第第頁3.2生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)第2課時(shí)教案一、教學(xué)目標(biāo)1.通過分析能量在營養(yǎng)級(jí)間的流動(dòng)情況和賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)，概述生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的過程和特征。（生命觀念、科學(xué)思維）2.用生態(tài)金字塔表征生態(tài)系統(tǒng)中各營養(yǎng)級(jí)間的能量、生物量或數(shù)量等關(guān)系。（科學(xué)思維）3.概述研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的意義。（科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任）4.嘗試調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)情況。（科學(xué)探究）二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)情況。2.教學(xué)難點(diǎn)（1）分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程。（2）嘗試調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)情況。三、教學(xué)步驟【新課導(dǎo)入】同學(xué)們，通過本單元學(xué)習(xí)，我們要理解，生態(tài)系統(tǒng)作為生命系統(tǒng)，其內(nèi)部的各組成成分是如何有序結(jié)合形成一個(gè)統(tǒng)一的整體；作為一個(gè)開放的系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)與外界是如何進(jìn)行物質(zhì)與能量交換的。上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程與特點(diǎn)。請同學(xué)們回憶一下，能量在生態(tài)系統(tǒng)中是怎樣流動(dòng)的呢？1.生態(tài)系統(tǒng)研究角度2.能量在生態(tài)系統(tǒng)中是怎樣流動(dòng)的呢？生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)指的是生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。生產(chǎn)者固定的太陽能是輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量，該能量沿著食物鏈單向流動(dòng)，完成能量的傳遞，在這個(gè)過程中光能轉(zhuǎn)化為各營養(yǎng)級(jí)中有機(jī)物中的化學(xué)能，有機(jī)物中的能量一部分通過自身呼吸作用和分解者的分解作用最終轉(zhuǎn)化為熱能散失。由于在每一營養(yǎng)級(jí)內(nèi)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營養(yǎng)級(jí)，能量在沿著食物鏈傳遞的過程中逐級(jí)遞減?！拘抡n講授】一、生態(tài)金字塔從林德曼對塞德伯格湖能量流動(dòng)的研究數(shù)據(jù)來看，大約只有10%-20%的能量傳遞到下一個(gè)營養(yǎng)級(jí)。圖中數(shù)據(jù)與每一營養(yǎng)級(jí)圖像大小可以看出這一變化特點(diǎn)。問題：除了用圖中數(shù)字表示外，你還能用什么方法表示生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)逐級(jí)遞減的特點(diǎn)呢？提示：將微觀或抽象事物形象直觀表達(dá)的方法——模型法。那我們來嘗試一下吧？任務(wù)1：構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)金字塔模型提問：我們能否將生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級(jí)的能量數(shù)值用一個(gè)圖形表示出來嗎？請同學(xué)們將賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)數(shù)據(jù)，用相應(yīng)面積或體積的圖形表示，并按營養(yǎng)級(jí)由低到高排列。