《生态系统的能量流动和物质循环》
重点、难点教学策略的交流
广州市第十三中学 麦桂芬
一、运用新课标理念：
1、面向全体学生的理念
2、提高学生生物科学素养的理念：
培养科学态度和科学的世界观
‚科学的思维方式：逻辑思维、辨证思维、求异思维、发散思维、批判思维等
ƒ学习和掌握生命科学知识和技能
„理解科学、技术、社会的关系（STS）：运用科学知识解决实际的、现实生活和社会生活中的问题
3、探究性学习的理念
二、教学目标：
（一）知识目标
1、使学生初步学会运用生态学的基本观点来认识生态系统中的能量流动、物质循环对生物界的重要性。
2、使学生了解生态系统的主要功能和名词概念以及能量流动与物质循环的特点。
3、使学生理解掌握能量流动和物质循环过程，以及它们在生态系统中的重要意义。
4、通过设计“草场放牧方案”，为学生（特别是X科）的后续学习打下基础。
（二）能力目标
1．通过电脑课件和课本的图（图解）的观察，培养提高学生的识图能力、观察和分析能力。
2．通过师生讨论交流、学生小组讨论与教师引导启发相结合，将知识化难为易，培养学生口头表达能力、相互合作能力以及培养学生发散思维和求异思维。
3．通过实例和结合课本上例子的分析总结，培养学生运用科学知识解决和分析实际问题等思维能力，从而培养理论联系实际的能力。
4．以生态系统中能量流动和物质循环与人类生存的关系为题撰写小论文，提高学生的综合能力。
（三）情感目标
通过生态系统功能的学习，使学生热爱大自然、保护生态环境，热爱祖国的美好山河，培养高尚的爱国主义情操。
三、教材重点、难点分析：
1、重点：
生态系统的能量流动过程及特点
能量是一切生态系统的动力，也是生态系统存在和发展的基础，生物圈中每一个完整的生态系统都是一个能量输入、传递和输出的系统，这是生态系统功能的一个重要体现；其重点知识是：能量流动的起点、流经生态系统的总能量、能量流动的途径和特点。这部分知识起着承上启下的作用，它与第三章新陈代谢（同化作用、异化作用、光合作用、呼吸作用等）有一定的联系，它又直接关系到物质循环和生态系统稳定性的学习。
研究能量流动过程和特点，一方面可巩固前面学习的食物链和食物网的知识，另一方面也为研究生态系统的目的——服务于人类自身（使能量流向对人类最有益的部分）打好基础。
指导学生分析生态系统能量流动过程和特点的过程，也就是培养学生分析综合和推理的思维能力的过程，同时，还渗透着物质运动和物质普遍联系的辨证观点，是渗透辨证唯物主义观点教育的极好素材。
‚碳循环过程
碳循环是生态系统物质循环的具体实例。物质循环是生态系统功能的另一个重要体现，学生可以运用学过的光合作用和呼吸作用等生物学知识来分析碳循环的具体过程；通过对碳循环过程的分析，可以理解生态系统物质循环的基本特征，也可为分析生态系统的能量流动和物质循环的区别与联系奠定基础。
在碳循环过程中，会涉及到一些亟待解决的现实问题，引导学生利用生态系统物质循环的原理，提出相应的解决方案。
碳循环过程包含了生态系统各个组成成分之间的物质联系，渗透着物质普遍联系的辨证观点，也是进行辨证唯物主义观点教育的极好素材。
2、难点
生态系统的能量流动具有单向性和逐级递减的原因
能量本身是一个抽象的概念，能量流动也是抽象的，而且各营养级中能量的来源和去路比较复杂，在学生原有的认知结构中，对于能量的认识不是很充分，对于能量流动的过程和特点更是生疏，因而成为认知上的难点。
教师引导学生分析时，应首先提示学生“能量是一切生态系统的动力”，“生态系统的存在和发展”也需能量，再引导学生分析生态系统的能量输入、传递和输出的过程。对于能量流动特点的分析，引导学生从具体的能量流动过程分析出抽象的能量流动的特点。组织学生分析必须有很好的切入点，采用设计合理的问题或提示分析的角度和方式引导学生分析能量流动的特点，是教师组织教学的难点。
‚生态系统的能量流动和物质循环的关系
物质的变化必然伴随能量的变化，物质和能量在各个营养级传递过程中均有递减的现象。不同的是，能量多数以热能的形式耗散在环境中，难以被生物体再度利用；而物质不论以有机物或是无机物的形式进入环境后，都可以重新回到生物群落中，被生物体再度利用，因此，“能量是流动的、物质是循环的”。
学习生态系统的能量流动和物质循环的关系，可渗透普遍联系的辨证观点、物质运动观点和生态系统是一个整体的观点的教育。
四、重点、难点的教学策略：
1、“能量流动的过程”：
问题情景：生态系统能量的源头是什么？怎样输入生态系统的？能量流动的渠道是什么？能量流动的过程是怎样的？
学生探索：阅读教材“能量流动的过程”部分，并思考讨论问题。
播放课件：生态系统中能量流动的图解
讨论回答：生态系统中能量的源头是太阳能。
引导启发：不是所有的太阳能都参与生态系统中的能量流动，必须是输入到生态系统的第一营养级的能量才能开始在生态系统中流动。
