第三节 生态系统 三 生态系统的能量流动

教学设计方案（一）

教学目的

　　1、握生态系统能量流动的过程和特点。

　　2、解研究生态系统能量流动的意义。

教学重点

　　生态系统能量流动的过程和特点。

教学难点

　　生态系统能量流动的特点及其形成原因。

教学方法

　　引导探索、谈话、讨论相结合。

课时安排

　　一课时。

教学过程

　　复习：生态系统的营养结构是什么？

　　（回答：是食物链和食物网。）

　　复习：如果我们写一个一般的食物链，就是：生产者→初级消费者→次级消费者，这么写的意思是什么？

　　学生：是后一营养级以前一营养级为食的现象，后一营养级从前一营养级获得了物质和能量，物质和能量就从前一营养级流动到后一营养级。我们现在就学习生态系统的能量是怎样流动的。

　　提问：那么，能量是怎样输入生态系统的？能量流动的渠道是什么？能量流动的过程是怎样的？请同学们阅读教材“能量流动的过程”一段，并思考这些问题。

　　（在同学们阅读后，分别请几位同学总结这几个问题。）

　　讲述：生态系统流动的能量来自太阳能，即生态系统中能量的源头是太阳。但并不是所有的太阳能都参与生态系统中的能量流动，必须是输入到生态系统的第一营养级的能量才能开始在生态系统中流动。怎样输入？依赖于生产者的光合作用把太阳能转变成化学能。生产者固定的太阳能总量就是流经这个生态系统的总能量。它沿着食物链流动。

　　提问：输入生态系统的能量是怎样流动的？或者说，生产者固定的太阳能流向什么方向？

　　讲述：生产者固定的太阳能有三个去处：一部分被自身的生命活动消耗了，即被呼吸作用分解了；储存在体内的能量一部分被初级消费者摄食同化流入下一营养级，没被初级消费者利用的枯枝落叶和初级消费者摄食未消化而排出的粪便中的这一部分被分解者释放出来。简单他说，生产者固定的太阳能的三个去处是：呼吸消耗，下一营养级同化，分解者分解。对于初级消费者所同化的能量，也是这三个去处。并且可以认为，一个营养级所同化的能量＝呼吸散失的能量十分解者释放的能量十被下一营养级同化的能量。但对于最高营养级的情况有所不同。

　　提问：生态系统中能量流动有什么特点？形成这些特点的原因是什么？相邻两个营养级之间的能量传递效率是多少？教材107页也有两个问题，请同学们带着这些问题阅读教材“能量流动的特点”一段，阅读完后，可以讨论一下这些问题。

　　（待同学们阅读完后）现在请一位同学概括一下能量流动的特点。

　　是单向流动和逐级递减。为什么是这样呢？请继续回答。

　　讲述：对于单向流动来讲，是说能量只能从前一营养级流向后一营养级，而不能反向流动，可以理解为肉食动物以植食动物为食，植食动物不能以肉食动物为食。植物与植食动物的关系也是如此。

　　对于逐级递减来讲，也是教材的第二个问题，一个营养级同化的能量，不能百分之百流向下一营养级，除了自身呼吸消耗外，还有一部分未被下一营养级利用。这就决定了能量越流越少。

　　在赛达伯格湖，第二营养级只获得第一营养级同化能量的13．5％，第三营养级只获得第二营养级同化能量的20％，能量在相邻两个营养级间的传递效率只有10％～20％，那么，其余80％～90％的能量哪里去了？请一位同学回答这个问题。

　　讲述：对，被呼吸消耗，被分解者释放，还有一大部分未被利用。未被利用的，可以理解为后一营养级不能利用的（如荒地中的草根）和后一营养级能利用而未利用的（如羊不可能将草地的草吃净。这些未利用的能量除少量被分解者分解释放外，它们或者进入别的生态系统，如被河水冲向海洋，或者沉积在湖底成为有机质沉积物，或者仍然是前一营养级的生存个体，保持了前一营养级的生产能力。

　　提问：在赛达伯格湖一个营养级所同化的能量，是怎样分配的？

　　是未利用的>呼吸的>下一营养级同化的>分解者释放的。

　　提问：能量金字塔是什么含义？如以生物个体数量表示有无例外？（请一位同学回答）

　　讲述：研究能量流动的意义在于使能量持续高效地流向对人类有益的部分。比如草原怎样放牧产畜量高而草原又不退化？农作物怎样才能给人类提供更多的产品？教材中提到的办法就是一个好办法。假如给你一个池塘，你该怎样经营，才能最大获益？请大家讨论。

　　（讨论后请几个同学阐述他们的结论）

　　现在已经出现一种叫做“生态农业”的农业经营模式。这种经营模式可以最小投入，得到最大收益。比如桑基渔塘就是一例。（在此稍作解释）

　　总结：通过学习生态系统的能量流动，我们知道生态系统必须不断地从外界获取能量。能量是一切生命的动力，是生态系统的基础。能量流动维持各个营养级的生命和繁殖后代，使得一个生态系统得以存在和发展。

