学，让学生主动获取知识】问题：什么是生态系统的能量流动？怎样研究生态系统的能量流动？（学生活动，思考讨论）学生阅读课本P93，找出生态系统的能量流动的概念及研究方法。讲述：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。研究能量流动可以在个体水平上，也可以在群体水平上。研究生态系统中能量流动一般在群体水平上，这种将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。【投影图解】（一）总结能量流动的概念生态系统的能量的输入、传递、转化、散失的过程就是生态系统的能量流动。【生生交流，合作探究，进行知识加工】阅读课本P93-94，多媒体展示“草原生态系统”图,思考下列问题：（投影）提出问题：1.写出图中涉及的食物链。2.草的能量是怎样得来的？草的能量将有哪些去路？（该生态系统中初级消费者（兔）中的能量的来源和去路？）3.兔吃草后，草的能量能被兔全部利用了吗？兔是如何利用草的能量？4.该生态系统中能量流动的起点是从什么地方开始的？生产者（草）在该过程中的作用是什么？5.输入该生态系统的总能量是多少？能量流动的渠道是什么？能量流动的过程是怎样的？学生积极思考，相互讨论，补充和完善相关答案。【师生交流，点拨释疑，构建知识体系】多媒体播放“生态系统的能量流动”动态图解，然后师生共同讨论上述问题。【投影图解】生态系统中能量流动过程示意图①能量流动的起点：始于生产者固定太阳能(能量的输入).②②流经该生态系统的总能量：该生态系统中全部生产者通过光合作用所固定的太阳能的总量是流经生态系统的总能量。③能量流动的渠道：沿着食物链的各个营养级流动(能量的传递)；能量沿着食物链流动时，每一营养级都有输入、传递、转化和散失的过程。生物体内的化学能→生物体内的化学能→热能，热能是能量流动的最终归宿。也就是最终以呼吸热形式散失(能量的输出)。④生产者固定的太阳能有三个去处：a．一部分被自身的生命活动消耗了，即被呼吸作用分解了；b．储存在生产者体内的能量，一部分被初级消费者摄食同化流入第二营养级；c．没被初级消费者利用的枯枝落叶和初级消费者摄食未同化而排出的粪便中的这一部分能量被分解者释放出来。对于初级消费者所同化的能量，也是这三个去处。并且可以认为，一个营养级所同化的能量=呼吸散失的能量+分解者分解释放的能量+被下一营养级同化的能量。但最高营养级的情况除外。师生总结：生态系统中的能量流动是从绿色植物的光合作用固定太阳能开始的，输入该生态系统的总能量就是绿色植物固定的太阳能总量；这些能量是通过食物链和食物网逐级流动的。能量沿着食物链流动时，每一营养级都有输入、传递、转化和散失的过程。（屏幕逐一显示“能量流动的过程示意图”）。流入一个营养级的能量是指该营养级的同化量；能量的去路包括自身呼吸作用消耗和用于生长、发育与繁殖等生命活动，储存在生物体的有机物中，后者能量的去路包括流入下一个营养级、被分解者利用（投影）思考与讨论：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？3.请同学们依图，定性分析为什么生态系统能量流动的图解中方框逐级变小，图中的箭头有哪些含义？箭头越来越细？这说明生态系统能量流动有什么特点？【生生交流，合作探究，进行知识加工】学生回答：①在方向上：单向流动（由于捕食关系不能颠倒，营养级也不能逆向，所以能量的流动是单向的。）②在数值上：方框大小、箭头大小→逐级递减（呼吸中以热能形式散失的能量是不可再利用的，因此能量的流动是逐级递减的。）生态系统中的能量流动是单向流动、逐级递减的；能量是不能循环利用的。教师讲述：定性分析后，介绍美国生态学家林德曼及赛达伯格湖：赛达伯格湖是一个天然的高原湖泊，气候较为寒冷，人口稀少，保留了原始景观，大约50公顷，是一个较小且封闭的湖泊。美国有许多湖泊，为什么林德曼会选择这样一个小湖来研究呢？（湖小，生物少；较为封闭，自然的，人为的干扰因素较少，可降低研究难度）介绍林德曼的研究方法：湖区生态系统实地研究和实验室水生生态箱试验相结合，对湖中各种生物所含的能量进行定量测定。林德曼还从中国谚语“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”中得到启发：要从食物链的角度来进行研究。1942年，林德曼发表了《生态学的营养动态概说》，他的这项研究具有极为重要的意义，奠定了现代生态学的基础，在他的研究成果中一个重要的贡献就是给出了赛达伯格湖的能量流动图解。【投影图解】（三）能量流动特点（投影）资料分析：投影教材中“赛达伯格湖的能量流动图解”，讨论完成课本P95的问题及对能量流动进行定量计算。1、用表格的形式，将图中的数据进行整理。即将每一营养级上的能量“流入”和“流出”整理成一份清单。2、计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。（即从第一营养级流入第二营养级的能量的百分比，从第二营养级流入第三营养级的能量的百分比）3、流入某一营养级的能量，为什么不会百分之百地流到下一个营养级？4、通过以上分析，你能总结出什么规律？学生列表并计算。（第一营养级到第二营养级：62.8÷464.6=13.5%；第二营养级到第三营养级：12.6÷62.8=20%。计算方法：（下一营养级同化量÷本营养级同化量）×100%）师生总结：生态系统中的营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。林德曼的研究发现生态系统的能量流动具有两个特点：1、单向流动；2、逐级递减：传递效率为10%—20%。（“十分之一”定律）。可以用能量金字塔直观地表示生态系统的能量传递规律。投影如右图：思考：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？如果是，有没有例外？【师生交流，点拨释疑，构建知识体系】举例：绘制一个有树木、昆虫和小鸟组成的生态系统的生物个体数量金字塔。观察它们和能量金字塔的区别。不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。投影知识框架，形成系统认识。讲述：学习了刚才的内容，请同学们再回到《孤岛生存》的问题上，那么你会再选择哪种策略？学生一致回答：1讲述：人们在利用生态系统资源的过程中，期望的高效与持续常常会发生矛盾。如何根据客观规律来调整生态系统中的能量流动关系，以满足人类的需求，是一个必须解决的重要问题。【学以致用，解决问题】（投影）1．如何确定一个草场的载畜量，以防止由于过度放牧而使草场退化？2.让学生从能量流动特点的角度解释如下两个现象：(1)一条食物链一般不会超过5个营养级；(2)、“一山不容二虎”。3.小结学习“生态系统的能量流动”有什么实际意义？【生生交流，合作学习，解决问题】第一题是一个联系实际的开放性问题，可以引导学生对第三题分析，让学生通过热烈的讨论，学会利用生态系统能量流动的特点在实际中的应用，初步了解生态农业的优越性主要在于物质的良性循环和能量的多级利用。第二题也是根据能量流动的传递规律解决的实际问题。【师生交流，点拨释