“生态系统中的能量流动”一节的教学设计

朱慧娟

(江苏省溧水高级中学 211200)

1 教学内容分析

“能量流动”是苏教版高中生物学教材《稳态与环境》第4章第2节的内容之一。作为第四章的重点，本节以“生态系统的结构”为基础，既与光合作用、呼吸作用、细胞的结构等知识建立联系，又直接关系到“物质循环和生态系统稳定性”的学习。教材通过概括性地指出 “生态系统能量流动的概念”，即生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，引导学生思考生态系统的能量是如何输入、传递和转化和散失的，进而引出本节的三个主题内容：能量流动的过程、能量流动的特点和效率、研究能量流动的实践意义。依据教学内容，对教学过程的设计，可通过具体食物链呈现，让学生自己分析该食物链中的生物是如何分别获得能量，引出能量的输入和传递与转化，再联系细胞呼吸，指出能量的散失，最终引出能量流动的概念；针对能量流动的过程和特点这一难点，让学生用具体食物链做例子，学习认识每个营养级能量流动过程后，总结能量流动连续的过程图及其能量流动特点；将林德曼分析赛达伯格湖能量流动过程图放在能量流动过程后讲解，以巩固前面所学内容。为了让学生达成学习目标，以阶梯问题引领，一步步引导学生思考、讨论，并采取视频展示、动画演示、图形变换、分组讨论等形式，使学生的思维被充分调动起来。

2 教学目标

2.1 知识目标 了解生态系统能量流动的概念，以及能量流动的过程；说出能量流动的特点；举例说出研究生态系统能量流动的意义。

2.2 能力目标 尝试定量地分析某个具体生态系统的能量流动过程和特点，培养分析、综合和推理的思维能力。

2.3 情感态度与价值观目标 关注“研究生态系统能量流动的意义”，领悟科学技术是第一生产力的观点。

3 教学过程

3.1 创设情境，引出能量流动概念 播放《动物世界》的片段：阳光照在一片大草原上，一群兔子在边吃草边玩耍，有的兔子边吃边排便。远处可以看到不断在天空盘旋的老鹰，它们瞅准时机，向兔群俯冲，几次努力就抓住了兔子。此后，结合上节内容，让学生写出对应的食物链(草→兔→鹰)。针对该食物链提问：①该食物链起点是什么？为什么？②草的能量来源是什么？③兔子的能量来自哪里？④兔子吃草，能利用草的所有能量吗？让学生初步了解能量是由生产者固定和由太阳能转化而来的，是沿着食物链(网)传递的，能量不能毫无损失地传给后一个营养级，传递过程中有能量的散失。从而让学生抓住能量流动概念中的关键词：能量的输入、传递、 转化、散失，掌握能量流动的概念。

3.2 分析与综合，阐述能量流动过程 能量是沿着食物链流动的，能量流动过程是连续的。将其连续的过程先分解，通过具体食物链：草→兔→鹰，将每个营养级具体分析，在了解每个营养级能量来源和去路后，再综合起来，画出完整的能量流动过程图,得出能量流动的具体过程。

3.2.1 第一营养级能量流动过程 播放该视频片段，通过问题引导学生思考：①草的能量来自哪里? ②照射在草上的太阳能都被吸收了吗? ③草吸收了太阳能后,这些能量有哪些去向？进而让学生自主学习填空(图1)，完成对第一营养级能量流动的过程分析。

图1 第一营养级能量流动过程填空

其中，针对学生难以理解“什么是未被利用的能量”，可举例兔子吃草，草根未被吃掉，草根中的能量就是“未被利用”；兔子不能吃光所有草，那些还没被吃掉又没被分解的草所含的能量也是“未被利用”。

3.2.2 第二营养级能量流动过程 第二营养级能量流动过程涉及的概念较多，例如摄入量、同化量以及粪便量，教师可采取多种方式呈现，多种图形变换来加强学生的理解。

3.2.2.1 多种方式呈现 为让学生掌握同化量与摄入量概念的区别，播放一只兔子边吃边拉的视频，提问：①该兔子摄入的草全部被吸收了吗？还有哪部分未吸收？②兔粪便中的能量有没有流入兔子体内？引出“同化的能量=摄入的能量-粪便中的能量”的结论。为了强调粪便中能量的归属，提问：兔子粪便本质是未消化的什么？引导学生将兔子粪便看作是草的尸体，该部分草仅是在兔子消化道中“旅游了”一次，并未被吸收。因此，这部分能量依然看作是草的，属于草流向分解者的一部分。

此外，通过问题呈现，检测学生掌握情况：大象是一种植食性动物，有一种蜣螂则专以象粪为食，则流入蜣螂体内能量来自： A、大象 B、草 C、大象和草 D、大象或草。让学生思考并掌握相关知识点。