學(xué)生思考后，教師展示能量金字塔的三維動(dòng)畫圖像，啟發(fā)學(xué)生明確能量金字塔是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)營養(yǎng)級(jí)的能量數(shù)值繪制的，它形象地描繪出能量單向流動(dòng)和逐級(jí)遞減的特點(diǎn)，尤其是理解能量每流經(jīng)一個(gè)營養(yǎng)級(jí)則降低一一個(gè)數(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)變化特征。然后讓學(xué)生再了解一下另外兩種類型的金字塔——生物量金字塔和數(shù)量金字塔。1.能量金字塔（1）概念：將單位時(shí)間內(nèi)各營養(yǎng)級(jí)所得到的能量數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積（或體積）的圖形，并將圖形按照營養(yǎng)級(jí)順序排列，可形成一個(gè)金字塔圖形，叫做能量金字塔。（2）意義：直觀的反映出生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級(jí)間能量的關(guān)系。（3）特點(diǎn)：通常都是上窄下寬的金字塔形。原因：能量在流動(dòng)中總是逐級(jí)遞減的。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營養(yǎng)級(jí)的生物量（每個(gè)營養(yǎng)級(jí)所容納的有機(jī)物的總干重），即為生物量金字塔。（2）意義：直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級(jí)所容納的有機(jī)物的總干重的關(guān)系。（3）特點(diǎn)：大多也是上窄下寬的正金字塔形。原因：一般來說植物的總干重通常大于植食性動(dòng)物的總干重，而植食性動(dòng)物的總干重也大于肉食性動(dòng)物的總干重3.數(shù)量金字塔（1）概念：用表示能量金字塔的方法表示各營養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體的數(shù)目比值關(guān)系，即為數(shù)量金字塔。（2）意義：直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體的數(shù)目比值關(guān)系。（3）特點(diǎn)：可以是上窄下寬的正金字塔形，也可以是上寬下窄的倒置正金字塔形。原因：如果消費(fèi)者的個(gè)體小而生產(chǎn)者的個(gè)體大，則會(huì)呈現(xiàn)倒置金字塔。能量金字塔、數(shù)量金字塔、生物量金字塔統(tǒng)稱為生態(tài)金字塔。請想一想：哪種指標(biāo)構(gòu)建的金字塔能更客觀的表示生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞規(guī)律，不出現(xiàn)倒置現(xiàn)象呢？同學(xué)們可以反過來思考，哪種金字塔在特定情況下會(huì)出現(xiàn)倒置。我們經(jīng)常會(huì)看到，一棵樹上會(huì)有很多很多以它為食的昆蟲，也就是說生產(chǎn)者個(gè)體比消費(fèi)者大的多時(shí)，數(shù)量金字塔就會(huì)倒置。夏季某溫帶森林中，每0.1公頃約有樹木200株，而昆蟲的數(shù)量可以高達(dá)15萬之多。當(dāng)生產(chǎn)者個(gè)體小，壽命短時(shí)，在某一時(shí)刻統(tǒng)計(jì)的生物量，生產(chǎn)者的數(shù)量會(huì)小于初級(jí)消費(fèi)者，生物量金字塔也會(huì)倒置。如英吉利海峽的生物量金字塔。能量金字塔是利用各營養(yǎng)級(jí)生物所固定的總能量來表示。因?yàn)榫G色植物所固定的能量絕不會(huì)少于以它為食的植食性動(dòng)物的能量，因此，能量從一個(gè)營養(yǎng)級(jí)流向另一個(gè)營養(yǎng)級(jí)總是逐漸減少的。這一點(diǎn)在任何生態(tài)系統(tǒng)中都是一樣的。能量金字塔能更客觀全面的表示各營養(yǎng)級(jí)之間的能量流動(dòng)關(guān)系。盡管近年來更多的研究表明，各營養(yǎng)級(jí)的凈生產(chǎn)量不完全按“十分之一定律”遞減，但林德曼得出的金字塔規(guī)律，被稱為是最完善的生態(tài)金字塔結(jié)構(gòu)。無論在理論上還是在實(shí)踐上都有著重要意義。二、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義提問：人類位于食物鏈的頂端，從能量金字塔來看，人口數(shù)量日益增長，這會(huì)對地球上現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)造成什么影響？