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生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性
一、教學(xué)目標(biāo)的確定
課程標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)為“分析生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的基本規(guī)律及其應(yīng)用”，屬應(yīng)用水平，即學(xué)生應(yīng)能夠?qū)⒛芰苛鲃?dòng)的基本規(guī)律運(yùn)用于新的情境中，解決實(shí)際問(wèn)題。為了達(dá)成這一目標(biāo)，首先應(yīng)當(dāng)使學(xué)生把握能量流動(dòng)的過(guò)程及其特點(diǎn)，懂得研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的一些基本方法；其次，結(jié)合具體的實(shí)例，讓學(xué)生得出能量流動(dòng)的基本規(guī)律。
由此，本節(jié)教學(xué)目標(biāo)確定為：
1.分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過(guò)程和特點(diǎn)。
2.概述研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義。
3.嘗試調(diào)查農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)情況。
其中，生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過(guò)程和特點(diǎn)為本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。
二、思路
“能量”是科學(xué)教育中的核心概念，高中學(xué)生已逐步建立了能量、能量傳遞、能量守恒等一些基本概念；在生物學(xué)中，學(xué)生已學(xué)習(xí)了“儲(chǔ)存能量的物質(zhì)”、“能量代謝”等內(nèi)容，這些都是理解本節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)，在教學(xué)中要緊緊依托這些知識(shí)。
本節(jié)的引入可以參考以下兩種思路：
（1）直接從教材中“問(wèn)題探討”提供的素材引入；
（2）從復(fù)習(xí)生物體如何攝取能量、儲(chǔ)存能量、利用能量等相關(guān)知識(shí)入手。
前者，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，建立能量在食物鏈中流動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)。然后，引導(dǎo)學(xué)生理解能量流動(dòng)的概念，用“問(wèn)題探討”的素材展開(kāi)能量流動(dòng)的過(guò)程的學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)能量流動(dòng)的特點(diǎn)之前，討論能量流動(dòng)的分析方法，再以林德曼的研究為資料進(jìn)行分析。最后，通過(guò)“思考與討論”，探討研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義。后者，可以喚起學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，在已有的知識(shí)基礎(chǔ)上建構(gòu)“能量流動(dòng)”的概念，并學(xué)習(xí)“能量流動(dòng)的分析方法”。
在教學(xué)中，要重視對(duì)學(xué)生“分析和處理數(shù)據(jù)”技能的訓(xùn)練，讓學(xué)生體驗(yàn)整理數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，以及用數(shù)據(jù)說(shuō)明生物學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律的過(guò)程。有條件的學(xué)校，可選擇當(dāng)?shù)赜写硇缘牡貐^(qū)，在課后進(jìn)行“調(diào)查當(dāng)?shù)剞r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)情況”。對(duì)于城市中的學(xué)校，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)做這方面的調(diào)查；也可以從城市居民的食譜、食品超市或商店的產(chǎn)品銷售情況等方面另定主題。通過(guò)調(diào)查，結(jié)合生活實(shí)際說(shuō)明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的能量流動(dòng)與人類的關(guān)系。
本節(jié)共2課時(shí)。現(xiàn)以第二種思路為例，具體說(shuō)明教學(xué)實(shí)施的程序。
三、教學(xué)實(shí)施的程序
學(xué)生活動(dòng)
教師的組織和引導(dǎo)
教學(xué)意圖
學(xué)生討論，畫(huà)出概念簡(jiǎn)圖，并進(jìn)行交流。
提出問(wèn)題：
1.在已學(xué)過(guò)的生物學(xué)知識(shí)中與能量相關(guān)的概念有哪些？
2.請(qǐng)用概念圖的形式，建立這些概念之間的聯(lián)系。
在學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)上建構(gòu)能量流動(dòng)概念。以圖的形式，聯(lián)系熟悉的'生物或自身在個(gè)體水平說(shuō)明能量流動(dòng)的途徑，進(jìn)而說(shuō)明在種群中能量流動(dòng)的途徑。
分析、組織討論：
1.就一個(gè)生物個(gè)體（如人）而言，能量是如何輸入、儲(chǔ)存和散失的？
2.如果考慮一個(gè)種群，我們?nèi)绾窝芯磕芰康妮斎搿?chǔ)存和散失？
小結(jié)：（見(jiàn)教學(xué)策略圖）。
