1、第 2 节 生态系统的能量流动 从容说课 本节教学可以从“问题探讨”引入，在学生讨论时，教师应作必要的提示：生命活动离 不开能量，生物需要不断地从外界获取能量才能维持生存；在生物获得的能量中只有一部 分储存于生物体内；由于能量沿食物链流动过程中逐级递减，因而能量相同的食物，动物 性食品比例越高，意味着消耗的总能量越多。 在学生讨论的基础上，教师引出生态系统的能量流动的基本涵义。然后，提出怎样研 究生态系统的能量流动。在进行“能量流动的分析”的教学时，要提醒学生注意：研究能量 流动可以在个体水平上，也可以在群体水平上。研究生态系统中能量流动一般在群体水平 上，这种将群体视为一个整体进行研究是系统
2、科学常用的研究方法。理解能量流动的分析 方法有助于学生学习本节后面的内容。 研究能量在沿着食物链从一个种群流动到另一个种群时，需要考虑能量被利用和未被 利用等多方面的能量值，以某动物种群捕食种群 A 为例，可用下列“能量流动的分析”过程 表示。 可以借助于某一具体的食物链，让学生分析“能量流动的过程”。教师可概括：（1）几 乎所有生态系统的能量源头是太阳能。植物通过光合作用，把太阳光能固定下来，这是生 态系统繁荣的基础。提醒学生注意：植物光合作用固定的能量减去呼吸作用消耗的能量， 才是能够为下一营养级消费的能量。所以，从能量的角度来看，植物的多少决定了生物种 类和数量。在气候温暖、降雨充沛的地
3、方，植物格外繁茂，各种生物就会非常繁荣，热带 雨林就是这样的情况；在气候寒冷、降雨很少的地方，植物很难生长，各种生物的数量都 很少，显得荒凉而冷寂。 （2）能量沿着食物链流动时，每一营养级都有输入、传递、转化 和散失的过程。 （3）生物的遗体残骸是分解者能量的来源。 能量在生态系统中是如何流动的，这是许多生态学家关注的问题。而对此问题的回答， 仅仅作定性的阐释是不够的，必须基于科学实验，用实验数据来说明问题，由此引出林德 曼的研究。 在学习“林德曼的研究” 时，重点应放在如何整理数据、分析数据，进而得出科学结论 上。可采用“资料分析” 的建议。教师要引导学生用数据来分析能量流动的特点，在学生归
4、 纳总结的基础上，教师阐述生态系统能量流动具有的两个特点。 “能量”是科学中的核心概念，学生在学习本节时，应结合物理学知识，回答“思考与讨 论”中的问题。 关于研究能量流动的实践意义的教学，可从分析“桑基鱼塘”着手。教师应向学生说明： 人们在利用生态系统的资源的过程中，期望的“高效”与“ 持续 ”常常会发生矛盾。如何根据 客观规律来调整生态系统中的能量流动关系，以满足人类的需求，是一个必须解决的重要 问题，教师可进一步引导学生讨论一些实例。 教学重点 1.生态系统能量流动的过程和特点。 2.研究能量流动的实践意义。 教学难点 生态系统能量流动的过程和特点。 教具准备 1.文字资料 1：生态系统
5、数量金字塔。 2.文字资料 2：能量流动分析图。 3.文字资料 3：课堂练习。 4.挂图：生态系统能量流动示意图；赛达伯格湖的能量流动图解。 5.视频 1：生态农业。 6.视频 2：草原生态系统的食物链以及能量流动。 （如果没有视频资料，可以用文字资料、图像资料或课件来代替） 课时安排 2 课时。 第 1 课时，学习能量流动的过程和特点。 第 2 课时，学习能量流动的意义和调查的汇总报告。 三维目标 1.分析生态系统能量流动的过程和特点。 2.概述研究能量流动的实践意义。 3.尝试调查农田生态系统中的能量流动情况。 4.学会用系统的方法来分析问题，以及掌握能量流动过程中数据的分析和处理。 5.