师生谈话：怎样输入？依赖于生产者的光合作用把太阳能转变成化学能。生产者固定的太阳能总量就是流经这个生态系统的总能量。
能量流动的主渠道是：食物链和食物网。
分组讨论：输入生态系统的能量是怎样流动的？或者说生产者固定的太阳能流向什么方向？
播放课件：生产者固定的太阳能、初级消费者同化的能量的能量流向示意图
（推荐一个同学归纳其中心内容，其他同学补充，老师点拨指导。）
引导启发：能量流动的过程：生产者固定的太阳能有三个去处：一部分被自身的生命活动消耗了，即通过细胞呼吸释放和生命活动利用了；储存在体内的能量一部分被初级消费者摄食同化流入下一营养级，没被初级消费者利用的枯枝落叶和初级消费者摄食未消化而排出的粪便中的这一部分被分解者释放出来。对于初级消费者所同化的能量，也是这三个去处。并且可以认为，一个营养级所同化的能量＝呼吸散失的能量十分解者释放的能量十被下一营养级同化的能量。但对于最高营养级的情况有所不同。
本部分的教学策略是先设计问题情景，让学生带着问题阅读教材，然后播放教师自己制作的直观性较强的“能量流动图解”和能量流经第一、第二营养级的示意图，使学生对“能量流动”从感性认识上升到理性上的认识，再通过学生小组讨论与教师引导启发相结合、师生谈话等教学方法，使学生对“能量流动的过程”有深刻的理解，突出体现新课标“面向全体学生、提高学生生物科学素养”的理念，培养学生的逻辑思维、辨证思维和发散思维。
2、“能量流动的特点”：
问题引入：为什么肉类食品的价格总比蔬菜价格高？
‚俗话说，“一山不能容二虎”，有没有道理？为什么？
引导探索：生态系统中能量流动有什么特点？形成这些特点的原因是什么？相邻两个营养级之间的能量传递效率是多少？
播放课件：美国生态学家林德曼“赛达伯格湖的能量流动图解”
学生分析：阅读教材，根据课本中提出的问题进行思考。
分组计算：流入每个营养级的能量占上一个营养级所同化的能量的百分率是多少？
‚一个营养级所同化的能量，是怎样分配的？
（每组推荐一个同学回答，其他同学补充，老师点拨指导。）
引导分析：对能量流动过程的定量分析，是研究能量流动规律的关键。在赛达伯格湖，第二营养级只获得第一营养级同化能量的13．5％，第三营养级只获得第二营养级同化能量的20％。
引导探索：能量在相邻两个营养级间的传递效率只有10％～20％，那么，其余80％～90％能量哪里去了？
共同分析：一个营养级同化的能量，不能百分之百流向下一个营养级。这是因为自身要呼吸消耗、生物遗体等被分解者利用释放等，这就决定了能量越流越少，即传递率为10％～20％。一条食物链的营养级一般不会超过五个营养级，因营养级上升一级，可利用的能量相应要减少80％～90％，能量到了第五个营养级时，可利用的能量往往少到不能维持其生存的程度了。
师生谈话：学生思考、回答前面引入的问题。
引导探索：生态系统的能量流动特点除了逐级递减还有什么特点？
引导启发：对于单向流动来讲，是指能量只能从前一营养级流向后一营养级，而不能反向流动，即从生产者→初级消费者→次级消费者→三级消费者→……。食物链各个营养级的顺序是不可逆的，而各个营养级的能量总是以呼吸散失热能，即能量必须源源不断地输入，又不断地散失。
反馈练习：（见附）第一、二题
课堂延伸：“设计草场放牧方案”，怎样判断一个草场上是不是过度放牧？
（课后质疑讨论、学生相互启迪、探究学习）
本难点的教学策略是从“问题引入”切入，紧扣现实生活中的问题，激发学生的求知欲望，先让学生自己寻找答案，再通过分组讨论计算、教师引导启发等教学手段，加深学生对“能量流动的特点”的理解；通过反馈练习及时巩固知识；通过课堂延伸，使学生相互交流总结，取长补短，以获取新的知识体系，以便更好地理解研究能量流动的意义；突出体现新课标“运用科学知识解决实际的、现实生活和社会生活中的问题”和“探究性学习”的理念，培养学生的辨证思维、求异思维、发散思维和批判思维；另外，为学生的后续学习打下基础。
3、碳的循环过程：
概念突破：生态系统物质循环概念中的物质是指什么、循环是指什么？概念中所说的生态系统指的是什么？
引导启发：概念中的物质不是指由C、H、O、N元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等生物体内所特有的物质。生态系统的物质循环是指组成生物体的基本元素在生物群落与无机环境之间的往返运动，正因为物质可以重复利用，所以物质是永恒的（物质不灭定律）。
播放课件：碳的循环图解（有缺项）
知识迁移：学生回答（缺项中）有关生理过程
引导探索：1、碳在无机环境中的存在形式是什么？碳在无机环境与生物群落之间以什么形式循环？碳进入生物群落的主要方式是什么？
2、碳在生物群落的存在形式、传递形式是什么？碳进入无机环境的方式是什么？
3、碳循环的范围怎样？
