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能量流动教学设计

2013-07-15 18:07:25
分类:

生态系统的能量流动  教学设计

一、知识结构

二、教材分析

本小节内容包括:“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”三部分。

教材首先概括性地指出了“生态系统能量流动的概念”,即:生态系统中能量的输入、传递和散失的过程叫做生态系统的能量流动。那么,生态系统的能量是如何输入、传递和流动的,就成了能量流动这一问题的切入点,也就引出了本小节要解决的三个主题内容。

关于“能量流动的过程”,教材以“光合作用”知识为基础,清楚地讲述了生态系统中用于能量流动的“能量”来源,并详细地分析了第一营养级(生产者)获得能量的全过程,定性地阐述了该营养级的能量变化。接着笔锋一转又以图示的形式分别说明了第二营养级(初级消费者)中能量的来源和去向,并以类推的方式讲述了能量在第三、第四等营养级中的变化。特别是这种图解类推法的应用,既一目了然地说明了生态系统中能量在各营养级中的变化,又避免了文字上的重复,同时更有利于发展学生的思维能力。最后,教材总结性地概括了生态系统的能量来源和流动渠道。

关于“能量流动的特点”,教材从历史唯物主义的观点出发,列举了美国生态学家林德曼(R.L.1indeman19151942)对一个天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动定量分析图例。采用提纲式的手法让学生动脑动手、分析计算,导出能量在此生态系统各营养级之间传递的数量关系,并进一步得出相邻营养级之间能量传递的百分比,可贵的是一环扣一环地提出了为什么流入某营养级的能量不能百分之百地流人后一个营养级?看图时虽一目了然,但表达起来却比较困难,自然地激起了学生的求知欲。此时,教材顺水推舟地导入了能量流动的特点之话题,这也是强调重点的一手高招——大手笔,然后,教材详细地讲述了能量流动的两大特点:一是单向流动,二是逐级递减。为了更好地阐明这两大特点,教材灵活地采用了两种手法,一方面逻辑推理,归纳出了能量在相邻两营养级之间的传递效率为10%~20%;另一方面直观形象地以单位时间内各营养级获得的能量数值,由低到高绘制出了一个能量金字塔。这样既可以发展学生的逻辑思维和形象思维,又有效地说明了生态系统中,营养级越高,获得的能量越少。

关于“研究能量流动的意义”,教材先概要说明了能量流动的研究可以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。然后以事实说话,列举了“草原生态系统”和“农田生态系统”中能量流动的变化情况。特别是人类活动在各生态系统中的作用,教材以假设的手法说明了合理调整生态系统能量流动渠道的重要性。这里需要说明的是,教材的假设确实存在,根据生态系统能量流动的特点和生态学规律,可持续发展的重要性已不言而喻。所以,教材通过两个实例的分析,旨在提示人们在开发利用能源的同时,一定要遵循生态学规律,坚持可持续发展的原则。教学时自然而然地要渗透生态学观点,注重生态道德的教育与培养。

三、教学目标

1.知识目标

(1)生态系统能量流动的过程和特点(D:应用)。

(2)研究生态系统能量流动的意义(D:应用)。

2.能力目标

(1)通过分析生态系统中能量的输入和散失,即“光合作用”和“呼吸作用”与营养级之间的能量变化关系,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,并学会应用“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。

(3)通过生态系统食物网中能量流动的渠道和数量的分析,培养学生耐心细致的观察能力和识图能力。

四、重点·实施方案

1.重点   生态系统能量流动的过程和特点。

2.实施方案

(1)引导学生复习生态系统的成分和营养结构,为学习“能量流动”做好准备。

(2)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,使学生直观形象地理解一个营养级的能量来源和去向,进而掌握能量流动的特点。

(3)联系实际,实例分析运用能量流动的传递效率,以验证和巩固生态系统能量流动的特点。

五、难点·突破策略

1.难点   生态系统能量流动的特点及其形成原因。

2.突破策略

(1)引导学生围绕思考题进行讨论,并对具体实例进行详细分析。

(2)对能量流动的特点和能量守恒进行横向联系,比较说明。

(3)运用教材中“能量金字塔”形象地说明能量流动的特点是单向流动,逐级递减。

六、教具准备

1.能量流动的多媒体课件。

2.题例、图解的投影片。

七、学法指导

1.指导学生思维迁移。从生态系统的成分和营养结构到生物的光合作用和呼吸作用,从生物体的生长、发育和繁殖到微生物的分解作用,只有有机地把这些知识点联系在一起,才能理解生态系统能量流动的特点及形成原因,才能在活跃的思维活动中发展自己的思维能力。

2.指导学生分析过程。

①分析每个营养级能量的来源和去路:

能量来源:

生产者的能量来自于太阳能;

