第三節(jié) 能量流動和物質(zhì)循環(huán)

1、第三節(jié) 能量流動和物質(zhì)循環(huán)(高二生物備課組)一、教學(xué)目標(biāo)1知識目標(biāo)（1）了解生態(tài)系統(tǒng)能量流動的狀況（C：理解）（2）理解能量流動的特點以及對生態(tài)系統(tǒng)的影響和意義（C：理解）（3）了解生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的狀況（C：理解）（4）了解水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)的途徑和對生態(tài)系統(tǒng)的影響（B：識記）2能力目標(biāo)（1）通過課外的分組實驗，提高學(xué)生的自主設(shè)計實驗?zāi)芰μ骄磕芰Α＃?）通過互聯(lián)網(wǎng)查詢獲得資料的能力。（3）課堂上的分組討論和實驗設(shè)計方案和結(jié)果的對比培養(yǎng)學(xué)生進行實驗評價和理論和實踐相結(jié)合的能力。（4）通過繪制流程圖訓(xùn)練對知識的歸納能力。3情感態(tài)度和價值觀（1）在實驗設(shè)計和研究中要具有實事求是和勇于探究的精神

2、。（2）在分工合作和相互評價過程中體驗合作精神。（3）通過學(xué)習(xí)人類活動對物質(zhì)循環(huán)的影響，滲透生態(tài)道德教育，培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境保護意識。二、教材分析1教材的地位、作用等分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能，生態(tài)系統(tǒng)的各成分之間通過能量流動和物質(zhì)循環(huán)緊密聯(lián)系在一起；同時，能量流動和物質(zhì)循環(huán)的狀態(tài)又和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有密切關(guān)系。學(xué)習(xí)能量流動和物質(zhì)循環(huán)的過程有利于我們了解生態(tài)系統(tǒng)各組成成分之間的關(guān)系，把握生態(tài)系統(tǒng)的總體特征。這是第六章的重點內(nèi)容，它不僅前面內(nèi)容的歸納和總結(jié)，還有利于我們理解生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的形成和基本特征。2教學(xué)重、難點分析教學(xué)重點：物質(zhì)循環(huán)和能量流動的特點。 教學(xué)難點：從實驗的

3、過程探索物質(zhì)循環(huán)和能量流動的特點。建議課時 2課時。第1課時：能量流動和物質(zhì)循環(huán)特點。第2課時：水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)三、學(xué)情分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)的特點以及水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)的過程學(xué)生在高中地理中已經(jīng)有所涉及，對基本內(nèi)容不難理解。但是，學(xué)生學(xué)到的基本上是一些結(jié)論性的知識，對于知識的獲得的研究過程和所學(xué)知識和實際生態(tài)現(xiàn)象的聯(lián)系等都不是十分清楚。本課時教學(xué)的目的，一方面要讓學(xué)生了解相關(guān)的知識內(nèi)容，同時，通過簡單的實驗讓學(xué)生將書本知識和生態(tài)現(xiàn)象結(jié)合，加深理解并學(xué)會利用所學(xué)知識分析實際問題。四、教學(xué)設(shè)計1設(shè)計思路（1）指導(dǎo)學(xué)生進行實驗設(shè)計，探索維持一個生態(tài)系統(tǒng)正常運行的必要條件生態(tài)系統(tǒng)

4、的維持需要不斷有能量輸入，而生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)能夠自給自足并不斷反復(fù)利用，這種反復(fù)利應(yīng)該以生產(chǎn)者、消費者和分解者以及非生物環(huán)境的相互作用實現(xiàn)。但是通過實際觀察很難發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，而書上提供的研究實驗學(xué)生又不容易理解。所以可以通過讓學(xué)生制造一個簡單的生態(tài)系統(tǒng)來研究這一現(xiàn)象。通過要求學(xué)生設(shè)計利用最少的外界條件能夠維持穩(wěn)定的生態(tài)球，同時指導(dǎo)學(xué)生網(wǎng)上查詢生態(tài)球的制作技術(shù)，可以讓學(xué)生在操作中建立生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)可以自給自足和必須不斷依賴太陽能的感性認識。（2）通過各小組的實驗設(shè)計方案和實驗效果的對比，引導(dǎo)學(xué)生歸納出理論依據(jù)課堂上通過各小組實驗的設(shè)計方案和最終是否達到實驗預(yù)期的效果，評選出最簡單有效的方案，要求