巩固：

　　1．请从能量流动的角度解释为什么食物链一般不超过五个营养级？

　　2．俗话说，“一山不容二虎”，有没有道理？为什么？

　　（这两个问题可启发学生根据生态系统中能量逐级递减的规律分析，得出随着营养级的升高，可利用的能量往往减少到很小的程度，以至不足以维持下一个营养级的存在。）

板书设计

三、生态系统的能量流动

　　1．能量来源：太阳

　　2．能量输入：生产者的光合作用

　　3．能量流动的渠道：食物链（网）

　　4．能量流动的过程：光→生产者→初级消费者

　　5．能量流动的特点。单向流动,逐级递减

　　6．能量流动的传递效率： 10～20％

　　7.能量金字塔。

　　8.研究能量流动的意义

教学设计方案（二）

设计片段一：

　　在“能量流动的过程”的教学中，可给出学生某个具体的捕食食物链，让学生分析一些具体问题，如通过一个较简单的食物链，即草→兔→狐分析下面几个问题：

　　①“该食物链中，当能量进入某个营养级时，可通过哪些途径？”；

　　②“该食物链中，某个营养级中的所有能量，可能通过哪些途径散失？”；

　　③“该食物链中，某个营养级中的能量通过何种方式进入下一个营养级？”；

　　④“在能量的输入、传递、散失过程，哪些生理过程是必不可少的？”

　　通过这些问题的分析、讨论，使“能量流动”这一较为抽象的概念具体化，便于深入理解，同时也易于引导学生概括出以下结论：食物链是能量流动的主要渠道；输入这个生态系统的总能量是生产者固定的太阳能的总量、能量的源头是阳光；能量沿着营养级时是逐级递减的。

设计片段二：

　　1、在“能量流动的特点”教学中，教师应先向学生在生态系统层次上分析能量流动的一般方法，即把每个物种都归属子一个特定的营养级中（依据该物种主要食性），然后精确地测定每一个营养级能量的输入值和输出值。

　　2、教师还应并引导学生讨论：

　　“为什么上述方法目前多应用在水生生态系统的能量流动分析上，而不是陆生生态系统上？”

参考答案：因为水生生态系统边界明确，便于计算能量和物质的输入量和输出量，整个系统封闭性较强，与周围环境的物质和能量交换量小，环境比较稳定，生态因子变化幅度小。由于上述种种原因，湖泊、河流、溪流、泉等生态系统常作为研究生态系统能流的对象。

　　3、教师可引入研究生态系统能量流动的经典实验，从分析这些实验的数据作为切入点，引导学生讨论能量流动的特点。例如可利用下面几个实验：

　　（1）Cedar Bog湖的能流分析（具体内容见扩展资料）

　　（2）银泉的能流分析（具体内容见扩展资料）

　　（3）森林生态系统的能流分析（具体内容见扩展资料）

　　4、引导学生讨论分析一个或几个生态系统能量分析的基础上设问：

　　这一能流分析中说明几个重要特点：

　　（1）“生态系统中能量流动有何特点？为什么有这些特点？”

　　参考答案：①生态系统中的能量流动是单向、不可逆的。②能量在流动过程逐级递减的，原因是每一个营养级生物的呼吸都会产生相当多的热量，这些能量散失到无机环境中去。

　　（2）“通过一个或几个实验数据，你能看出能量在两个相邻营养间的传递效率吗？”

　　（3）“你从能量流动的这两个特点中受到什么启示？”

　　参考答案：任何生态系统都需要不断地补充能量，主要以光合作用获得太阳能，否则这个生态系统就会自行消亡。可见生产者在生态系统中的地位何等重要。

　　（4）“为什么一个生态系统的食物链的营养级一般不超过5级”。

　　（5）可让学生把各营养级中的能量通过能量金字塔的形式描绘出来

　　（6）“Cedar Bog湖的能流分析、银泉的能流分析是生态学上两个经典实验，你认为哪个实验设计上更精确，为什么？（本问题可在较好的班讨论）

　　参考答案：Odum对银泉能流的研究要比Lindeman1942年对Cedar Bog湖的研究更精确一些。因为：首先，这个实验是依据植物的光合作用效率来确定植物吸收了多少太阳辐射能，并以此作为研究初级坐产量的基础，而不象通常那样是依据总入射日光能；其次，这个实验计算了来自各条支流和陆地的有机物质补给，并把它作为一种能量输入加以处理；更重要的是这个实验把分解者呼吸代谢所消耗的能量也包括在能流模式之中，他虽然没有分别计算每一个营养级通向分解者的能量有多少，但他估算了通向分解者的总能量。

　　设计片段三：

　　“研究能量流动的意义”的教学中，要特别注意与人类的生产生活实践相联系，如引导学生分析：

　　①“你了解生态农业吗？生态农业的优势在哪里？”（见后的扩展资料）

　　② “桑基鱼塘这个人工生态系统是如何充分利用进入该生态系统的能量的？”（见后面的扩展资料）

　　也可通过分析人们在利用生态系统资源的过程中，由于没有处理好“获取高效益”与“持续发展”的矛盾，从而导致的一些生态问题作为切入点，如：

　　①“近年来，这国北方地区为何在春季经常发生沙尘暴天气？，其中的原因何在？”

　　②“我国很多优良的草场为什么会退化？如何确定某个草场载畜量是否合适？”等等