3.2.2.2 多种图形变换 教材中并未展现能量流经第二营养级的示意图，可补充示意图(图2)，并将纯粹的记忆内容变成理解性的填空：

图2 能量流经第二营养级示意图

消费者摄入能量(a)=________+________

消费者同化能量(b)=________+________

此后，可再将复杂的图形简化成类似于图1的格式(图略)，让学生换一种图形再次强化对该知识内容的认识。

3.2.3 最高营养级能量流动过程 有的食物链营养级数比较多，中间环节的消费者与兔的能量流动的过程是相似的，因此不需要花太多时间去重复。可针对最高营养级消费者与兔的能量流动的过程存在的差异，以本节食物链中的鹰为例，设问：鹰的能量去向与兔相比有什么不同？让学生思考、理解。

3.2.4 总结生态系统能量流动过程及特点 通过既看部分又看整体的思路，让学生理解每个营养级能量流动过程后，总结能量流动连续的过程图(图3)。并结合能量流动示意图，对照能量流动概念，分组讨论以下问题：

图3 能量流动连续的过程图

(1)输入：生态系统的最终能量来源是________，通过生产者的________作用，将________能转化为________能。能量流动的起点是________。假如生产者固定的能量为a，初级消费者同化量为b，次级消费者同化量为c，三级消费者同化量为d，则流经生态系统的总能量是________。

(2)传递：能量传递的渠道是________，渠道的起点是________。

(3)散失：能量散失的途径是________，散失的能量形式是________能。

(4)转化：生态系统能量流动过程中能量转化形式是________能→________能→________能。

此后设问：结合图中箭头的方向和粗细，说明能量流动有哪些特点？引导学生得出能量单向流动、逐级递减的特点。

3.3 结合案例，定量计算能量的传递效率 结合赛达伯格湖的案例对能量流动进行定量分析。强调定量分析是生物学研究的常见方法，很多重要的发现是从统计学定量分析开始的。

例如，孟德尔通过定量分析，提出了分离和自由组合定律；摩尔根对不同性别果蝇眼色的定量分析，发现了基因在染色体上，并提出了连锁互换定律；林德曼通过对赛达伯格湖多年的研究，发现能量流动的规律让学生领悟科学探究需要有持之以恒、不轻言放弃的精神。

由于赛达伯格湖的能量流动图较复杂，可尝试由学生自己标注箭头。通过以下问题逐步完成图形分析：①输入该生态系统的总能量是多少？②生产者的能量去向有几个箭头？分别是哪些？③植食性动物同化能量是多少？其能量去向有几个箭头？分别是哪些？④肉食性动物同化能量是多少？其能量去向有几个箭头？分别是哪些？再让学生完成表1：

表1 不同营养级的同化能量与能量分配

为巩固对同化能量去向的认识，提问：同化能量与后面能量分配的值有什么关系？计算：第一营养级到第二营养级的传递效率是？第二营养级到第三营养级的传递效率是？得出相邻两个营养级能量的传递效率是10%～20%？进一步让学生思考，为什么只有这么多的能量传入下一个营养级。

3.4 能量金字塔 根据单位时间内各个营养级所得到的能量数值绘制成图，可形成一个金字塔图形。其特征是，随营养级的升高，生物获得的能量越少。强调能量金字塔是整个生态系统中各营养级与能量的关系，而不是一条食物链中的各营养级与能量的关系。再用两条具体食物链来比较：草→兔→熊，草→兔→狐→熊。设草固定的太阳能为10000千焦，按10%的传递效率计算，熊得到的能量分别是多少？(食物链越长，消耗的能量就多，最后的营养级获得能量就少，所以食物链一般不超过4～5个营养级)此外，联系典例设问，深化学生对能量流动特点的理解。

3.5 联系实际，指出研究能量流动的实践意义 例如，投影焚烧秸秆的画面，提问：这样做秸秆中的能量去哪了？有没有流向人类？如何将秸秆中的能量充分利用起来？(如将秸秆捆回家当柴火、制作沼气等)；投影农村捡牛粪烧，提问：牛粪中有可利用的能量吗？这些能量来自第几营养级？投影桑基鱼塘，指出学习能量流动，能帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用；投影农田除草除虫画面，提问：为什么要除草除虫？(如果不除草，杂草会与水稻竞争阳光，杂草的竞争力强，太阳能就会更多的流向杂草；如果不除虫，水稻本该流向人的能量就会流向虫)得到结论：研究能量流动，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。再让学生思考身边还有哪些例子能体现研究能量流动的意义。

4 教学反思

为突破难点，本节课采取从整体到部分再到整体，起到比较好的效果。在分析能量流动过程时抓住典型代表“兔”来着重分析，对鹰的能量流动只用一个问题“与兔相比，鹰的能量流动过程有什么不同点”来概括。为了强化粪便中能量的归属，引导学生将兔子粪便看作是草的尸体，该部分草仅仅是在兔子消化道中“旅游了”一次，并未被吸收，因此这部分能量依然看作是草的，属于草流向分解者的一部分。这样，学生不会发生理解错位。在赛达伯格湖的案例分析中，并未直接投影林德曼分析的全图，而是让学生先去对照自己已有知识去画图，画的时候思考，每个营养级的箭头所表示的能量来源和能量去向。最后再与教材的插图对比，反思自己对知识的掌握与运用。