“生態系統中的能量流動”一節的教學設計

朱慧娟

(江蘇省溧水高級中學 211200)

1 教學內容分析

“能量流動”是蘇教版高中生物學教材《穩態與環境》第4章第2節的內容之一。作為第四章的重點，本節以“生態系統的結構”為基礎，既與光合作用、呼吸作用、細胞的結構等知識建立聯系，又直接關系到“物質循環和生態系統穩定性”的學習。教材通過概括性地指出 “生態系統能量流動的概念”，即生態系統中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程，引導學生思考生態系統的能量是如何輸入、傳遞和轉化和散失的，進而引出本節的三個主題內容：能量流動的過程、能量流動的特點和效率、研究能量流動的實踐意義。依據教學內容，對教學過程的設計，可通過具體食物鏈呈現，讓學生自己分析該食物鏈中的生物是如何分別獲得能量，引出能量的輸入和傳遞與轉化，再聯系細胞呼吸，指出能量的散失，最終引出能量流動的概念；針對能量流動的過程和特點這一難點，讓學生用具體食物鏈做例子，學習認識每個營養級能量流動過程后，總結能量流動連續的過程圖及其能量流動特點；將林德曼分析賽達伯格湖能量流動過程圖放在能量流動過程后講解，以鞏固前面所學內容。為了讓學生達成學習目標，以階梯問題引領，一步步引導學生思考、討論，并采取視頻展示、動畫演示、圖形變換、分組討論等形式，使學生的思維被充分調動起來。

2 教學目標

2.1 知識目標 了解生態系統能量流動的概念，以及能量流動的過程；說出能量流動的特點；舉例說出研究生態系統能量流動的意義。

2.2 能力目標 嘗試定量地分析某個具體生態系統的能量流動過程和特點，培養分析、綜合和推理的思維能力。

2.3 情感態度與價值觀目標 關注“研究生態系統能量流動的意義”，領悟科學技術是第一生產力的觀點。

3 教學過程

3.1 創設情境，引出能量流動概念 播放《動物世界》的片段：陽光照在一片大草原上，一群兔子在邊吃草邊玩耍，有的兔子邊吃邊排便。遠處可以看到不斷在天空盤旋的老鷹，它們瞅準時機，向兔群俯沖，幾次努力就抓住了兔子。此后，結合上節內容，讓學生寫出對應的食物鏈(草→兔→鷹)。針對該食物鏈提問：①該食物鏈起點是什么？為什么？②草的能量來源是什么？③兔子的能量來自哪里？④兔子吃草，能利用草的所有能量嗎？讓學生初步了解能量是由生產者固定和由太陽能轉化而來的，是沿著食物鏈(網)傳遞的，能量不能毫無損失地傳給后一個營養級，傳遞過程中有能量的散失。從而讓學生抓住能量流動概念中的關鍵詞：能量的輸入、傳遞、 轉化、散失，掌握能量流動的概念。

3.2 分析與綜合，闡述能量流動過程 能量是沿著食物鏈流動的，能量流動過程是連續的。將其連續的過程先分解，通過具體食物鏈：草→兔→鷹，將每個營養級具體分析，在了解每個營養級能量來源和去路后，再綜合起來，畫出完整的能量流動過程圖,得出能量流動的具體過程。

3.2.1 第一營養級能量流動過程 播放該視頻片段，通過問題引導學生思考：①草的能量來自哪里? ②照射在草上的太陽能都被吸收了嗎? ③草吸收了太陽能后,這些能量有哪些去向？進而讓學生自主學習填空(圖1)，完成對第一營養級能量流動的過程分析。

圖1 第一營養級能量流動過程填空

其中，針對學生難以理解“什么是未被利用的能量”，可舉例兔子吃草，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，那些還沒被吃掉又沒被分解的草所含的能量也是“未被利用”。

3.2.2 第二營養級能量流動過程 第二營養級能量流動過程涉及的概念較多，例如攝入量、同化量以及糞便量，教師可采取多種方式呈現，多種圖形變換來加強學生的理解。

3.2.2.1 多種方式呈現 為讓學生掌握同化量與攝入量概念的區別，播放一只兔子邊吃邊拉的視頻，提問：①該兔子攝入的草全部被吸收了嗎？還有哪部分未吸收？②兔糞便中的能量有沒有流入兔子體內？引出“同化的能量=攝入的能量-糞便中的能量”的結論。為了強調糞便中能量的歸屬，提問：兔子糞便本質是未消化的什么？引導學生將兔子糞便看作是草的尸體，該部分草僅是在兔子消化道中“旅游了”一次，并未被吸收。因此，這部分能量依然看作是草的，屬于草流向分解者的一部分。

此外，通過問題呈現，檢測學生掌握情況：大象是一種植食性動物，有一種蜣螂則專以象糞為食，則流入蜣螂體內能量來自： A、大象 B、草 C、大象和草 D、大象或草。讓學生思考并掌握相關知識點。

