第三节 能量流动和物质循环

1、第三节 能量流动和物质循环(高二生物备课组)一、教学目标1知识目标（1）了解生态系统能量流动的状况（C：理解）（2）理解能量流动的特点以及对生态系统的影响和意义（C：理解）（3）了解生态系统物质循环的状况（C：理解）（4）了解水循环、碳循环和氮循环的途径和对生态系统的影响（B：识记）2能力目标（1）通过课外的分组实验，提高学生的自主设计实验能力探究能力。（2）通过互联网查询获得资料的能力。（3）课堂上的分组讨论和实验设计方案和结果的对比培养学生进行实验评价和理论和实践相结合的能力。（4）通过绘制流程图训练对知识的归纳能力。3情感态度和价值观（1）在实验设计和研究中要具有实事求是和勇于探究的精神

2、。（2）在分工合作和相互评价过程中体验合作精神。（3）通过学习人类活动对物质循环的影响，渗透生态道德教育，培养学生环境保护意识。二、教材分析1教材的地位、作用等分析生态系统的能量流动和物质循环是生态系统的基本功能，生态系统的各成分之间通过能量流动和物质循环紧密联系在一起；同时，能量流动和物质循环的状态又和生态系统的稳定性有密切关系。学习能量流动和物质循环的过程有利于我们了解生态系统各组成成分之间的关系，把握生态系统的总体特征。这是第六章的重点内容，它不仅前面内容的归纳和总结，还有利于我们理解生态系统稳态的形成和基本特征。2教学重、难点分析教学重点：物质循环和能量流动的特点。 教学难点：从实验的

3、过程探索物质循环和能量流动的特点。建议课时 2课时。第1课时：能量流动和物质循环特点。第2课时：水循环、碳循环和氮循环三、学情分析生态系统的能量流动和物质循环的特点以及水循环、碳循环和氮循环的过程学生在高中地理中已经有所涉及，对基本内容不难理解。但是，学生学到的基本上是一些结论性的知识，对于知识的获得的研究过程和所学知识和实际生态现象的联系等都不是十分清楚。本课时教学的目的，一方面要让学生了解相关的知识内容，同时，通过简单的实验让学生将书本知识和生态现象结合，加深理解并学会利用所学知识分析实际问题。四、教学设计1设计思路（1）指导学生进行实验设计，探索维持一个生态系统正常运行的必要条件生态系统

4、的维持需要不断有能量输入，而生态系统中的物质能够自给自足并不断反复利用，这种反复利应该以生产者、消费者和分解者以及非生物环境的相互作用实现。但是通过实际观察很难发现这一现象，而书上提供的研究实验学生又不容易理解。所以可以通过让学生制造一个简单的生态系统来研究这一现象。通过要求学生设计利用最少的外界条件能够维持稳定的生态球，同时指导学生网上查询生态球的制作技术，可以让学生在操作中建立生态系统的物质可以自给自足和必须不断依赖太阳能的感性认识。（2）通过各小组的实验设计方案和实验效果的对比，引导学生归纳出理论依据课堂上通过各小组实验的设计方案和最终是否达到实验预期的效果，评选出最简单有效的方案，要求

5、学生解释该方案的设计思路，教师评价并最后上升为理论：生态系统对能量和物质的需求和能量流动和物质循环的特点。（3）引导学生阅读并利用系列预设问题，帮助学生总结规律并应用规律分析问题通过实验中的感性认识，学生不难理解能量流动的逐级递减的原理和研究方法，引导学生阅读书本能量流动和物质循环的内容，通过一些问题帮助学生提炼其中的要点，总结规律。并结合营养级中能量金字塔、生物量金字塔的知识和一些实际问题，帮助学生学会利用知识分析实际问题的方法。（4）指导学生绘制各种流程图，帮助学生提炼知识要点能量流动和物质循环的联系；和水循环、碳循环和氮循环的过程书上均有图解，但以示意图方式虽然直观，但是和物质循环相关的

