学历案在高中生物教学的应用

——生态系统的能量流动教学设计

一．设计理念

传统的“教案”过于关注“教师教什么、怎么教”，新课改后，为了凸显学生主体，“学案”应运而生，转向关注“学生学什么、怎么学”，后者较之前者，既是一种突破，也是一种超越。然而两种方案设计都忽视或弱化了对“学生学得怎么样”以及“是否学会”的关注。“学历案”则有效规避了这一点，将教学各要素联动一致起来指导学生“学什么”“怎么学”以及“是否学会”，力求让学生学习的动态需求得到及时有效的评测与满足，以此帮助学生更好地实现“在学习”，经历“真学习”

运用学历案教学，学生课前就知道了自己的学习任务，目标明确，认真预习，并能与同伴积极讨论，探究。学案课堂，课前师生就有了准备，课堂变成了学生的舞台，真正成为了教师观察学生，了解学生，评价学生，引导学生的场所。以下是笔者在参阅大量资料并认真学习课标，研究教材，分析学生等的前提下，把学生所要掌握的知识和要培养的能力及情感，设计成有效问题的形式进行导学，所有内容均强调“面向全体学生”

二、教材分析

本节内容是人教版必修3第五章第二节内容

1．知识地位分析

（1）在章节中该内容（生态系统的能量流动）与生态系统的物质循环和生态系统的信息传递共同组成生态系统的三大功能。

该知识以生态系统的结构为基础，它又是生态系统的稳定性的基础。另外，物质循环与能量流动二者本身又是密不可分的同一过程中的两个方面，生态系统的各种组成，正是通过物质循环和能量流动紧密联系在一起，形成一个核的整体。

（2）在整个模块（稳态与环境）中，生态系统稳态的维持和人及高等动物涉及的稳态的维持是有差别的。人和高等动物生命活动的稳态需要与外界不停地进行物质交换，外界环境要提供物质保障；而生态系统稳态维持需要外界提供稳定的能量供应，需要的是能源保障。

从整体上看，生态系统是高层次的生命系统，前面学习的是个体生命系统，生态系统的维持要以个体生命系统的维持为基础，所以研究生态系统的能量流动要以研究个体能量利用为基础开始对群体进行研究。

另外，该内容也是理解生态环境保护的基础。

（3）在整个学科中，该内容以细胞的代谢为基础，它又是选修内容生态工程的基础。

（4）从难易上，该知识在整个必修3中属于重难点内容，学习时涉及到过程分析，理解上的困难。

2. 教材知识体系 。（教材按顺序依次进解了如下内容）

（1）问题探讨，引出与能量相关的话题。

（2）拿出概念，并提出本节聚焦：①怎样研究生态系统的能量流动？②生态系统中能量流动有什么特点？③什么是能量金字塔？这是本节学习中应重点突破的核心问题。

（3）能量流动的分析（介绍研究方法，从个体入手分析，抽象出一个从群体上研究的模式。）

（4）能量流动的过程：

①光能输入第一营养级，说明了生态系统中的能量来源，也有助于我们理解什么是流经生态系统的总能量。

②图示形式重点说明了第二营养级（初级消费者）中能量的来源和去向，既一目了然地说明了生态系统中能量在各营养级的变化，又避免了文字上的重复，同时更有利于发展学生的思维能力。

③概括生态系统的流动过程，图5、7图文并茂讲解，使我们对能量流动有一个规律性的把握。

（5）通过“思考与讨论”引出能量流动的特点上的研究。

教材紧接着以美国生态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进行了定量分析，得出的图示数据为例，要求学生通过总结得出能量流动的特点：a.单向流动；b.逐级递减，传递效率10%~20%。

再按照各营养级能量情况绘制出能量金字塔，使学生对能量流动的特点有一个更直观的理解。

（6）研究能量流动的实践意义。

先以桑甚鱼塘为例，引发学生对现实问题的思考。并说明能量流动的研究，可以帮助人们科学规划，设计人工生态系统使能量得到最有效的利用。然后又以事实说话，列举了“草原生态系统”和“农田生态系统”中能量流动的变化情况。旨在提示人们在开发利用能源的同时，一定要遵循生态规律，坚持可持续发展的原则。较学时生态系统观点渗透得自然，注重态系道德教育与培养。

（7）“调查”与“技能训练”。

（8）课后练习。

三、学情分析

本内容综合分析多，该方面的基础知识以前涉及极少，所以学生较难掌握。在讲解该内容时，关键在于从实际出发，合理地导入该知识，然后循序渐进，条理清晰地分析好能量流动的过程，把过程学通了，关于能量流动的特点及研究意义，使可迎刃而解。