認(rèn)識(shí)研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的方法。運(yùn)用研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的方法，分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過(guò)程，并進(jìn)行交流。生態(tài)系統(tǒng)存在著：生產(chǎn)者→初級(jí)消費(fèi)者→次級(jí)消費(fèi)者的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。提出問(wèn)題：（1）能量是怎樣輸入生態(tài)系統(tǒng)的？（2）能量流動(dòng)的渠道是什么？（3）能量流動(dòng)的過(guò)程是怎樣的？達(dá)成本節(jié)教學(xué)目標(biāo)。學(xué)習(xí)“思考與討論”的素材，并進(jìn)行交流。
小結(jié)：在生態(tài)系統(tǒng)中，能量的形式不斷轉(zhuǎn)換，如太陽(yáng)輻射能通過(guò)綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)存于有機(jī)物化學(xué)鍵中的化學(xué)能；動(dòng)物通過(guò)消耗自身體內(nèi)儲(chǔ)存的化學(xué)能變成爬、跳、飛、游的機(jī)械能。在這些過(guò)程中，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不會(huì)消滅，只能按嚴(yán)格的當(dāng)量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。因此，對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程，都可以根據(jù)熱力學(xué)第一定律進(jìn)行定量計(jì)算，并列出能量平衡表。
提示：能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動(dòng)，很大部分被各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物利用，通過(guò)呼吸作用以熱的形式散失。散失到空間的熱能不能再回到生態(tài)系統(tǒng)參與流動(dòng)。因?yàn)橹两裆形窗l(fā)現(xiàn)以熱能作為能源合成有機(jī)物的生物。
引入：賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)。
認(rèn)同能量守恒定律。學(xué)生閱讀，討論完成“資料分析”要求的內(nèi)容。
簡(jiǎn)介林德曼研究的背景，說(shuō)明定量研究的重要性，并指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解。
提出問(wèn)題：
1.請(qǐng)用表格的形式，將圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。例如，可以將每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的能量“流入”和“流出”整理成一份清單。
2.分析每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上能量的“流入”和“流出”是否平衡。
3.分析流到下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量占流入該營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的百分比。
4.流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，為什么不能百分之百地流到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？
5.通過(guò)以上分析，你能總結(jié)出什么規(guī)律？
小結(jié)：林德曼的研究發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)具有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)。
引出：能量金字塔。
這是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)，理解能量流動(dòng)的過(guò)程與特點(diǎn)。
學(xué)生討論，交流。
設(shè)計(jì)方案。
討論：“問(wèn)題探討”中的素材，引出“研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義”。
提出問(wèn)題：在我國(guó)農(nóng)村，很早以前就已有生態(tài)農(nóng)業(yè)的思想，“桑基魚(yú)塘”就是其中的一個(gè)例子。這種方法是：利用桑葉喂蠶，蠶沙（蠶糞）養(yǎng)魚(yú)，魚(yú)塘泥肥桑，在桑、蠶、魚(yú)之間形成了一個(gè)良性循環(huán)。隨著社會(huì)的發(fā)展，“桑基魚(yú)塘”也不斷改進(jìn)和完善。
請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)改進(jìn)“桑基魚(yú)塘”的方案，使能量更充分有效地得到利用。
嘗試將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用于新情境中，解決實(shí)際問(wèn)題，理解研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義。 總結(jié)：通過(guò)學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，我們知道生態(tài)系統(tǒng)必須不斷地從外界獲取能量。能量是一切生命活動(dòng)的動(dòng)力，是生態(tài)系統(tǒng)存在的基礎(chǔ)。能量流動(dòng)維持各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生命和繁衍，使得一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)得以存在和發(fā)展。
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