答案：人口數(shù)量日益增長，會(huì)要求低營養(yǎng)級(jí)有更多的能量流入人類所處的營養(yǎng)級(jí)，也就是說，人類所需要的食物會(huì)更多，將不得不種植或養(yǎng)殖更多的農(nóng)畜產(chǎn)品，會(huì)給地球上現(xiàn)有的自然生態(tài)系統(tǒng)帶來更大的壓力。從能量金字塔來分析，塔基的大小，體現(xiàn)了進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)能量的多少，決定著該生態(tài)系統(tǒng)承載供養(yǎng)生物的數(shù)量。如果人口增加一倍，按十分之一定律來看，按三個(gè)營養(yǎng)級(jí)來看，生產(chǎn)者提供的能量至少增加一倍。因此，為了滿足人類生活需求，要求低營養(yǎng)級(jí)要有更多的能量輸入。將不得不種植或養(yǎng)殖更多的農(nóng)畜產(chǎn)品。給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大的壓力。如何來解決這個(gè)問題呢？我們家鄉(xiāng)是怎樣解決這個(gè)問題的呢？請同學(xué)們翻開教材59頁。探究。實(shí)踐欄目“調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)情況”。探究·實(shí)踐：調(diào)查當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)情況【原理】應(yīng)用生態(tài)金字塔原理分析，提出使該地生態(tài)系統(tǒng)中能量得到最大利用的改進(jìn)建議?！厩捌跍?zhǔn)備】通過調(diào)查，提出使該地生態(tài)系統(tǒng)能量得到最大限度利用的改進(jìn)建議。在調(diào)查之前我們要做哪些準(zhǔn)備工作呢？對首先要想清楚本次調(diào)查的目的是什么？并圍繞調(diào)查目的提出要調(diào)查研究的問題。再思考你要準(zhǔn)備哪些工具，人員之間如何分工。本次調(diào)查的目的是要對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)能量得到最大利用提出改進(jìn)建議。能量流動(dòng)是沿著營養(yǎng)結(jié)構(gòu)食物鏈傳遞的。因此我們必須調(diào)查清楚該系統(tǒng)的組成及其營養(yǎng)關(guān)系。同時(shí)調(diào)查該生態(tài)系統(tǒng)能量的輸出路徑。具有如下：①明確該次調(diào)查活動(dòng)的目的要求。②選擇要調(diào)查的生態(tài)系統(tǒng)，確定邊界。③確定小組分組名單，做好分工。④擬定具體的調(diào)查計(jì)劃。⑤準(zhǔn)備好調(diào)查工具。⑥實(shí)地調(diào)查。需要準(zhǔn)備當(dāng)?shù)貏?dòng)植物分類圖鑒（鐵鍬、水桶等工具）文獻(xiàn)調(diào)查、訪談?wù){(diào)查；記錄本、手機(jī)（拍照、記錄）和相關(guān)書籍資料。進(jìn)行了以上思考后，決定調(diào)查當(dāng)?shù)氐咎锷鷳B(tài)系統(tǒng)，并結(jié)合教材59頁活動(dòng)建議提出調(diào)查問題。某小組同學(xué)準(zhǔn)備對當(dāng)?shù)氐咎锷鷳B(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查，他們設(shè)計(jì)的調(diào)查問題如下：①該稻田除水稻外，還有哪些生產(chǎn)者?農(nóng)民用什么方法控制這些生產(chǎn)者的數(shù)量?②初級(jí)消費(fèi)者有哪些?他們對水稻有利還是有害?對這些初級(jí)消費(fèi)者農(nóng)民分別采取了哪些措施?③次級(jí)消費(fèi)者有哪些?他們與水稻是什么關(guān)系?④農(nóng)民對水稻秸稈是如何處理的?⑤農(nóng)民利用什么方法提高水稻的光能利用率?【調(diào)查結(jié)果】這是該組同學(xué)調(diào)查的稻田生態(tài)系統(tǒng)中的部分生物的照片，以及農(nóng)民對雜草害蟲、秸稈的處理方法。資料1：拍攝的稻田生態(tài)系統(tǒng)中部分生物的照片。資料2：當(dāng)?shù)剞r(nóng)民對害蟲、雜草、秸稈的處理措施對水稻秸稈的處理：部分喂牛、部分焚燒；水稻的根在田中漚肥。對雜草與害蟲使用除草劑與殺蟲劑處理。農(nóng)民對害蟲與雜草的處理：主要通過殺蟲劑滅蟲，除草劑去除雜草。農(nóng)民對水稻秸稈的處理：部分喂牛、部分焚燒、水稻的根在田中漚肥?；谶@些調(diào)查結(jié)果，我們將從該系統(tǒng)的成分出發(fā)，分析其能量流動(dòng)情況，并對該稻田能量流動(dòng)進(jìn)行合理規(guī)劃。【調(diào)查結(jié)果分析】①通過查閱調(diào)查的圖片資料，分析該生態(tài)系統(tǒng)的組成成分有哪些？