播放课件：光合作用和呼吸作用的反应式
学生讨论：光合作用过程和呼吸作用过程中碳的传递过程
（每组推荐一个同学回答，其他同学补充，老师点拨指导。）
师生归纳： 大气中的CO2进入生物群落，主要依赖于绿色植物的光合作用，使无机“C”变为有机“C”，再通过食物链进入动物和其他生物体中，因此从“C”的循环可见绿色植物是生态系统的基石；除此之外，还有化能合成作用的微生物也能把CO2合成为有机物。另外，生物群落中的有机“C”，通过呼吸作用和分解作用变成无机“C”回到大气中；还有一部分生物遗体没有被分解者分解，转变成为地下的石油和煤，暂时脱离循环，但一经开采燃烧，便可产生CO2返回碳循环。
引导探索：在碳循环中，森林生态系统是碳的主要吸收者。但近年来由于人类大量地采伐森林，再加上燃烧化石燃料以及环境污染，因而使大气中CO2的浓度明显增加，这种趋势如果继续发展下去世界的气候就可能发生剧烈变化，后果令人担忧。
课堂延伸：“温室效应”是怎样引起的？有什么危害？怎样解决？
（小组讨论，推荐同学回答）
本部分的教学策略是：从突破概念入手，通过设计有层次梯度的问题，把重点知识逐层剥离；通过知识迁移把新旧知识融会贯通，加深对“碳的循环”知识的理解；通过“课堂延伸”引导学生利用新知识去解决实际问题，学以致用；运用学生分组讨论、师生谈话和教师引导启发等教学方法，体现新课标“面向全体学生；提高学生生物科学素养；运用科学知识解决实际的、现实生活和社会生活中的问题”的理念，并展开科学、技术、社会的关系（STS）教育。
4、生态系统的能量流动和物质循环的关系：
播放课件：“能量流动和物质循环的关系”图解（有缺项）
师生谈话：完成缺项的内容
交流总结：能量流动和物质循环的因果关系
（推荐一个同学回答，其他同学补充，老师点拨指导。）
引导启发：生态系统的能量流动和物质循环都是通过食物链和食物网的渠道实现的，物质是能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动，而能量又作为动力，使物质能够不断地在生态系统和无机环境之间循环往复，两者密不可分。
但是，能量流动和物质循环又有本质上的区别：能量流经生态系统各个营养级时是逐级递减，而且流动是单向的、不是循环的，最终在环境中消失。物质循环是带有全球性的，在生物群落与无机环境间物质可以反复出现，反复利用，循环运动，不会消失。总之，能量流动与物质循环既有联系，又有区别，是相辅相承、密不可分的统一整体。
课堂延伸：写小论文浅谈能量流动和物质循环与生物生存发展的关系。
（学生探究性学习，课外完成）
反馈练习：（见附）第三题
本难点的教学策略是教师先设计好“能量流动和物质循环的关系”图解，通过师生谈话完成“能量流动和物质循环”的知识比较，达到温故知新的作用；通过学生交流总结，使学生能够相互取长补短，获取新的知识体系，以便深入理解“能量流动和物质循环的统一关系”；通过课后写小论文，使学生扩展知识体系和进行后续学习，突出体现新课标“提高学生生物科学素养”和“探究性学习”理念，培养学生的科学态度和科学的世界观。
附：反馈练习：
1．下图是草原生态系统中的一条食物链及能量流动图解，回答问题。
①图中D表示______。
②能量在逐级递减中，传递率按20％计算，若狐获得的能量是8千焦，传递给狼的能量为______千焦，狼获得的能量中，草应供给这条食物链的能量为______千焦。
③图中各营养级通过A______作用被消耗，通过B______利用，而B又通过C______被消耗。
（答案：①太阳能；②1.6 200；③呼吸 分解者 呼吸作用）
2．识图作答：下图表示生态系统的能量流动，请据图回答，
（1）将A、B、C、D各营养级的名称依次写在图中：
A．______B．______C．______D．______
（2）图中a1代表______。
（3）图中a2代表______。
（4）a3＜a2的原因是______。
（5）从生态系统能量传递效率上看，一个营养级的能量，流到下一个营养级只有______。因此，一个食物链一般不能超过______。
答案：（1）生产者、初级消费者、次级消费者、三级消费者；（2）生产者所固定的太阳能；（3）从第一营养级流动到第二营养级的能量；（4）初级消费者呼吸作用消耗了大部分的能量，只有10％-20％的能量传递给次级消费者，所以a3＜a2；（5）10％－20％，五个营养级。
3．识图作答：
（1）写出①②③④的生理过程及⑤产生CO2的方式。
①____②____③____
④____⑤____
（2）碳在无机环境与生物群落之间以____形式进行循环。
（3）碳循环中最简单的循环途径是在____和大气之间的循环。
答案：
（1）光合作用、呼吸作用、微生物分解作用、呼吸作用、燃烧。
（2）CO2
（3）绿色植物