6、生理过程和有关生态系统成分之间的关系不明确。让学生根据示意图画出流程图，可以简化表达过程，明确物质转移途径，再通过一些预设的问题让学生分析与之相关的生态问题。在已有知识的基础上，学生应该较容易掌握。2教学过程教学程序教 学 过 程教学手段课前准备【第一课时】1实验评价和分析2能量流动的概念3研究能量流动的方法布置实验：实验在授课前10天左右布置。将全班分为4个实验小组，各自选出小组长和组内的发言人，教师布置研究课题：课题：制造一个能够维持稳定的生态球材料：直径10cm的带塞的广口瓶，鲫鱼育苗若干。要求：生态球内部成分可以自行增加，但是一旦制成后，必须尽可能减少对外界的依赖性，并使瓶中的3条鲫鱼

7、苗存活5天以上。以鲫鱼苗是否存活和对外界条件的依赖程度作为评价指标。每个小组推选一个发言人，要求说明生态球内部成分设置；设置这些成分的目的和设置原理；为了维持该生态球运行，需要那些的外界条件；这些外界条件对维持生态球存在的作用；最后的效果。向学生提供一些资料或提供给学生一些关键词：生态球、生态球制作、能量流动、物质循环等，供学生上网查询资料。 各小组的实验设计方法直接影响课堂教学过程，所以教师必须经常关注学生的实验设计过程，有必要时可以采取一些引导（如生态球是否密闭，是否要额外喂食等），保证有比较好符合教师要求的实验设计方案。实验评价和答辩：学生活动各实验小组将设计的生态球展示在讲台上，请每个

8、小组的发言人上台介绍设计思路和效果。各小组讨论后，4个组长投票，选出依赖外界条件最少并能够使鲫鱼苗存活5天以上的小组（预期该小组的设计应该是以金鱼藻等水生植物和鲫鱼以及其它条件构成，事先加入一些食物后密封，不需要其它外界条件）。 教师点评实验设计的成功之处：（1）生态球内含有生态系统中的各种成分：生产者、消费者、分解者而且比例恰当：生产者的生物量多于消费者。（2）生态球完成后，完全密封，不需要补充任何外界的物质，也能维持一段时间的稳定。教师提问为什么生态球中一定要加一些植物？答：消费者、分解者的生存都要依赖生产者，鲫鱼需要绿色植物为它的生存提供O2和有机物等生存条件。生态球是否能够完全不依赖外

9、界条件而存在？答：不能，必须要光照条件。在黑暗中生态球不可能长期存在。太阳光对生态球中生态系统的维持有什么作用？答：提供光合作用的所需能量。光能不但是绿色植物光合作用所必需的，而且为生态系统中所有生物生命活动能量的根本来源。动物有氧呼吸要消耗大量的O2，为什么不需要向生态球定期补充O2？答：动物消耗O2产生同时会产生CO2，而绿色植物通过光合作用可以消耗CO2，产生O2，使水中的气体含量达到平衡。生态系统中的各种物质均可以通过这种方法重复利用而达到平衡。5生态系统的维持必然需要一定的物质和能量条件。从生态球的情况可以看出，一个完善的生态系统的对物质和能量的需求有生命特点？答：一个完善的生态系统

10、，不需要从外界从获得任何物质补充，但是必须不断地从外界输入能量才能维持其正常功能。为什么生态系统对能量和物质的需求不同，这是由生态系统中能量流动和物质循环的特点决定的。一生态系统中的能量流动：1能量流动的概念：生态系统中，你呢改良不断沿太阳植物植食动物肉食动物顶级肉食动物的方向流动，这就是生态系统中的能量流动。能量流动和物质循环的途径均为食物链和食物网，在食物链上能量如何传递？展示林德曼对赛达伯格湖能量沿营养级流动的定量分析图解，学生看图，教师提出问题：各营养级获得的能量有哪些去路？各条去路的比例如何？进行实验讨论交流教师点评师生交流4能量流动的规律5知识的迁移和应用【第二课时】引入1水循环水