稻田生態(tài)系統(tǒng)的組成成分：非生物的物質(zhì)與能量（陽光、空氣、水分、熱、土壤、無機(jī)鹽等）生產(chǎn)者（水稻、鴨舌草、稗草等12種雜草、浮游植物）消費(fèi)者：以水稻葉為食的昆蟲（稍娛蟲、稻飛虱、黑尾葉蟬等）捕食害蟲的動(dòng)物（蜘蛛，包括圓蛛、跳蛛、小黑妹；青蛙等以浮游植物為食的動(dòng)物（浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物，如田螺、搖蚊）分解者（土壤中微生物、水中底棲動(dòng)物，如田螺、搖蚊、蚯蚓等動(dòng)物）②繪制該生態(tài)系統(tǒng)的部分能量流動(dòng)圖，思考稻田生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者的主體是什么？其他生產(chǎn)者、初級(jí)消費(fèi)者、次級(jí)消費(fèi)者分別有哪些？它們與農(nóng)作物是什么關(guān)系？有害還是有益？基于調(diào)查結(jié)果，我們可以簡單的繪制出稻田的能量流動(dòng)圖解。水稗草、鴨舌草水稻形成競爭關(guān)系，雜草一般長的快，對光和無機(jī)鹽的爭奪占有一定優(yōu)勢，一定程度上影響了水稻的生長，稻飛虱、稻螟蟲以水稻為食對水稻生長不利，還導(dǎo)致水稻固定的能量流水。對水稻是有害的。青蛙跳蛛以稻飛虱為食，對水稻生長有益。除同學(xué)們調(diào)查的結(jié)果外，我們通過資料調(diào)查，得知該稻田中的營養(yǎng)成分還是相對復(fù)雜的。為了對稻田生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)進(jìn)行分析，我們將該能量流動(dòng)關(guān)系進(jìn)行簡化。如下圖：③將害蟲與益蟲進(jìn)行歸類，簡化表示該生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)關(guān)系。為了便于研究，我們對稻田生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)關(guān)系進(jìn)行簡化處理，將水稻田中的其它生產(chǎn)者統(tǒng)稱為雜草，將害蟲與益蟲進(jìn)行歸類，簡化表示該生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)關(guān)系。④結(jié)合以上分析，提出提高稻田產(chǎn)量，使稻田能量最大限度流入人類的新措施?；谝陨戏治?，請同學(xué)們提出，提高稻田產(chǎn)量，使稻田能量最大限度流入人類的新措施。從能量流動(dòng)關(guān)系來看，提高稻田產(chǎn)量，就要提高水稻光合效率、減少雜草的競爭、減少害蟲取食造成能量流失。從提高水稻光合效率角度考慮我們可以通過合理密植，種植一定株型的高產(chǎn)水稻。減少雜草與害蟲方面，農(nóng)民現(xiàn)在的做法是用除草劑除草、殺蟲劑滅蟲。造成環(huán)境污染的同時(shí)，雜草與害蟲還是不能得到有效控制。是否有將害蟲與雜草中能量通過二次轉(zhuǎn)化，被人類利用的方法呢？【建議對策】對策1：稻--鴨共作稻田生態(tài)系統(tǒng)要是有一種雜食性動(dòng)物，幫助我們吃掉田間雜草并幫助我們除蟲，我們以這種動(dòng)物為食就好了。有沒有這樣的動(dòng)物呢？通過人們觀察，鴨子旺盛的雜食性可以吃掉稻田雜草，鴨子在田間走動(dòng)，導(dǎo)致渾水，還能有效抑制雜草生長，減少競爭，還會(huì)覓食蟲卵和稻螟蟲等害蟲，通過對采食一天的鴨進(jìn)行胃解剖，發(fā)現(xiàn)有昆蟲400~1000頭，這種采食昆蟲的數(shù)量是其他水稻害蟲天敵遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能及的。大大減少了輸入系統(tǒng)能量的流失。有效的控制病蟲草害的發(fā)生與發(fā)展，使水稻生長健壯，固定的太陽能增加。因此我們提出的提高能量利用的措施之一是稻鴨共作的生態(tài)系統(tǒng)。水稻田生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)更加完善，系統(tǒng)的功能整合特性得到發(fā)揮。雜草的控制，減少了與水稻的競爭，但一部分射在水稻間隙的光照也不能被充分利用。如何有效利用水稻下層的光能，增加流向人類的能量呢？從生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)角度，同學(xué)們有什么想法嗎？措施2：稻--萍--鴨共作稻田生態(tài)系統(tǒng)栽種某些結(jié)構(gòu)能被人食用的植物。如果沒有能被人直接食用的植物，這種植物如果是鴨子的食物，能量也能最終流向人類?；谝陨舷敕ǎ藗兲岢隽说?萍-鴨共生的生態(tài)系統(tǒng)模式。