人教课标实验版-稳态与环境-生态系统及其稳定性-第２节生态系统的能量流动“黄冈赛”一等奖

第五章生态系统及其稳定性《生态系统的能量流动》教学设计一、教材分析本小节内容介绍了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部分内容。教材首先概括性地指出了生态系统中能量流动的概念，即生态系统中能量的输入，传递和散失的过程。接着以图解的形式展示了能量流动的过程，通过对赛达伯格湖能量流动的定量分析，得出了能量流动的特点：单向流动和逐级递减。最后简要说明了研究能量流动的意义：是为了提高生态系统能量转化的效率，帮助人们合理地调整生态系统中能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。

本小节内容的重点是能量流动的过程和特点，也是难点，学习时应注意联系食物链和食物网的知识。研究能量流动的过程和特点，一方面可以巩固食物链和食物网的知识，另一方面也为研究生态系统的目的服务于人类打下坚实的基础。二、教学目标（一）知识目标1.分析生态系统中能量流动的过程；2.得出能量流动的特点；3.概述能量流动的意义；4.应用能量流动规律进行相关的计算。（二）能力目标1.通过对“赛达伯格湖能量流动图解”的积极思维，培养学生耐心细致的观察能力和识图能力；2.通过分析能量的来源和去路，发展学生的思维和迁移能力；3.应用“传递效率”解决相关问题，进而培养学生的运算能力和思维能力。（三）情感目标1.通过分析生态系统能量流动的特点，体验用普遍联系的观点来分析事物的方法；2.探究能量流动的特点及形成原因，探究能量流动的实践意义，参加一些生物知识的讨论，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。三、教学重点和难点（一）教学重点生态系统中能量流动的过程和特点。（二）教学难点生态系统中能量流动的特点及形成原因。四、教学流程五、教学过程（一）激趣设疑，引入新课（1）俗话讲，“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃青泥”。“青泥”指的是什么？（2）你见过生态球吗？小生态球（封闭的玻璃球内有水草、观赏鱼等）已成为办公场所和家庭的时尚装饰用品。它一方面美化了人们的工作、生活环境，另一方面能使人们产生对自然的热爱之情和关爱之心，起到陶冶人们情操的作用。但要使小生态球长时期保持原状，需要把它放到有适宜阳光的地方。你知道为什么吗？（二）自学提炼，梳理要点生态系统中能量流动的概念和作用1．概念：生态系统中能量的输入，传递和散失的过程，称为生态系统中的能量流动。2．作用：在生态系统中，各营养级的生物都需要能量，能量是维持生态系统稳态的动力。生态系统中能量流动的过程和特点1．生态系统中能量流动的过程（对赛达伯格湖内各营养级之间能量流动的定量分析）①生态系统的能量来源于太阳能。在单位时间内输入生态系统的总能量即是该生态系统中全部生产者在单位时间内所固定的太阳能总量。②能量输入：生态系统中能量流动的起点是生产者（主要是植物）通过光合作用固定的太阳能开始的。能量流动的渠道是食物链和食物网。③能量传递：生态系统能量流动中，能量以太阳光能→生物体内有机物中的化学能→热能散失的形式变化。能量在食物链的各营养级中以有机物（食物）中化学能的形式流动。④能量散失：生态系统能量流动中能量散失的主要途径是通过食物链中各营养级生物本身的细胞呼吸及分解者的细胞呼吸，主要以热量的形式散失。2．生态系统中能量流动的特点：具有单向流动和逐级递减的特点。研究生态系统中能量流动规律的目的为了调整能量流动的关系，提高生态系统的能量利用效率，使其朝向对人类有益的方向进行。（三）互动展示，解难释疑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。请同学们现在像科学家林德曼那样来分析赛达伯格湖的能量流动图解，各小组要结合教材，讨论问题，得出结论。1．能量流动的过程⑴能量流动的起始点是生产者固定的太阳能开始。⑵流经一个生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量。从图4—9可以看出，流经赛达伯格湖的总能量为J/（cm2﹒a）⑶能量流动的渠道是食物链和食物网。2．每个营养级的能量来源和去路⑴能量来源①生产者的能量来自固定的太阳能。②各级消费者的能量来自上一个营养级。⑵能量去路。以植食性动物为例，其能量来自生产者，总能量为62．8J/（cm2．a）。其能量去路为：①18．8J/（cm2﹒a）的能量是细胞呼吸消耗的能量，其中一部分用于生物代谢活动，一部分以热量的形式散失。②12．6J/（cm2﹒a）能量流入到肉食性动物（下一个营养级）。③2．1J/（cm2﹒a）能量为其尸体、粪便被微生物解后释放出来。④29．3能量是未被利用的部分。3．能量流动的特点⑴单向流动单向流动是指能量只能从前一个营养级流向后一个营养级，而不能反向流动。