5、學(xué)生解釋該方案的設(shè)計思路，教師評價并最后上升為理論：生態(tài)系統(tǒng)對能量和物質(zhì)的需求和能量流動和物質(zhì)循環(huán)的特點。（3）引導(dǎo)學(xué)生閱讀并利用系列預(yù)設(shè)問題，幫助學(xué)生總結(jié)規(guī)律并應(yīng)用規(guī)律分析問題通過實驗中的感性認識，學(xué)生不難理解能量流動的逐級遞減的原理和研究方法，引導(dǎo)學(xué)生閱讀書本能量流動和物質(zhì)循環(huán)的內(nèi)容，通過一些問題幫助學(xué)生提煉其中的要點，總結(jié)規(guī)律。并結(jié)合營養(yǎng)級中能量金字塔、生物量金字塔的知識和一些實際問題，幫助學(xué)生學(xué)會利用知識分析實際問題的方法。（4）指導(dǎo)學(xué)生繪制各種流程圖，幫助學(xué)生提煉知識要點能量流動和物質(zhì)循環(huán)的聯(lián)系；和水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)的過程書上均有圖解，但以示意圖方式雖然直觀，但是和物質(zhì)循環(huán)相關(guān)的

6、生理過程和有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)成分之間的關(guān)系不明確。讓學(xué)生根據(jù)示意圖畫出流程圖，可以簡化表達過程，明確物質(zhì)轉(zhuǎn)移途徑，再通過一些預(yù)設(shè)的問題讓學(xué)生分析與之相關(guān)的生態(tài)問題。在已有知識的基礎(chǔ)上，學(xué)生應(yīng)該較容易掌握。2教學(xué)過程教學(xué)程序教 學(xué) 過 程教學(xué)手段課前準(zhǔn)備【第一課時】1實驗評價和分析2能量流動的概念3研究能量流動的方法布置實驗：實驗在授課前10天左右布置。將全班分為4個實驗小組，各自選出小組長和組內(nèi)的發(fā)言人，教師布置研究課題：課題：制造一個能夠維持穩(wěn)定的生態(tài)球材料：直徑10cm的帶塞的廣口瓶，鯽魚育苗若干。要求：生態(tài)球內(nèi)部成分可以自行增加，但是一旦制成后，必須盡可能減少對外界的依賴性，并使瓶中的3條鯽魚

7、苗存活5天以上。以鯽魚苗是否存活和對外界條件的依賴程度作為評價指標(biāo)。每個小組推選一個發(fā)言人，要求說明生態(tài)球內(nèi)部成分設(shè)置；設(shè)置這些成分的目的和設(shè)置原理；為了維持該生態(tài)球運行，需要那些的外界條件；這些外界條件對維持生態(tài)球存在的作用；最后的效果。向?qū)W生提供一些資料或提供給學(xué)生一些關(guān)鍵詞：生態(tài)球、生態(tài)球制作、能量流動、物質(zhì)循環(huán)等，供學(xué)生上網(wǎng)查詢資料。 各小組的實驗設(shè)計方法直接影響課堂教學(xué)過程，所以教師必須經(jīng)常關(guān)注學(xué)生的實驗設(shè)計過程，有必要時可以采取一些引導(dǎo)（如生態(tài)球是否密閉，是否要額外喂食等），保證有比較好符合教師要求的實驗設(shè)計方案。實驗評價和答辯：學(xué)生活動各實驗小組將設(shè)計的生態(tài)球展示在講臺上，請每個

8、小組的發(fā)言人上臺介紹設(shè)計思路和效果。各小組討論后，4個組長投票，選出依賴外界條件最少并能夠使鯽魚苗存活5天以上的小組（預(yù)期該小組的設(shè)計應(yīng)該是以金魚藻等水生植物和鯽魚以及其它條件構(gòu)成，事先加入一些食物后密封，不需要其它外界條件）。 教師點評實驗設(shè)計的成功之處：（1）生態(tài)球內(nèi)含有生態(tài)系統(tǒng)中的各種成分：生產(chǎn)者、消費者、分解者而且比例恰當(dāng)：生產(chǎn)者的生物量多于消費者。（2）生態(tài)球完成后，完全密封，不需要補充任何外界的物質(zhì)，也能維持一段時間的穩(wěn)定。教師提問為什么生態(tài)球中一定要加一些植物？答：消費者、分解者的生存都要依賴生產(chǎn)者，鯽魚需要綠色植物為它的生存提供O2和有機物等生存條件。生態(tài)球是否能夠完全不依賴外

