教案：3.2 生态系统的能量流动（第2课时）-【高效备课】高中生物2025-2026学年人教版（2019）选择性必修2同步资源

第第页3.2生态系统的能量流动第2课时教案一、教学目标1.通过分析能量在营养级间的流动情况和赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的过程和特征。（生命观念、科学思维）2.用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量等关系。（科学思维）3.概述研究生态系统能量流动的意义。（科学思维、社会责任）4.尝试调查当地某生态系统的能量流动情况。（科学探究）二、教学重难点1.教学重点生态系统的能量流动情况。2.教学难点（1）分析生态系统能量流动的过程。（2）尝试调查当地某生态系统的能量流动情况。三、教学步骤【新课导入】同学们，通过本单元学习，我们要理解，生态系统作为生命系统，其内部的各组成成分是如何有序结合形成一个统一的整体；作为一个开放的系统，生态系统与外界是如何进行物质与能量交换的。上节课我们学习了生态系统能量流动的过程与特点。请同学们回忆一下，能量在生态系统中是怎样流动的呢？1.生态系统研究角度2.能量在生态系统中是怎样流动的呢？生态系统的能量流动指的是生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。生产者固定的太阳能是输入该生态系统的总能量，该能量沿着食物链单向流动，完成能量的传递，在这个过程中光能转化为各营养级中有机物中的化学能，有机物中的能量一部分通过自身呼吸作用和分解者的分解作用最终转化为热能散失。由于在每一营养级内部有一部分能量用于呼吸消耗，分解者分解和未利用，所以能量不可能百分之百的流入下一营养级，能量在沿着食物链传递的过程中逐级递减。【新课讲授】一、生态金字塔从林德曼对塞德伯格湖能量流动的研究数据来看，大约只有10%-20%的能量传递到下一个营养级。图中数据与每一营养级图像大小可以看出这一变化特点。问题：除了用图中数字表示外，你还能用什么方法表示生态系统能量流动逐级递减的特点呢？提示：将微观或抽象事物形象直观表达的方法——模型法。那我们来尝试一下吧？任务1：构建生态系统能量流动金字塔模型提问：我们能否将生态系统各营养级的能量数值用一个图形表示出来吗？请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。学生思考后，教师展示能量金字塔的三维动画图像，启发学生明确能量金字塔是根据系统内各个营养级的能量数值绘制的，它形象地描绘出能量单向流动和逐级递减的特点，尤其是理解能量每流经一个营养级则降低一一个数量级的动态变化特征。然后让学生再了解一下另外两种类型的金字塔——生物量金字塔和数量金字塔。1.能量金字塔（1）概念：将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积（或体积）的图形，并将图形按照营养级顺序排列，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。（2）意义：直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。（3）特点：通常都是上窄下宽的金字塔形。原因：能量在流动中总是逐级递减的。2.生物量金字塔（1）概念：用表示能量金字塔中的方法表示各营养级的生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重），即为生物量金字塔。（2）意义：直观的反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系。（3）特点：大多也是上窄下宽的正金字塔形。原因：一般来说植物的总干重通常大于植食性动物的总干重，而植食性动物的总干重也大于肉食性动物的总干重3.数量金字塔（1）概念：用表示能量金字塔的方法表示各营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔。（2）意义：直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系。（3）特点：可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置正金字塔形。原因：如果消费者的个体小而生产者的个体大，则会呈现倒置金字塔。能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔统称为生态金字塔。请想一想：哪种指标构建的金字塔能更客观的表示生态系统能量传递规律，不出现倒置现象呢？同学们可以反过来思考，哪种金字塔在特定情况下会出现倒置。