单向流动的原因是：①食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果。②各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能形式散失，这些能量是生物无法利用的。⑵逐级递减逐级递减是指输入到一个营养级的能量不能百分之百地流入到下一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中逐级减少。逐级递减的原因：①各营养级的生物都因呼吸消耗了绝大部分能量。②各营养级总有一分生物未被下一营养级利用。4．“赛达伯格湖能量流动图解”中，生产者的总能量为J/（cm2﹒a），植食性动物的总能量为J/（cm2﹒a），肉食性动物的总能量为J/（cm2﹒a）。由第一营养级到第二营养级的传递效率为%，由第二营养级到第三营养级的传递效率为20%。生态系统中的能量流动规律可用“能量金字塔”表示。“能量金字塔”是指单位时间内各营养级所得到的能量数值，由低到高而绘制的图形，它表示在一个生态系统中营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。“能量金字塔”一般呈正金字塔，而数量金字塔可能会出现倒置现象。5．在农田生态系统中，从生态学角度看，如何提高农作物产量？为什么？①清除杂草，使更多的能量流向农作物，因为杂草会和农作物竞争生存资源。②防治病虫害，使农作物固定的能量更多地转化会产量，因为害虫以农作物为食，影响农作物的正常生长。6．从能量流动的角度讨论，如何理解“一山不容二虎”？根据生态系统中能量流动逐级递减的特点，营养级越高，可利用的能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链（网）流经老虎的能量已减到很少的程度，因此，老虎的数量将是很少的，故“一山不能容二虎”。7．你能解释“虾米吃青泥”的“青泥”是什么和为什么“要使小生态球长时期保持原状，需要把它放到有适宜阳光的地方吗”？俗话讲，“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃青泥”，这是一条食物链，根据食物链的特点：生产者永远是第一营养级，可以判断“青泥”指的应是生产者，在这具体指的就是藻类。“万物生长靠太阳”，小生态球相当于一个密闭的生态系统，其成分亦包括生产者，消费者，分解者和无机环境，生产者需要在有光的情况下进行光合作用，以便给消费者和分解者提供物质和能量，这样整个生态球才能保持原状，所以需要把它放在有适宜阳光的地方。（四）典型例题，举一反三例1．在“草→羊→狼”这条食物链中，若狼每增加1kg，至少要消耗草多少kg？（）A．5kgB．10kgC．25kgD．100kg分析：本题是对能量流动过程中，各营养级之间能量传递效率的应用。一是应当牢记相邻营养级之间的能量传递效率为10%～20%；二是要理解题干中“至少”的含义。用10%算出的是100kg（1÷10%÷10%），用20%算出的是25kg（1÷20%÷20%），显然这里的至少是按20%的传递效率来计算的。故选项C是正确的。例2．（2009江苏卷）下列4种现象中，不适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析的是()A．虎等大型肉食动物容易成为濒危物种B．蓝藻易在富营养化水体中爆发C．饲养牛、羊等动物，成本低、产量高D．巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食分析：本题考查的是生态系统中的能量流动。能量流动的特点是单向流动和逐渐递减。A中虎等大型肉食动物处在最高营养级，获得的能量最少，因此容易成为濒危物种。蓝藻爆发是因为水体中含有大量的N、P等元素，给蓝藻提供营养物质，利于蓝藻的生长，因此没有能量流动。C中牛、羊等属于第二营养级，获得的能量较多，因此成本低，产量高。D中蓝鲸以浮游动物为食，能量便由浮游动物流向了蓝鲸。故选项B是正确的。（五）检测反馈，及时纠正1．从生态学角度分析，生态系统中流动的能量最初来源于（）A．光合作用B．高能化学键C．绿色植物D．太阳光能2．下列关于生态系统中能量流动的描述错误的是（）A．食物链和食物网是能量流动的渠道B．食物链中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少C．各营养级从低到高能量呈金字塔形D．食物链越短，可供养的消费者越多3．下列有关生态系统能量流动的叙述中，正确的是（）A．一种蜣螂专以大象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20％B．当狼捕食兔子并同化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落D．生态系统的能量是伴随物质而循环利用的4．一个完整的生态系统的结构应包括（）A．能量流动和物质循环B．生物群落及其无机环境C．生态系统的成分、食物链和食物网D．垂直结构