9、界條件而存在？答：不能，必須要光照條件。在黑暗中生態(tài)球不可能長期存在。太陽光對生態(tài)球中生態(tài)系統(tǒng)的維持有什么作用？答：提供光合作用的所需能量。光能不但是綠色植物光合作用所必需的，而且為生態(tài)系統(tǒng)中所有生物生命活動能量的根本來源。動物有氧呼吸要消耗大量的O2，為什么不需要向生態(tài)球定期補充O2？答：動物消耗O2產(chǎn)生同時會產(chǎn)生CO2，而綠色植物通過光合作用可以消耗CO2，產(chǎn)生O2，使水中的氣體含量達到平衡。生態(tài)系統(tǒng)中的各種物質(zhì)均可以通過這種方法重復(fù)利用而達到平衡。5生態(tài)系統(tǒng)的維持必然需要一定的物質(zhì)和能量條件。從生態(tài)球的情況可以看出，一個完善的生態(tài)系統(tǒng)的對物質(zhì)和能量的需求有生命特點？答：一個完善的生態(tài)系統(tǒng)

10、，不需要從外界從獲得任何物質(zhì)補充，但是必須不斷地從外界輸入能量才能維持其正常功能。為什么生態(tài)系統(tǒng)對能量和物質(zhì)的需求不同，這是由生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)循環(huán)的特點決定的。一生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動：1能量流動的概念：生態(tài)系統(tǒng)中，你呢改良不斷沿太陽植物植食動物肉食動物頂級肉食動物的方向流動，這就是生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動。能量流動和物質(zhì)循環(huán)的途徑均為食物鏈和食物網(wǎng)，在食物鏈上能量如何傳遞？展示林德曼對賽達伯格湖能量沿營養(yǎng)級流動的定量分析圖解，學(xué)生看圖，教師提出問題：各營養(yǎng)級獲得的能量有哪些去路？各條去路的比例如何？進行實驗討論交流教師點評師生交流4能量流動的規(guī)律5知識的遷移和應(yīng)用【第二課時】引入1水循環(huán)水

11、循環(huán)的過程水循環(huán)的意義水循環(huán)的狀況和問題2碳循環(huán)碳循環(huán)的過程碳循環(huán)的調(diào)節(jié)和特點碳循環(huán)失衡的原因和生態(tài)問題3氮循環(huán)氮循環(huán)過程氮循環(huán)失衡的原因4能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系能量在食物鏈上的流動有什么特點？為什么？2能量流動的特點：（1）各營養(yǎng)級獲得的能量一般有四條去路： 大多數(shù)能量未利用。其次，用于自身呼吸消耗，最終以熱能形式散失。再次，部分能量被下一個營養(yǎng)級的生物捕食，傳入下一個營養(yǎng)級。最后，少量能量隨尸體、枯枝落葉或獲排泄物傳遞給分解者。（2）能量流動是單向流動并逐級遞減的： 每個營養(yǎng)級只能將自身的部分能量傳遞給下一個營養(yǎng)級。能量從一個營養(yǎng)級傳遞給下一個營養(yǎng)級的傳遞效率一般只有10。 一大半能量都

12、在傳遞過程中損失了，最終以熱能形式散耗到周圍空間中，這種傳遞過程是不可逆的。生態(tài)系統(tǒng)要獲得能量必須不斷由生產(chǎn)者通過光合作用從太陽能中攝取，故生態(tài)系統(tǒng)必須不斷從外界輸入能量才能維持其正常功能。生態(tài)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)中有許多特點是手到能量流動的影響的，回憶生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，請回答有哪些特點和能量流動的單向流動和逐級遞減的特性有關(guān)？能量金字塔的結(jié)構(gòu)：一個生態(tài)系統(tǒng)中的能量狀況必然是生產(chǎn)者初級消費者次級消費者。一般越是處于食物鏈頂端的動物，數(shù)量就越少，能量也越少。生物量金字塔：單位面積中的某營養(yǎng)級生物的生物量和所含能量應(yīng)該成正比。一般和能量金字塔相符。1我國有句諺語稱“一山不容二虎”，這句話具有什么生態(tài)依據(jù)