3.2.2.2 多種圖形變換 教材中并未展現能量流經第二營養級的示意圖，可補充示意圖(圖2)，并將純粹的記憶內容變成理解性的填空：

圖2 能量流經第二營養級示意圖

消費者攝入能量(a)=________+________

消費者同化能量(b)=________+________

此后，可再將復雜的圖形簡化成類似于圖1的格式(圖略)，讓學生換一種圖形再次強化對該知識內容的認識。

3.2.3 最高營養級能量流動過程 有的食物鏈營養級數比較多，中間環節的消費者與兔的能量流動的過程是相似的，因此不需要花太多時間去重復?？舍槍ψ罡郀I養級消費者與兔的能量流動的過程存在的差異，以本節食物鏈中的鷹為例，設問：鷹的能量去向與兔相比有什么不同？讓學生思考、理解。

3.2.4 總結生態系統能量流動過程及特點 通過既看部分又看整體的思路，讓學生理解每個營養級能量流動過程后，總結能量流動連續的過程圖(圖3)。并結合能量流動示意圖，對照能量流動概念，分組討論以下問題：

圖3 能量流動連續的過程圖

(1)輸入：生態系統的最終能量來源是________，通過生產者的________作用，將________能轉化為________能。能量流動的起點是________。假如生產者固定的能量為a，初級消費者同化量為b，次級消費者同化量為c，三級消費者同化量為d，則流經生態系統的總能量是________。

(2)傳遞：能量傳遞的渠道是________，渠道的起點是________。

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

(4)轉化：生態系統能量流動過程中能量轉化形式是________能→________能→________能。

此后設問：結合圖中箭頭的方向和粗細，說明能量流動有哪些特點？引導學生得出能量單向流動、逐級遞減的特點。

3.3 結合案例，定量計算能量的傳遞效率 結合賽達伯格湖的案例對能量流動進行定量分析。強調定量分析是生物學研究的常見方法，很多重要的發現是從統計學定量分析開始的。

例如，孟德爾通過定量分析，提出了分離和自由組合定律；摩爾根對不同性別果蠅眼色的定量分析，發現了基因在染色體上，并提出了連鎖互換定律；林德曼通過對賽達伯格湖多年的研究，發現能量流動的規律讓學生領悟科學探究需要有持之以恒、不輕言放棄的精神。

由于賽達伯格湖的能量流動圖較復雜，可嘗試由學生自己標注箭頭。通過以下問題逐步完成圖形分析：①輸入該生態系統的總能量是多少？②生產者的能量去向有幾個箭頭？分別是哪些？③植食性動物同化能量是多少？其能量去向有幾個箭頭？分別是哪些？④肉食性動物同化能量是多少？其能量去向有幾個箭頭？分別是哪些？再讓學生完成表1：

表1 不同營養級的同化能量與能量分配

為鞏固對同化能量去向的認識，提問：同化能量與后面能量分配的值有什么關系？計算：第一營養級到第二營養級的傳遞效率是？第二營養級到第三營養級的傳遞效率是？得出相鄰兩個營養級能量的傳遞效率是10%～20%？進一步讓學生思考，為什么只有這么多的能量傳入下一個營養級。

3.4 能量金字塔 根據單位時間內各個營養級所得到的能量數值繪制成圖，可形成一個金字塔圖形。其特征是，隨營養級的升高，生物獲得的能量越少。強調能量金字塔是整個生態系統中各營養級與能量的關系，而不是一條食物鏈中的各營養級與能量的關系。再用兩條具體食物鏈來比較：草→兔→熊，草→兔→狐→熊。設草固定的太陽能為10000千焦，按10%的傳遞效率計算，熊得到的能量分別是多少？(食物鏈越長，消耗的能量就多，最后的營養級獲得能量就少，所以食物鏈一般不超過4～5個營養級)此外，聯系典例設問，深化學生對能量流動特點的理解。

3.5 聯系實際，指出研究能量流動的實踐意義 例如，投影焚燒秸稈的畫面，提問：這樣做秸稈中的能量去哪了？有沒有流向人類？如何將秸稈中的能量充分利用起來？(如將秸稈捆回家當柴火、制作沼氣等)；投影農村撿牛糞燒，提問：牛糞中有可利用的能量嗎？這些能量來自第幾營養級？投影桑基魚塘，指出學習能量流動，能幫助人們科學規劃、設計人工生態系統，使能量得到最有效的利用；投影農田除草除蟲畫面，提問：為什么要除草除蟲？(如果不除草，雜草會與水稻競爭陽光，雜草的競爭力強，太陽能就會更多的流向雜草；如果不除蟲，水稻本該流向人的能量就會流向蟲)得到結論：研究能量流動，可以幫助人們合理地調整生態系統中的能量流動關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。再讓學生思考身邊還有哪些例子能體現研究能量流動的意義。

4 教學反思

為突破難點，本節課采取從整體到部分再到整體，起到比較好的效果。在分析能量流動過程時抓住典型代表“兔”來著重分析，對鷹的能量流動只用一個問題“與兔相比，鷹的能量流動過程有什么不同點”來概括。為了強化糞便中能量的歸屬，引導學生將兔子糞便看作是草的尸體，該部分草僅僅是在兔子消化道中“旅游了”一次，并未被吸收，因此這部分能量依然看作是草的，屬于草流向分解者的一部分。這樣，學生不會發生理解錯位。在賽達伯格湖的案例分析中，并未直接投影林德曼分析的全圖，而是讓學生先去對照自己已有知識去畫圖，畫的時候思考，每個營養級的箭頭所表示的能量來源和能量去向。最后再與教材的插圖對比，反思自己對知識的掌握與運用。