生態系統及其穩定性

生態系統及其穩定性

　　一、教學目標的確定

　　課程標準中相關內容標準為“分析生態系統中能量流動的基本規律及其應用”，屬應用水平，即學生應能夠將能量流動的基本規律運用於新的情境中，解決實際問題。為了達成這一目標，首先應當使學生把握能量流動的過程及其特點，懂得研究生態系統能量流動的一些基本方法；其次，結合具體的例項，讓學生得出能量流動的基本規律。

　　由此，本節教學目標確定為：

　　1.分析生態系統能量流動的過程和特點。

　　2.概述研究能量流動的實踐意義。

　　3.嘗試調查農田生態系統中的能量流動情況。

　　其中，生態系統能量流動的過程和特點為本節的教學重點和難點。

　　二、思路

　　“能量”是科學教育中的核心概念，高中學生已逐步建立了能量、能量傳遞、能量守恆等一些基本概念；在生物學中，學生已學習了“儲存能量的物質”、“能量代謝”等內容，這些都是理解本節內容的基礎，在教學中要緊緊依託這些知識。

　　本節的引入可以參考以下兩種思路：

　　（1）直接從教材中“問題探討”提供的素材引入；

　　（2）從複習生物體如何攝取能量、儲存能量、利用能量等相關知識入手。

　　前者，可以激發學生學習的興趣，建立能量在食物鏈中流動的感性認識。然後，引導學生理解能量流動的概念，用“問題探討”的素材展開能量流動的過程的學習。在學習能量流動的特點之前，討論能量流動的分析方法，再以林德曼的研究為資料進行分析。最後，透過“思考與討論”，探討研究能量流動的實踐意義。後者，可以喚起學生已有的知識經驗，在已有的知識基礎上建構“能量流動”的概念，並學習“能量流動的分析方法”。

　　在教學中，要重視對學生“分析和處理資料”技能的訓練，讓學生體驗整理資料、處理資料、分析資料，以及用資料說明生物學現象和規律的過程。有條件的學校，可選擇當地有代表性的地區，在課後進行“調查當地農田生態系統中的能量流動情況”。對於城市中的學校，可以透過網路做這方面的調查；也可以從城市居民的食譜、食品超市或商店的產品銷售情況等方面另定主題。透過調查，結合生活實際說明農業生產的能量流動與人類的關係。

　　本節共2課時。現以第二種思路為例，具體說明教學實施的程式。

　　三、教學實施的程式

　　學生活動

　　教師的組織和引導

　　教學意圖

　　學生討論，畫出概念簡圖，並進行交流。

　　提出問題：

　　1.在已學過的生物學知識中與能量相關的概念有哪些？

　　2.請用概念圖的形式，建立這些概念之間的聯絡。

　　在學生已有的知識基礎上建構能量流動概念。以圖的形式，聯絡熟悉的'生物或自身在個體水平說明能量流動的途徑，進而說明在種群中能量流動的途徑。

　　分析、組織討論：

　　1.就一個生物個體（如人）而言，能量是如何輸入、儲存和散失的？

　　2.如果考慮一個種群，我們如何研究能量的輸入、儲存和散失？

　　小結：（見教學策略圖）。

　　認識研究生態系統能量流動的方法。運用研究生態系統能量流動的方法，分析生態系統能量流動的過程，並進行交流。生態系統存在著：生產者→初級消費者→次級消費者的營養結構。提出問題：（1）能量是怎樣輸入生態系統的？（2）能量流動的渠道是什麼？（3）能量流動的過程是怎樣的？達成本節教學目標。學習“思考與討論”的素材，並進行交流。

　　小結：在生態系統中，能量的形式不斷轉換，如太陽輻射能透過綠色植物的光合作用轉變為儲存於有機物化學鍵中的化學能；動物透過消耗自身體內儲存的化學能變成爬、跳、飛、遊的機械能。在這些過程中，能量既不能憑空產生，也不會消滅，只能按嚴格的當量比例由一種形式轉變為另一種形式。因此，對於生態系統中的能量轉換和傳遞過程，都可以根據熱力學第一定律進行定量計算，並列出能量平衡表。

　　提示：能量在生態系統中的流動，很大部分被各個營養級的生物利用，透過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系統參與流動。因為至今尚未發現以熱能作為能源合成有機物的生物。

　　引入：賽達伯格湖的能量流動。

　　認同能量守恆定律。學生閱讀，討論完成“資料分析”要求的內容。

　　簡介林德曼研究的背景，說明定量研究的重要性，並指導學生閱讀教材中賽達伯格湖的能量流動圖解。

　　提出問題：

　　1.請用表格的形式，將圖中的資料進行整理。例如，可以將每一營養級上的能量“流入”和“流出”整理成一份清單。

　　2.分析每一營養級上能量的“流入”和“流出”是否平衡。

　　3.分析流到下一營養級的能量佔流入該營養級能量的百分比。

　　4.流入某一營養級的能量，為什麼不能百分之百地流到下一個營養級？

　　5.透過以上分析，你能總結出什麼規律？

　　小結：林德曼的研究發現生態系統的能量流動具有兩個明顯的特點。

　　引出：能量金字塔。

　　這是本節教學的重點與難點。引導學生透過自主學習，理解能量流動的過程與特點。

　　學生討論，交流。

　　設計方案。

　　討論：“問題探討”中的素材，引出“研究能量流動的實踐意義”。

　　提出問題：在我國農村，很早以前就已有生態農業的思想，“桑基魚塘”就是其中的一個例子。這種方法是：利用桑葉喂蠶，蠶沙（蠶糞）養魚，魚塘泥肥桑，在桑、蠶、魚之間形成了一個良性迴圈。隨著社會的發展，“桑基魚塘”也不斷改進和完善。

　　請你設計一個改進“桑基魚塘”的方案，使能量更充分有效地得到利用。

　　嘗試將所學知識運用於新情境中，解決實際問題，理解研究能量流動的實踐意義。 總結：透過學習生態系統的能量流動，我們知道生態系統必須不斷地從外界獲取能量。能量是一切生命活動的動力，是生態系統存在的基礎。能量流動維持各個營養級的生命和繁衍，使得一個生態系統得以存在和發展。