四、 学习目标 

（一）知识与技能：

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.掌握能量金字塔和数量金字塔模型的建构。

（二）过程与方法：

1.通过分析能量流动的示意图，掌握能量流动的过程。

2.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。

3.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。

4.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。

（三）情感、态度与价值观：

1.享受自主思考总结获取知识的快乐；享受集体合作讨论探究的快乐。

2.关注农业的发展和生态农业的建设，关注社会问题引起对人类社会生存和发展的关注，潜移默化地发现自己有一种社会责任感。

五、学习重点和难点

 1 重点：生态系统中能量流动的过程和特点。

2 难点：生态系统中能量流动的特点及形成原因

六、教学策略和方法

1策略上：（1）分解目标（2）情境导入（3）学生讨论合作尝试生成知识、展示成果（4）合理利用PPT课件

2方法上：访谈法、学生合作探究展示、适时讲解、讲练结合

七、教学流程

 

八、教学内容

 （一）、 自学提炼，梳理要点

生态系统中能量流动的概念和作用

 1．概念：生态系统中能量的 输入 ， 传递 和 散失 的过程，称为生态系统中的能量流动。

 2．作用：在生态系统中，各营养级的生物都需要能量，能量是维持生态系统稳态的 动力 。

 生态系统中能量流动的过程和特点

 1．生态系统中能量流动的过程（对赛达伯格湖内各营养级之间能量流动的定量分析）

 ① 生态系统的能量来源于 太阳能 。在单位时间内输入生态系统的总能量即是该生态系统中全部生产者在单位时间内所固定的太阳能总量。

 ② 能量输入：生态系统中能量流动的起点是 生产者 （主要是植物）通过 光合作用        固定的太阳能开始的。能量流动的渠道是 食物链 和 食物网 。

 ③ 能量传递：生态系统能量流动中，能量以太阳光能→生物体内有机物中的化学能→热能散失的形式变化。能量在食物链的各营养级中以有机物（食物）中化学能的形式流动。

 ④ 能量散失：生态系统能量流动中能量散失的主要途径是通过食物链中各营养级生物本身的细胞呼吸及分解者的细胞呼吸，主要以 热量 的形式散失。

 2．生态系统中能量流动的特点：具有 单向流动 和 逐级递减 的特点。

 研究生态系统中能量流动规律的目的

 为了调整 能量流动的关系 ，提高生态系统的 能量利用效率 ，使其朝向 对人类有益的方向进行。

（二）互动展示，解难释疑

新课引入：我们先来做个游戏。

【PPT】假设你像鲁滨逊那样流落在不毛的荒岛上，只有15Kg玉米和一只母鸡可以食用，那么使自己活的最长的办法是：

1.先吃鸡，然后吃玉米。

2.先吃玉米，同时用部分玉米喂鸡，吃鸡生产的蛋，最后再吃鸡。

学生：做出选择。

教师：我们共同来看看鲁滨逊的选择是——先吃鸡，后吃玉米。

【PPT】母鸡提出抗议。

教师：对于母鸡的抗议，我们是可以理解的。我们必须给母鸡一个合理的解释，消除母鸡的不满情绪，这就得用到我们这节课的内容“生态系统能量流动的特点”。

新课内容：

老师：之前我们对能量流动过程的分析，使我们对能量流动有了定性的认识。下面我们通过赛达伯格湖的学习，对生态系统的能量流动进行定量的分析。

【PPT—动画演示赛达伯格湖的能量流动】

老师：仔细观察赛达伯格湖的能量流动图解，请将图中的数据进行整理，完成学案中的表格。

营养级	流入 能量	输入下一营 养级的能量	呼吸作用 散失	分解者分解 （呼吸散失）	未利用	能量传递 效率
生产者
植食性动物
肉食性动物

教师：下面同学们思考这几个问题：

1、能量传递效率如何计算？

2、表格中各营养级能量传递效率是多少？

3、随着食物链的延伸，能量在各营养级的含量上有什么特点？

学生分组展开讨论，说出自己的认识。

教师引导、总结：

1、能量传递效率=输入到后一营养级的能量（同化量）/本营养级的能量（同化量）

2、分别是13.5%和20%。能量在两个营养级之间传递效率一般为10%--20%。

3、能量逐级递减。每个营养级的数字和箭头面积逐渐减小。

学生思考：

4、能量在两个营养级之间传递效率一般为10%--20%。为什么某一营养级的能量不能百分之百地流到下一个营养级？

总结：

①各营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量

②各营养级总有一部分生物的能量未被下一个营养级的生物所利用

③各营养级的尸体、粪便等流入到分解者被利用

教师：由此我们可以得出生态系统的能量流动的一个特点是什么？

学生：能量流动有逐级递减的特点。

【P PT】生态系统能量流动的特点一：逐级递减。

教师：生态系统内生物之间的吃与被吃的关系能不能逆转？能量传递的方向能不能逆转？

学生：不能。

教师总结：生态系统内生物之间的吃与被吃的关系是不能逆转的，因而能量传递的方向也是不可逆转的；同时，各生物成分通过呼吸作用将有机物的化学能转化为热能散失，这部分散失的能量是不能被生物重新利用的。