我们经常会看到，一棵树上会有很多很多以它为食的昆虫，也就是说生产者个体比消费者大的多时，数量金字塔就会倒置。夏季某温带森林中，每0.1公顷约有树木200株，而昆虫的数量可以高达15万之多。当生产者个体小，寿命短时，在某一时刻统计的生物量，生产者的数量会小于初级消费者，生物量金字塔也会倒置。如英吉利海峡的生物量金字塔。能量金字塔是利用各营养级生物所固定的总能量来表示。因为绿色植物所固定的能量绝不会少于以它为食的植食性动物的能量，因此，能量从一个营养级流向另一个营养级总是逐渐减少的。这一点在任何生态系统中都是一样的。能量金字塔能更客观全面的表示各营养级之间的能量流动关系。尽管近年来更多的研究表明，各营养级的净生产量不完全按“十分之一定律”递减，但林德曼得出的金字塔规律，被称为是最完善的生态金字塔结构。无论在理论上还是在实践上都有着重要意义。二、研究能量流动的实践意义提问：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？答案：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。从能量金字塔来分析，塔基的大小，体现了进入生态系统能量的多少，决定着该生态系统承载供养生物的数量。如果人口增加一倍，按十分之一定律来看，按三个营养级来看，生产者提供的能量至少增加一倍。因此，为了满足人类生活需求，要求低营养级要有更多的能量输入。将不得不种植或养殖更多的农畜产品。给农业生产造成很大的压力。如何来解决这个问题呢？我们家乡是怎样解决这个问题的呢？请同学们翻开教材59页。探究。实践栏目“调查当地某生态系统中的能量流动情况”。探究·实践：调查当地生态系统的能量流动情况【原理】应用生态金字塔原理分析，提出使该地生态系统中能量得到最大利用的改进建议。【前期准备】通过调查，提出使该地生态系统能量得到最大限度利用的改进建议。在调查之前我们要做哪些准备工作呢？对首先要想清楚本次调查的目的是什么？并围绕调查目的提出要调查研究的问题。再思考你要准备哪些工具，人员之间如何分工。本次调查的目的是要对当地生态系统能量得到最大利用提出改进建议。能量流动是沿着营养结构食物链传递的。因此我们必须调查清楚该系统的组成及其营养关系。同时调查该生态系统能量的输出路径。具有如下：①明确该次调查活动的目的要求。②选择要调查的生态系统，确定边界。③确定小组分组名单，做好分工。④拟定具体的调查计划。⑤准备好调查工具。⑥实地调查。需要准备当地动植物分类图鉴（铁锹、水桶等工具）文献调查、访谈调查；记录本、手机（拍照、记录）和相关书籍资料。进行了以上思考后，决定调查当地稻田生态系统，并结合教材59页活动建议提出调查问题。某小组同学准备对当地稻田生态系统进行调查，他们设计的调查问题如下：①该稻田除水稻外，还有哪些生产者?农民用什么方法控制这些生产者的数量?②初级消费者有哪些?他们对水稻有利还是有害?对这些初级消费者农民分别采取了哪些措施?③次级消费者有哪些?他们与水稻是什么关系?④农民对水稻秸秆是如何处理的?⑤农民利用什么方法提高水稻的光能利用率?【调查结果】这是该组同学调查的稻田生态系统中的部分生物的照片，以及农民对杂草害虫、秸秆的处理方法。资料1：拍摄的稻田生态系统中部分生物的照片。资料2：当地农民对害虫、杂草、秸秆的处理措施对水稻秸秆的处理：部分喂牛、部分焚烧；水稻的根在田中沤肥。对杂草与害虫使用除草剂与杀虫剂处理。农民对害虫与杂草的处理：主要通过杀虫剂灭虫，除草剂去除杂草。农民对水稻秸秆的处理：部分喂牛、部分焚烧、水稻的根在田中沤肥。基于这些调查结果，我们将从该系统的成分出发，分析其能量流动情况，并对该稻田能量流动进行合理规划。【调查结果分析】①通过查阅调查的图片资料，分析该生态系统的组成成分有哪些？稻田生态系统的组成成分：非生物的物质与能量（阳光、空气、水分、热、土壤、无机盐等）生产者（水稻、鸭舌草、稗草等12种杂草、浮游植物）消费者：以水稻叶为食的昆虫（稍娱虫、稻飞虱、黑尾叶蝉等）捕食害虫的动物（蜘蛛，包括圆蛛、跳蛛、小黑妹；青蛙等以浮游植物为食的动物（浮游动物、底栖动物，如田螺、摇蚊）分解者（土壤中微生物、水中底栖动物，如田螺、摇蚊、蚯蚓等动物）②绘制该生态系统的部分能量流动图，思考稻田生态系统中生产者的主体是什么？其他生产者、初级消费者、次级消费者分别有哪些？它们与农作物是什么关系？有害还是有益？基于调查结果，我们可以简单的绘制出稻田的能量流动图解。水稗草、鸭舌草水稻形成竞争关系，杂草一般长的快，对光和无机盐的争夺占有一定优势，一定程度上影响了水稻的生长，稻飞虱、稻螟虫以水稻为食对水稻生长不利，还导致水稻固定的能量流水。对水稻是有害的。青蛙跳蛛以稻飞虱为食，对水稻生长有益。除同学们调查的结果外，我们通过资料调查，得知该稻田中的营养成分还是相对复杂的。为了对稻田生态系统的能量流动进行分析，我们将该能量流动关系进行简化。