13、？虎是頂級肉食動物，處于生態(tài)系統(tǒng)的最高營養(yǎng)級。植物固定的能量傳遞到虎的過程中大量損耗，所以必須有足夠多的植物才能養(yǎng)活一只虎。2在農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)中，如何提高人類對一個生態(tài)系統(tǒng)中初級生產(chǎn)量的利用效率？由于動物吃100g食物最多只能增加10g體重，營養(yǎng)級越高的動物，能量傳遞過程中的能量損耗越大，所以在生產(chǎn)中，應(yīng)該減少食物鏈的長度，盡可能以植物為食或用植物性飼料未央家畜。課后小節(jié)和布置作業(yè)?；貞浬瞎?jié)課的生態(tài)球?qū)嶒灥慕Y(jié)論：一個完善的生態(tài)系統(tǒng)，不需要從外界從獲得任何物質(zhì)補充，但是必須不斷地從外界輸入能量才能維持其正常功能。各種物質(zhì)如何被生態(tài)系統(tǒng)各成分利用，如何在生態(tài)系統(tǒng)中被傳遞？我們以生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)

14、、碳循環(huán)和氮循環(huán)為例，分析物質(zhì)循環(huán)過程。二生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)分別出示生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)示意圖或要求學(xué)生分析書上圖611、612、613，同時給出問題，學(xué)生分段自學(xué)書本110114頁內(nèi)容，小組討論，回答問題。1 水的全球循環(huán)：問題：（1）用流程圖概括水的循環(huán)過程，標(biāo)明水循環(huán)的途徑和方式。 （2）水循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)中有什么作用？ （3）目前全球和我國的水環(huán)境有哪些問題？（1）水循環(huán)的流程圖： 海洋水江湖水蒸發(fā)蒸發(fā)水蒸氣運輸降雨土壤水蒸發(fā)和蒸騰降雨地表和地下徑流（2）水循環(huán)的意義：水是組成生物體的重要成分體內(nèi)進行一切生化反應(yīng)都離不開水。 水循環(huán)攜帶大量化學(xué)物質(zhì)運動，對生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)成分在地

15、表的分布具有重要作用。（3）水循環(huán)的問題： 地球上可利用的淡水資源有限，分布不均，水質(zhì)污染嚴重。2碳的全球循環(huán)：問題：（1）用流程圖概括碳的循環(huán)過程，標(biāo)明碳循環(huán)的途徑和方式。 （2）大氣中的CO2含量受那些因素的調(diào)節(jié)？ （3）碳循環(huán)平衡破壞的主要原因和導(dǎo)致的生態(tài)問題是什么？（1）碳循環(huán)流程圖：大氣中CO2植物光合作用微生物捕食植食動物捕食肉食動物尸體、廢物尸體、廢物尸體、廢物呼吸作用轉(zhuǎn)化化石燃料燃燒呼吸作用（2）大氣中CO2含量的調(diào)節(jié)大氣中CO2含量的調(diào)節(jié)受植物光合作用和呼吸作用影響具有明顯的晝夜變化和季節(jié)變化海洋中溶解的CO2和大氣的CO2之間通過相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)相互平衡。（3）碳循環(huán)失衡的原因和生態(tài)問題：原因：大量能源消費導(dǎo)致CO2的排放量大于光合吸收量，使大氣中CO2濃度升高。主要危害：溫室效應(yīng)影響全球氣候和水循環(huán)的平衡等。3氮循環(huán)：問題：（1）用流程圖概括氮的循環(huán)過程，標(biāo)明氮循環(huán)的途徑和方式。 （2）導(dǎo)致氮循環(huán)失衡的主要原因是什么？（1）氮循環(huán)流程圖： 脫氮細菌大氣中的N2閃電固氮微生物NH3硝化細菌硝酸鹽植物動物吸收尸體、廢物捕食分解者硝酸鹽或銨鹽工業(yè)固氮（2