在稻鴨共作基礎(chǔ)上，放養(yǎng)營養(yǎng)含量高的紅萍。紅萍生長在水稻下層，不與水稻爭奪光能，不占用水稻生長空間，能夠?qū)⑺緵]有利用的光能有效吸收，增大流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量。在空間上進(jìn)行合理配置，增大流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量、提高了能量利用率。措施3：水稻秸稈養(yǎng)殖蘑菇、生產(chǎn)沼氣人類獲取了水稻稻谷中的能量，秸稈中還有占總初級(jí)生產(chǎn)量四分之一左右的副產(chǎn)品未被利用。還有進(jìn)一步提高秸稈能量利用率的措施？提示：人們認(rèn)為沒用的秸稈得到了多級(jí)利用。秸稈用來種植蘑菇，蘑菇被人類食用，這是對秸稈中能量的二級(jí)利用。沼渣做為豬、羊的飼料，人吃豬肉、羊肉，這是對秸稈的三級(jí)利用。用動(dòng)物的糞便生產(chǎn)沼氣，人類利用沼氣中的能量，這是對秸稈的三級(jí)利用。圖片中藍(lán)色與紅色的內(nèi)容就是經(jīng)過人類設(shè)計(jì)后，增加的能量利用次數(shù)。這種設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)能量多級(jí)利用，從而大大提高能量的利用率實(shí)現(xiàn)能量多級(jí)利用，從而大大提高能量的利用率。在學(xué)生理解能量流動(dòng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步提出一些人類生產(chǎn)和生活中的具體問題，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用學(xué)得的能量流動(dòng)特點(diǎn)來分析說明這些新情境下的問題，從而明確人類研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)的根本目的。具體問題有：（1）“確定合理載畜量，防止超載放牧”是發(fā)展草原畜牧業(yè)的有效措施之一，試說明制定這項(xiàng)措施的理論根據(jù)。（2）近年來某些地區(qū)由于大量捕捉青蛙，導(dǎo)致麥田里的粘蟲大量繁殖，造成小麥嚴(yán)重減產(chǎn)。請你從“能量傳遞過程”的角度，分析說明導(dǎo)致小麥減產(chǎn)的原因。（3）請你從“能量流動(dòng)”的角度分析，環(huán)境污染導(dǎo)致植被的破壞與食物鏈的破壞，對生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)造成的影響有什么差別？學(xué)生在解答這些問題的過程中，領(lǐng)悟到人類研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的目的，為的是能合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?，同時(shí)還要保證生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。通過這樣的反饋，能夠很好地鞏固了本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。任務(wù)3：通過對稻田生態(tài)系統(tǒng)的分析，請同學(xué)們結(jié)合這些改進(jìn)措施，歸納研究能量流動(dòng)的意義？1.研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的意義（1）研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，可以幫助人們將生物在時(shí)間、空間上進(jìn)行合理配置，增大流入某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總能量。例如，間作套種、多層育苗、稻——萍——蛙等立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。（2）研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，可以幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。例如，秸稈喂牲畜；糞便制作沼氣；沼渣肥田，實(shí)現(xiàn)了對能量的多級(jí)利用，從而大大提高能量的利用率（3）研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，還可以幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?.生態(tài)農(nóng)業(yè)（1）