【PPT】生态系统能量流动的特点二：单向流动

【PPT】生态系统能量流动两大特点是：单向流动逐级递减（能量传递效率为10%--20%）

教师：对于能量流动的特点进行了细致的学习，现在来检查我们对这部分知识掌握的情况。

（三）、检测反馈，及时纠正

 1．从生态学角度分析，生态系统中流动的能量最初来源于（    ）

 A．光合作用      B．高能化学键      C．绿色植物      D．太阳光能

2．下列关于生态系统中能量流动的描述错误的是（    ）

A．食物链和食物网是能量流动的渠道

B．食物链中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少

C．各营养级从低到高能量呈金字塔形

D．食物链越短，可供养的消费者越多

3．下列有关生态系统能量流动的叙述中，正确的是（    ）

A．一种蜣螂专以大象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20％

 B．当狼捕食兔子并同化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级

 C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落

 D．生态系统的能量是伴随物质而循环利用的

 4．一个完整的生态系统的结构应包括（    ）

 A．能量流动和物质循环             B．生物群落及其无机环境

 C．生态系统的成分、食物链和食物网 D．垂直结构和水平结构

 5．假设你流落在荒凉的孤岛上，只有少量玉米和鸡可以食用，那么使你自己活得最长的办法是（    ）

A．先吃鸡，然后吃玉米             B．先吃玉米，然后吃鸡

 C．用玉米喂鸡，然后吃鸡           D．用玉米喂鸡，先吃鸡蛋，然后再吃鸡

 答案：1D  2B  3C  4C  5A

（四）、小结：教师请大家利用已学知识，结合教材，讨论问题，得出结论。

 1．能量流动的过程

 ⑴ 能量流动的起始点是 生产者固定的太阳能开始 。

 ⑵ 流经一个生态系统的总能量是 生产者固定的太阳能总量 。

 从图4—9可以看出，流经赛达伯格湖的总能量为 464．6  J/（cm²﹒a）

 ⑶ 能量流动的渠道是 食物链和食物网 。

 2．每个营养级的能量来源和去路

 ⑴ 能量来源

 ①生产者的能量来自 固定的太阳能 。

 ②各级消费者的能量来自 上一个营养级 。

 ⑵ 能量去路。以植食性动物为例，其能量来自生产者，总能量为62．8 J/（cm²．a）。其能量去路为：

 ① 18．8 J/（cm²﹒a）的能量是细胞呼吸消耗的能量，其中一部分用于 生物代谢              活动，一部分以 热量的形式 散失。

 ② 12．6 J/（cm²﹒a）能量流入到 肉食性动物（下一个营养级） 。

 ③ 2．1 J/（cm²﹒a）能量为其尸体、粪便被  微生物 分解后释放出来。

 ④ 29．3能量是 未被利用 的部分。

 3．能量流动的特点

 ⑴单向流动

 单向流动是指 能量只能从前一个营养级流向后一个营养级，而不能反向流动 。

 单向流动的原因是：

 ① 食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果  。

 ② 各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能形式散失，这些能量是生物无法利用的 。

 ⑵逐级递减

 逐级递减是指 输入到一个营养级的能量不能百分之百地流入到下一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中逐级减少 。

 逐级递减的原因：

 ① 各营养级的生物都因呼吸消耗了绝大部分能量 。

 ② 各营养级总有一分生物未被下一营养级利用 。

4．“赛达伯格湖能量流动图解”中，生产者的总能量为 464．6 J/（cm²﹒a） ，植食性动物的总能量为 62．8 J/（cm²﹒a） ，肉食性动物的总能量为 12．6 J/（cm²﹒a）。由第一营养级到第二营养级的传递效率为 13．5% ，由第二营养级到第三营养级的传递效率为  20%  。

 生态系统中的能量流动规律可用“能量金字塔”表示。“能量金字塔”是指单位时间内各营养级所得到的能量数值，由低到高而绘制的图形，它表示在一个生态系统中营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。“能量金字塔”一般呈正金字塔，而数量金字塔可能会出现倒置现象。

 5．在农田生态系统中，从生态学角度看，如何提高农作物产量？为什么？

 ①清除杂草，使更多的能量流向农作物，因为杂草会和农作物竞争生存资源。

 ②防治病虫害，使农作物固定的能量更多地转化会产量，因为害虫以农作物为食，影响农作物的正常生长。

 6．从能量流动的角度讨论，如何理解“一山不能容二虎”？

 根据生态系统中能量流动逐级递减的特点，营养级越高，可利用的能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链（网）流经老虎的能量已减到很少的程度，因此，老虎的数量将是很少的，故“一山不能容二虎”。

 7．你能解释“虾米吃青泥”的“青泥”是什么和为什么“要使小生态球长时期保持原状，需要把它放到有适宜阳光的地方吗”？

 俗话讲，“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃青泥”，这是一条食物链，根据食物链的特点：生产者永远是第一营养级，可以判断“青泥”指的应是生产者，在这具体指的就是藻类。

十、教学反思：

 活动是新课程生物教学的一个重要侧重点。对于高二的学生来说，主要就是在激发他们对生物学的兴趣的同时，多让他们主动参与养成他们进行探究活动的程序习惯。在整个学习过程中，学生是学习的真正主人，积极参与课堂，大胆交流，努力尝试，主动得获取知识，加深了对知识的领悟，从而准确而牢固的掌握知识，最大限度的提高能力。