11、循环的过程水循环的意义水循环的状况和问题2碳循环碳循环的过程碳循环的调节和特点碳循环失衡的原因和生态问题3氮循环氮循环过程氮循环失衡的原因4能量流动和物质循环的关系能量在食物链上的流动有什么特点？为什么？2能量流动的特点：（1）各营养级获得的能量一般有四条去路： 大多数能量未利用。其次，用于自身呼吸消耗，最终以热能形式散失。再次，部分能量被下一个营养级的生物捕食，传入下一个营养级。最后，少量能量随尸体、枯枝落叶或获排泄物传递给分解者。（2）能量流动是单向流动并逐级递减的： 每个营养级只能将自身的部分能量传递给下一个营养级。能量从一个营养级传递给下一个营养级的传递效率一般只有10。 一大半能量都

12、在传递过程中损失了，最终以热能形式散耗到周围空间中，这种传递过程是不可逆的。生态系统要获得能量必须不断由生产者通过光合作用从太阳能中摄取，故生态系统必须不断从外界输入能量才能维持其正常功能。生态营养结构中有许多特点是手到能量流动的影响的，回忆生态系统营养结构的内容，请回答有哪些特点和能量流动的单向流动和逐级递减的特性有关？能量金字塔的结构：一个生态系统中的能量状况必然是生产者初级消费者次级消费者。一般越是处于食物链顶端的动物，数量就越少，能量也越少。生物量金字塔：单位面积中的某营养级生物的生物量和所含能量应该成正比。一般和能量金字塔相符。1我国有句谚语称“一山不容二虎”，这句话具有什么生态依据

13、？虎是顶级肉食动物，处于生态系统的最高营养级。植物固定的能量传递到虎的过程中大量损耗，所以必须有足够多的植物才能养活一只虎。2在农业和畜牧业生产中，如何提高人类对一个生态系统中初级生产量的利用效率？由于动物吃100g食物最多只能增加10g体重，营养级越高的动物，能量传递过程中的能量损耗越大，所以在生产中，应该减少食物链的长度，尽可能以植物为食或用植物性饲料未央家畜。课后小节和布置作业。回忆上节课的生态球实验的结论：一个完善的生态系统，不需要从外界从获得任何物质补充，但是必须不断地从外界输入能量才能维持其正常功能。各种物质如何被生态系统各成分利用，如何在生态系统中被传递？我们以生态系统中的水循环

14、、碳循环和氮循环为例，分析物质循环过程。二生态系统中的物质循环分别出示生态系统水循环、碳循环和氮循环示意图或要求学生分析书上图611、612、613，同时给出问题，学生分段自学书本110114页内容，小组讨论，回答问题。1 水的全球循环：问题：（1）用流程图概括水的循环过程，标明水循环的途径和方式。 （2）水循环在生态系统中有什么作用？ （3）目前全球和我国的水环境有哪些问题？（1）水循环的流程图： 海洋水江湖水蒸发蒸发水蒸气运输降雨土壤水蒸发和蒸腾降雨地表和地下径流（2）水循环的意义：水是组成生物体的重要成分体内进行一切生化反应都离不开水。 水循环携带大量化学物质运动，对生态系统营养成分在地

15、表的分布具有重要作用。（3）水循环的问题： 地球上可利用的淡水资源有限，分布不均，水质污染严重。2碳的全球循环：问题：（1）用流程图概括碳的循环过程，标明碳循环的途径和方式。 （2）大气中的CO2含量受那些因素的调节？ （3）碳循环平衡破坏的主要原因和导致的生态问题是什么？（1）碳循环流程图：大气中CO2植物光合作用微生物捕食植食动物捕食肉食动物尸体、废物尸体、废物尸体、废物呼吸作用转化化石燃料燃烧呼吸作用（2）大气中CO2含量的调节大气中CO2含量的调节受植物光合作用和呼吸作用影响具有明显的昼夜变化和季节变化海洋中溶解的CO2和大气的CO2之间通过相互转化实现相互平衡。（3）碳循环失衡的原因和生态问题：原因：大量能源消费导致CO2的排放量大于光合吸收量，使大气中CO2浓度升高。主要危害：温室效应影响全球气候和水循环的平衡等。3氮循环：问题：（1）用流程图概括氮的循环过程，标明氮循环的途径和方式。 （2）导致氮循环失衡的主要原因是什么？（1）氮循环流程图： 脱氮细菌大气中的N2闪电固氮微生物NH3硝化细菌硝酸盐植物动物吸收尸体、废物捕食分解者硝酸盐或铵盐工业固氮（2