各级消费者的能量一般来自上一个营养级。

能量去路:

a.每个营养级生物呼吸作用的能量一部分用于生命活动,另一部分以热能散失。

b.每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分解而释放出来。

c.每个营养级生物——部分能量流到后一个营养级中。

②能量流动图解分析应注意的问题:

a.输入生态系统的总能量是生产者固定的太阳能。

b.生产者固定的太阳能沿食物链和食物网(营养结构)逐级流动,逐级递减。

c.箭头表示能量流动的方向(单向流动)

③相邻两个营养级之间的能量流动可按下面公式进行计算(传递效率的计算)

3.指导学生理解研究生态系统能量流动的意义。特别是实例的分析方法和生态学观点的获得与养成,引导学生从小建立可持续发展的思想意识。

八、课时安排

1课时

九、教学过程

[一]教学程序

导课

请大家回忆如下几个问题:

1.一个生态系统由哪几部分组成?

2.什么叫食物链和食物网?

3.请大家写出一个通用的食物链图解式。

学生活动:部分学生回答概念性的前两个问题,请一位同学在黑板上书写食物链的图解表达式。即:生产者→初级消费者→次级消费者→…

教师设疑:这种表达方式的意思是什么呢?

学生讨论:

a.相邻两个营养级之间是捕食关系。

b.后一个营养级以前一个营养级为食。

c.后一个从前一个营养级获得物质和能量。

d.物质和能量是从前一个营养级流动到后一个营养级的。

教师评价:大家以上的说法是正确的,这些说法归根到底都是一个能量流动的问题。那么,什么是生态系,统的能量流动呢?

展示主题              生态系统的能量流动

[二]教学目标达成

()能量流动的概念

学生阅读:P89第一自然段。

学生回答:生态系统的能量流动指生态系统中生

态能量的输人、传递和散失过程。

()能量流动的过程

学生阅读:P89第二、三自然段。

教师设疑:生态系统的能量从哪来,如何来?

师生讨论:

a.生态系统的能量来自太阳能,即生态系统能量

的源头是太阳能。

b.太阳能并非都参与了生态系统中的能量流动,

照在植物体上被叶绿素吸收的那部分太阳辐射能量中

也有大部分转变为热能而散失,更何况有约一半的太

阳辐射能不能被叶绿素吸收,因此,真正进入生态系

统中参与流动的太阳辐射能量就很少了。

c.参与生态系统能量流动的“能量”是通过植物

的光合作用把光能转变为化学能贮存在植物体的有机

物中的。即:植物作为生产者所固定的太阳能就是流

经这个生态系统的总能量。

教师设疑:能量在生态系统中是如何流动的呢?

教师演示:演示能量流动过程的多媒体课件,并与学生共同讨论如下问题:

1.能量流动的渠道是什么?

2.生产者固定的太阳能有哪些去处?

3.每个营养级获得和传递能量的方式相同吗?

师生归纳:

1.生态系统的能量是沿食物链和食物网逐级流动的。即:食物链和食物网是能量流动的主渠道。

呼吸消耗

2.生产者团定的太阳能     下一营养级同化

分解者分解

3.每个营养级均以同化的方式获得能量传递方式基本相同,但最高营养级有别。

()能量流动的特点

实例分析:请同学们阅读教材P90赛达伯格湖能量流动图解。并根据相关教具推算并回答如下相关问题:

(1)第二营养级获得第一营养级(生产者)所同化能量的百分比是多少?

(2)第三营养级获得第二营养级所同化能量的百分比是多少?

(3)能量在相邻的营养级之间的传递效率在多大范围内?

学生推算:(1)13.5  (2)20  (3)10%~20

师生归纳:

a.能量流动的特点是:单向流动、逐级递减  

b.能量传递效率是:10%~20

教师强调:

① 对于单向流动是指能量只能从上——个营养级流向下一个营养级,而不能反向流动。大家可以这样理解:肉食动物以植食动物为食,而植食动物则不能以肉食动物为食,植物与植食动物的能量关系也是如此。

② 对于逐级递减是指一个营养级同化的能量在向下一个营养级流动的过程中,一部分被自身呼吸消耗,一部分被分解者分解,还有一部分未被下一个营养级利用。

③ 未利用能量是指没有被下一个营养级利用的能量。

大家可以这样理解:

a.下一个营养级不能利用的。如:荒地中的草根;

b.下一个营养级能利用而未利用的。如:羊不可能将草地的草吃光。

这些未被利用的能量除少量被分解者分解外,它们或者进入别的生态系统(如冲向海洋);或者沉积在湖底成为有机质沉积物;或者仍然是上一个营养级的生存个体,保持了上一个营养级的生产能力。

④ 一般情况下生态系统中的某个营养钡所同化的能量有如下分配规律:

未利用能量>呼吸消耗能量>下一竹养级同化能量>分解者释放量

⑤ 生态系统中的能量流动是符合能量守恒定律的。即:每个营养级所获得的能量等于流到下一个营养级的能量、呼吸消耗的能量、分解者释放出的能量、未被利用的能量之和。

学生阅读:请同学们阅读P90并仔细观察“能量金字塔”,思考下列问题:

1.什么叫能量金字塔?