6、掌握能量金字塔和数量金字塔模型的建构。 6.通过分析能量流动的示意图，掌握能量流动的过程。 7.通过赛达伯格湖能量流动的图解和必要的数据处理，掌握能量流动的特点。 8.学会能量金字塔和数量金字塔模型的构建，进一步理解能量流动的特点。 9.就研究能量流动的实践意义，与学生一起探讨。并通过调查，培养学生的实践能力、观 察能力、交流能力和分析、解决问题的能力。 10.认同物质与能量是一个统一的整体，确立辩证唯物主义自然观。 11.关注农业的发展和生态农业的建设。 教学过程 第 1 课时 导入新课 师 同学们好！上节课我们学习了生态系统的一些基本知识，现在请大家回答几个问题。 （1）生态系统具备的必要
7、条件有哪些？ （2）最大的生态系统是什么？ （3）生态系统的结构包括什么？ （4）硝化细菌是生态系统的什么成分？ （5）生态系统的营养结构是什么？ （6）生态系统的什么是沿着食物链和食物网进行的？ 生 1 生态系统具备的必要条件是：（1）要有生物群落和无机环境。 （2）两者要有联系。 生 2 生物圈。 生 3 （1）生态系统的成分。 （2）食物链和食物网。 生 4 生产者。 生 5 食物链和食物网。 生 6 物质循环和能量流动。 推进新课 师 不错，看来大家课后复习得不错。好，下面我们一起来学习生态系统的能量流动。这 也是生态系统的基本功能之一。 师 大家先看课本 93 页“问题探讨”，请大家
8、把问题探讨中的生物连成一条食物链。 （学生看书，讨论） 师 谁来在黑板上写一下？ 生 图 5-2-1 师 好的，那这里有几条食物链？ 生 2 条。 师 正确，生产者是 生 玉米。 师 对，那么人是第几营养级？ 生 第 2、3 营养级。 师 请思考：玉米的作用是什么？ 生 通过光合作用把太阳能固定成化学能，储存在有机物中，并沿着食物链向下传递。 师 很好。这里首先补充一个知识点：流入生态系统中的能量就是指生产者固定的太阳能 总量。但这里要补充一点，这仅限于自然生态系统。人工生态系统的能量还包括人为提供 的。 师 那么玉米被母鸡吃掉以后，玉米中的能量到哪去了？ 生 应该转化成母鸡自身组成物质中的能
9、量了。 师 很好，但是有没有能量散失掉呢？ 生 有，玉米呼吸作用要散失一部分热能。 师 非常正确，这里还要补充一点，还有一部分能量流入到分解者体内。 师 一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命和生态系统。生 态系统的能量流动就是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 师 那么， “问题探讨” 中的讨论应该如何回答呢？可以参照刚才大家回答的问题。 （学生讨论） 师 谁来回答一下，并说明你选择的理由？ 生 1 选 2，因为除了玉米、母鸡，我们还可以吃到鸡蛋。 生 2 选 1，因为如果拿玉米喂鸡的话，玉米中的能量要流失掉一部分。 生 3 选 1 和选 2 都不对，我认
10、为先吃鸡，同时播种玉米，等玉米植株成熟，结出玉米吃 玉米。 师 大家说，谁的正确？ 生 生 2。 师 确实是选 1。那生 1 的错误在哪里呢？ 生 鸡蛋中的能量也来自于母鸡，能量不会无故增加。 师 很好，那生 3 呢？ 生 他没考虑到岛上没有任何食物，等玉米长出来时，他早就饿死了。所以肯定不行。 师 不错，这点忽略了。但他的想法值得鼓励，如果条件允许，这个做法确实不错。最后 我来说明一下。 师 生命活动离不开能量，生物需要不断从外界获取能量才能维持生存；在生物获得的能 量中只有一部分储存于生物体内；由于能量沿食物链流动过程中要散失掉一部分，因而能 量相同的食物，动物性食品比例越高，意味着消耗的
11、总能量越多。 师 等我们学习完了这节知识，你就会更加清楚地理解选 1 的理由了。那么，下面我们就 来学习本节的主要内容能量流动的过程和特点。我们先来学习能量流动的过程。大家 想想我们应该怎样来研究生态系统的能量流动呢？ 提示：能量流动的渠道是食物链和食物网。 生 1 以食物链为主线来研究生态系统的能量流动。 生 2 以系统科学的方法来研究生态系统的能量流动，也就是把相同营养结构的生物看作 一个整体来研究。 师 非常好。下面我们先来看一下课本 93 页的能量流动的分析。 能量流动的分析：能量流经一个种群的情况可以用图 522 表示如下： 图 5-2-2 如果将这个种群作为一个整体来研究，则左图可
12、以简化成右图形式，从中可以看出分 析能量流动的基本思路。 师 从图中很清楚地可以看出能量流经一个个体或种群时的变化。在生态系统中，生物种 类繁多，大家认为哪个研究起来更简单？ 生 以种群为单位研究。 师 是的。研究能量流动可以在个体水平上，也可以在群体水平上。研究生态系统中能量 流动一般在群体水平上，这种将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。 师 能量流动过程的分析第一个要点是在群体水平上研究，我们知道了。那么接下来，第 二个要点就是刚才大家所回答的，以食物链为主线来研究。现在请大家思考：在群体水平 上画出食物链，并思考其中能量的流动过程。大家可以参照书本 94 页的内容。 （学