如下图：③将害虫与益虫进行归类，简化表示该生态系统能量流动关系。为了便于研究，我们对稻田生态系统的能量流动关系进行简化处理，将水稻田中的其它生产者统称为杂草，将害虫与益虫进行归类，简化表示该生态系统能量流动关系。④结合以上分析，提出提高稻田产量，使稻田能量最大限度流入人类的新措施。基于以上分析，请同学们提出，提高稻田产量，使稻田能量最大限度流入人类的新措施。从能量流动关系来看，提高稻田产量，就要提高水稻光合效率、减少杂草的竞争、减少害虫取食造成能量流失。从提高水稻光合效率角度考虑我们可以通过合理密植，种植一定株型的高产水稻。减少杂草与害虫方面，农民现在的做法是用除草剂除草、杀虫剂灭虫。造成环境污染的同时，杂草与害虫还是不能得到有效控制。是否有将害虫与杂草中能量通过二次转化，被人类利用的方法呢？【建议对策】对策1：稻--鸭共作稻田生态系统要是有一种杂食性动物，帮助我们吃掉田间杂草并帮助我们除虫，我们以这种动物为食就好了。有没有这样的动物呢？通过人们观察，鸭子旺盛的杂食性可以吃掉稻田杂草，鸭子在田间走动，导致浑水，还能有效抑制杂草生长，减少竞争，还会觅食虫卵和稻螟虫等害虫，通过对采食一天的鸭进行胃解剖，发现有昆虫400~1000头，这种采食昆虫的数量是其他水稻害虫天敌远远不能及的。大大减少了输入系统能量的流失。有效的控制病虫草害的发生与发展，使水稻生长健壮，固定的太阳能增加。因此我们提出的提高能量利用的措施之一是稻鸭共作的生态系统。水稻田生态系统营养结构更加完善，系统的功能整合特性得到发挥。杂草的控制，减少了与水稻的竞争，但一部分射在水稻间隙的光照也不能被充分利用。如何有效利用水稻下层的光能，增加流向人类的能量呢？从生态系统营养结构角度，同学们有什么想法吗？措施2：稻--萍--鸭共作稻田生态系统栽种某些结构能被人食用的植物。如果没有能被人直接食用的植物，这种植物如果是鸭子的食物，能量也能最终流向人类。基于以上想法，人们提出了稻-萍-鸭共生的生态系统模式。在稻鸭共作基础上，放养营养含量高的红萍。红萍生长在水稻下层，不与水稻争夺光能，不占用水稻生长空间，能够将水稻没有利用的光能有效吸收，增大流入生态系统的总能量。在空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量、提高了能量利用率。措施3：水稻秸秆养殖蘑菇、生产沼气人类获取了水稻稻谷中的能量，秸秆中还有占总初级生产量四分之一左右的副产品未被利用。还有进一步提高秸秆能量利用率的措施？提示：人们认为没用的秸秆得到了多级利用。秸秆用来种植蘑菇，蘑菇被人类食用，这是对秸秆中能量的二级利用。沼渣做为猪、羊的饲料，人吃猪肉、羊肉，这是对秸秆的三级利用。用动物的粪便生产沼气，人类利用沼气中的能量，这是对秸秆的三级利用。图片中蓝色与红色的内容就是经过人类设计后，增加的能量利用次数。这种设计，实现能量多级利用，从而大大提高能量的利用率实现能量多级利用，从而大大提高能量的利用率。在学生理解能量流动特点的基础上，教师进一步提出一些人类生产和生活中的具体问题，启发学生运用学得的能量流动特点来分析说明这些新情境下的问题，从而明确人类研究生态系统的能量流动的根本目的。具体问题有：（1）“确定合理载畜量，防止超载放牧”是发展草原畜牧业的有效措施之一，试说明制定这项措施的理论根据。（2）近年来某些地区由于大量捕捉青蛙，导致麦田里的粘虫大量繁殖，造成小麦严重减产。请你从“能量传递过程”的角度，分析说明导致小麦减产的原因。（3）请你从“能量流动”的角度分析，环境污染导致植被的破坏与食物链的破坏，对生态系统的能量流动造成的影响有什么差别？学生在解答这些问题的过程中，领悟到人类研究生态系统能量流动的目的，为的是能合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分，同时还要保证生态系统的可持续发展。通过这样的反馈，能够很好地巩固了本节课的重点和难点。任务3：通过对稻田生态系统的分析，请同学们结合这些改进措施，归纳研究能量流动的意义？1.研究生态系统能量流动的意义（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。例如，间作套种、多层育苗、稻——萍——蛙等立体农业生产方式。（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。例如，秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣肥田，实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率（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。2.生态农业（1）