(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)

2.能量金字塔可以说明什么问题?

(从能量金字塔可以看出,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)

3.如果以生物体的数目来表示能量金字塔,有无例外?

教师讲述:如果以生物体数目来表示能量金字塔,有时会出现倒置现象。例如:海洋生态系统中,浮游植物(生产者)个体小、寿命短并不断被动物吃掉,某一时刻调查到的数量可能低于浮游动物。又如:成千上万只昆虫生活在一棵大树上的情况等。在这些情况下,数量金字塔的塔形将会发生倒置现象。

()研究能量流动的意义

教师设疑:通过上述能量流动的过程和特点分析,请同学们思考如下两个问题:

1.草原如何放牧,才能达到既产畜量高又不会导致草场退化的目的?

2.农田的农作物怎样经营,才能给人类提供更多的产品?

学生阅读:P108第一、二、三自然段。并通过阅读从教材中寻找答案。

教师评价:语言要简练,核心要准确。特别要围绕题干大胆运用相关的生态学原理来分析问题,相信自己。假如给你一个池塘,你将如何经营才能获得最大收益呢?请大家课后讨论,写出经营方案。

师生归纳:研究生态系统能量流动,可以合理调整能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。

[三]教学目标巩固

[1] 在“草→兔→鹰”这条食物链中,若鹰每增加lO kg,至少要消耗草多少?

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。有的同学不清楚这里用10%还是20%,用10%得出的是1000 kg(10÷10%÷10),用20%得出的是250 kg(10÷20%÷20),显然这里的至少是按20%的传递效率来计算的。

答案:250 kg

[2] 生态系统的能量金字塔中,构成塔基的一般是(    )

 A.初级消费者    B.生产者    C.次级消费者    D.分解者

分析:本题是对“能量金字塔”概念的考查。生产者(主要指绿色植物)通过光合作用把太阳能固定,其他生物直接或间接地以绿色植物为食,从中获得物质和能量,可见能量的流动首先是从生产者开始的。由于食物链的每一环节上的生物本身通过呼吸作用消耗了一部分的能量,所以能量在食物链中的传递是逐级递减的,是金字塔形,生产者则位于塔基。

答案:B

[3] 根据生态学原理,要使能量流经食物链总消耗最少,人们应采用哪种食物结构()

A.以禽类、蛋类为主         B.以淡水养殖的鱼、虾为主

C.以谷物和植物蛋白为主     D.以猪肉等家畜肉类为主

分析:本题旨在考查能量流动的特点。根据能量流动逐级递减的原理,食物链越长,营养级越多,流经该食物链的能量损失就越多。以谷物和植物蛋白为食,则人是直接以生产者为食,人属于初级消费者、第二营养级,能量总消耗最少。

答案:C

[四]布置作业

1.P91复习题一、二题。

2.初级消费者体内能量的去路不包括(    )

A.用于自身的生长、发育和繁殖    B.被第二营养级的其他生物所获得

C.以热能的形式散失              D.被分解者分解释放到环境中去

答案:B

3.俗话说“一山不能容二虎”有无道理?为什么?

答案:根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律,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()流经老虎的能量已减到很小的程度。因此,老虎的数量将是很少的。故“一山不能容二虎”有一定的生态学道理。

[五]总结

通过学习生态系统的能量流动:

第一,我们要理解生态系统的维持必需不断地从外界获取能量,因为能量是一切生物生命活动的动力,是生态系统的基础和生命线。

第二,我们要学会分析在生态系统能量流动过程中各营养级的能量来源和去路,如何维持各营养级的生命和繁殖。

第三,我们要学会运用能量传递效率(10%~20)来计算、推断某营养级所获得的能量,或根据某营养级的能量求得上一营养级的和任意一个营养级的能量,进一步理解生态系统能量流动的特点。即:单向流动和逐级递减。特别是通过能量流动的学习,要懂得研究能量流动的意义,树立可持续发展的生态学观点。

[六]板书设计

十、教学反思

本小节内容的知识要点较易掌握,但由于该内容常作为考试热点,而且往往把分析和计算结合在一起。为此,教学时一方面形象地说明能量流动过程中单向流动和逐级递减的两大特点非常必要;另一方面以大量的题例巩固能量流动的特点与概念必不可少。关于能量流动研究的意义,也可渗透在实例分析当中,既有利于发展学生的思维能力和分析判断能力,又能较好地培养学生良好的生态道德观念。

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