13、生看书，讨论） 师 谁来画一下？ 生 图 5-2-3 师 不错。他不但画出了食物链，而且还表明了能量的流动情况。下面，问大家几个问题， 请思考。 课件展示： 1.能量是怎样输入生态系统的？ 2.能量流动的渠道是什么？ 3.能量是如何散失的？ 4.能量是如何进入分解者体内的？ 5.初级消费者粪便中的能量包括在初级消费者同化的能量中吗？为什么？ 6.初级消费者同化的能量有哪几个去向？ 生 1 通过生产者的光合作用固定太阳能。 师 （提示）还有很少数是通过细菌的化能合成作用固定的化学能。 生 2 食物链和食物网。 生 3 通过呼吸作用散失。 生 4 通过粪便、遗体残骸等形式。 生 5 不包括。因为粪
14、便是没有被消费者吸收的食物残渣。而同化的能量是指被吸收后， 储存在消费者自身组成物质中的能量。 师 这一点大家特别要注意，也就是说初级消费者摄入的能量不等于其同化的能量。 生 6 3 个去向。 （1）呼吸作用散失。 （2）被分解者利用。 （3）被下一个营养级摄食。 师 大家回答得非常好。下面我来总结一下。 师 几乎所有生态系统的能量源头是太阳能。植物通过光合作用，把 1%太阳光能固定下 来，这是生态系统繁荣的基础。输入第一营养级的能量，一部分在生产者的呼吸作用中以 热能的形式散失掉；一部分用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，储存在植物体的 有机物中。构成植物体有机物中的能量，一部分随枯枝败
15、叶等被分解者分解而释放出来； 另一部分则被初级消费者摄入体内，这样，能量就流入了第二营养级。能量流入第二营养 级后的变化，刚才我们已经讨论过了，能量在第三、四营养级的变化，与第二营养级大致 相同。 师 课本的图 57 简洁地说明了能量流动的过程。简单说就是，一个营养级所同化的能量= 呼吸散失的能量+被分解者利用的能量+被下一个营养级摄入的能量。 师 这个公式是不是可以应用于所有营养级？ 生 不是。最高营养级能量的去向只有两个：一是呼吸散失的能量；二是被分解者利用的 能量。 师 很好。那下面我来设计一张图，可以很细致地描绘出能量在种群之间的流动情况。 课件展示： 研究能量在沿着食物链从一个种群流
16、动到另一种群时，需要考虑能量被利用和未被利 用等多方面的能量值，以某动物种群捕食种群 A 为例，看下列“能量流动的分析”过程： 能量流动的分析 师 （补充） 1.被捕食的是没有被下一个营养级摄食，仍旧以上一个营养级的形式存在的。 2.未食入的是指没有被摄食进去的，如食物的碎屑，动物的骨头、毛发等，植物的秸秆等。 其会被分解者利用。 3.未同化的是指粪便，其会被分解者利用。 4.从这里可以看出，其实在自然界中，对一个种群来说，其同化的能量去向还包括未被捕 食的，也可以说是未利用的。 师 现在，相信大家对生态系统中的能量流动的过程应该十分清楚了。最后我还要强调一 下，大家不但要知道每一个营养级所同
17、化能量的去向，而且还应该对每一个营养级能量的 摄入、同化、散失等过程非常清楚。 师 下面大家看一下课本 94 页“思考与讨论”。根据能量流动的过程和食物链上营养级的关 系思考一下，可以相互讨论。 师 谁来回答一下第 1 题？ 生 遵循。因为对于整个生态系统来说，输入的能量=散失的能量+储存的能量。 师 是的。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体有机物）中， 而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和与流入生态系统的能量相等。 图 5-2-4 师 那第 2 题呢？ 生 不能。我认为根据食物链中的捕食关系，能量的流动应该是单向的。而且通过呼吸作 用散失的热能，也不可能再被生
18、产者重新利用。 师 很好。能量流动的特点之一，就是单向流动，它不能循环利用。能量在生态系统中的 流动，很大部分被各个营养级的生物利用，通过呼吸作用以热的形式散失。散失到空间的 热能不能再回到生态系统参与流动，因为至今尚未发现以热能作为能源合成有机物的生物。 师 那么能量流动还有什么特点呢？我们接着看。能量在生态系统中是如何流动的，这是 许多生态学家关注的问题。而对此问题的回答，仅仅作定性的阐释是不够的，必须基于科 学实验，用实验数据来说明问题。下面就是美国科学家林德曼对一个结构相对简单的天然 湖泊赛达伯格湖的能量流动的定量分析。 挂图： 图 5-2-5 赛达伯格湖的能量流动图解 图中数字为能量
19、数值，单位是 J/（cm 2a） （焦每平方厘米年） 。图中“未固定”是指未被 固定的太阳能， “未利用” 是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的 能量。为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个营养级 师 请大家仔细观察图 525，并认真思考课本 95 页“资料分析”中的问题。资料分析中的 “流出”该营养级的能量就是指流入下一个营养级的能量。 师 数据能很好地说明问题。在这里大家要重视生物学中对数据的整理、处理和分析，以 及数据在说明生物学现象和规律的过程中的重要性。数据在孟德尔遗传规律的发现中的作 用我们已经学习过了。 师 第（1）题和第（2）题谁来写一下？ 生 营养级
20、流入能量 流出能量（输入后一 个营养级） 出入比 生产者 464.6 62.8 13.52% 植食性动物 62.8 12.6 20.06% 肉食性动物 12.6 分解者 14.6 师 很好。但有一个小错误，分解者不属于营养级。这点大家一定要注意。大家看一 下在相邻的两个营养级之间，能量传递效率是多少？ 生 13.52%和 20.06%。 师 也就是说，输入到一个营养级的能量不可能 100%传递到下一个营养级，能量在食物 链流动的过程中是逐级减少的。一般来说，相邻的两个营养级之间，能量传递效率是 10%20%。这就是能量流动的一个特点：逐级递减。 师 第 3 个问题呢？ 生 流入某一营养级的能量
21、除了流向下一个营养级，还有以下去向：一部分通过该营养级 的呼吸作用散失了；一部分作为排出物、遗体或残枝败叶不能进入下一营养级，而为分解 者所利用；还有一部分未能进入（未被捕食或未利用）下一营养级。所以，流入某一营养 级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。 师 很好。那我来问几个问题：1.对某一营养级输入的能量和输出的能量有什么关系？用 数据说明。2.图中所有的箭头全部都是单向的，说明了什么问题？ 生 1 相等。 营养级 输入能量 输出能量（包括所有去向） 生产者 464.6 62.8+12.5+293+96.3=464.6 植食性动物 62.8 12.6+2.1+18.8+29.3=62.8
22、 肉食性动物 12.6 7.5+5.0+微量 =12.6 师 是的。这很好地说明能量流动符合能量守恒定律。 生 2 说明了能量流动是单向的，不可逆转，也不可循环流动。 师 很好。这就是能量流动的另一个特点单向流动。比如狼可以吃兔子，获得兔子的 能量，但兔子不能吃狼，获得狼的能量。在食物链中，能量只能从低营养级向高营养级流 动。 师 第 4 个问题总结的规律就是：生态系统中能量流动是单向的；能量在流动过程中 逐级递减。 师 下面我们观看一段视频，可以让大家更形象地了解生态系统的能量流动。看的时候， 大家思考我们可以构建一个什么样的模型来更加直观地体现能量流动的特点。参照书本图 59。 多媒体播放
23、视频：草原生态系统的食物链以及能量流动。 （学生观看，思索） 师 好，视频片段很清楚地说明了生态系统的能量流动的过程和特点，那谁来构建模型？ 生 1 能量金字塔。 图 526 师 不错。可以看出能量的流动是逐级递减的，大家看书 96 页和图 59，并思考图 59 下面 的问题。 师 能量金字塔比较直观地体现了能量流动的特点，金字塔越高，塔尖部分就越小，也就 意味着能量越少。所以食物链的营养级一般不超过 45 级，因为能量太少就无法维持生物 的生存了。那下面的问题谁来回答？ 生 2 数量金字塔。一般也是金字塔形，但有例外。 图 5-2-7 师 很好。这就是数量金字塔（用生物个体数量表示）或生物量
24、金字塔（用生物的质 量表示） 。一般是金字塔形，有时候会出现倒置的塔形。例如,在海洋生态系统中,由于生产 者(浮游植物) 的个体小,寿命短,又会不断地被浮游动物吃掉 ,所以某一时刻调查到的浮游植物 的生物量(用质量来表示),可能低于浮游动物的生物量(用质量来表示),这时生物量金字塔的 塔形就颠倒过来了。当然,这不是说流过生产者这一环节的能量要比流过消费者这一环节的 能量少。事实上,一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。与此同理,成千 上万只昆虫生活在一株大树上时,该数量金字塔的塔形也会发生倒置。 师 能量金字塔永远是正金字塔形；数量或生物量金字塔一般为正金字塔形，少数情况也 可倒置。 课堂小结 师 好了，现在生态系统能量流动的过程和特点我们都清楚了。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。能量是一切生命活动的动力， 是生态系统存在的基础。能量流动维持各个营养级的生命和繁衍，使得一个生态系统得以 存在和发展。现在我们可以再看一下书本开头的问题探讨，这时就不难得出选 1 的答案了。 从这里也可以看出，研究能量流动可以帮我们更好地利用能量，有时还可以挽救生命呢。 可见，研究能量流动的实践意义是非常重要的。那这部分的内容下节课再讨论。
