李遜

【考綱分析】

《生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動》是高中生物新課程（蘇教版）必修三第四章《生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)》第二節(jié)的教學(xué)內(nèi)容。新課程考試大綱對能量流動的過程、能量流動的特點及研究能量流動的意義的要求均為Ⅱ，即理解所列知識及其與相關(guān)知識之間的聯(lián)系和區(qū)別，能在較復(fù)雜的情境中綜合運用有關(guān)知識進行分析、判斷、推理和評價。從歷年高考考題分析，“能量流動”的內(nèi)容一直是生物高考的重點和難點，在每年高考考題中都占有較大比重，并常與生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、光合作用、呼吸作用等知識相結(jié)合，以圖表形式呈現(xiàn)，考查考生綜合應(yīng)用相關(guān)知識解決現(xiàn)實生產(chǎn)生活中的問題的能力，并側(cè)重考查能量的去路、能量流動的特點及能量傳遞的效率。

【復(fù)習(xí)要點】

1.能量流動的概念和過程

2.能量流動的特點

3.研究能量流動的實踐意義

【學(xué)情分析】

通過必修三新課的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本了解了能量流動的過程，有了一定的知識積累，但到第一輪復(fù)習(xí)的時候，因距離新課學(xué)習(xí)的時間較長，學(xué)生對這部分知識在一定程度上已有所遺忘，而且之前所掌握的也是彼此孤立的有關(guān)能量流動的知識點，不能將這里的能量流動與細胞代謝部分中所講的有關(guān)能量的知識聯(lián)系起來。因此，總的學(xué)情是相關(guān)知識零散且缺漏較多，對知識網(wǎng)絡(luò)缺乏建構(gòu)或建構(gòu)不完整。此外，由于能量流動的過程比較抽象，對于每一個營養(yǎng)級中能量的來源與去路的分析一向是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，而這部分知識又是本節(jié)課的重點和常考點，經(jīng)常以圖表或數(shù)據(jù)形式出現(xiàn)在考題中，學(xué)生在解題時對圖表的數(shù)據(jù)分析與轉(zhuǎn)換的能力本來就比較薄弱，計算營養(yǎng)級之間能量傳遞的效率更容易出錯。總之，作為重點、考點的《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動》內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)習(xí)的一大難點。

【課前準備】

在備課階段，我們集備小組一起分析考綱的有關(guān)要求和學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中所出現(xiàn)的問題以及在考試中的易錯點，然后對《生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動》這一部分知識進行了系統(tǒng)的梳理和整合，最終編寫出《能量流動（一輪復(fù)習(xí)）導(dǎo)學(xué)案》（具體內(nèi)容略）。該導(dǎo)學(xué)案共包含五項內(nèi)容：一是考綱要求，用以明確這部分教材的地位及考試要求;二是知識概覽，用以梳理章節(jié)知識，構(gòu)建相關(guān)的知識網(wǎng)絡(luò);三是判一判，用以檢測學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握情況;四是考點突破，旨在通過模型建構(gòu)，幫助學(xué)生建構(gòu)解題模板，理清解題思路，做到讓每一個考點都有問題導(dǎo)學(xué)，用以引導(dǎo)學(xué)生在已有知識基礎(chǔ)上主動去探究答案，進而完成導(dǎo)學(xué)案上對相關(guān)知識的總結(jié)歸納;五是高考真題，對學(xué)生進行針對性訓(xùn)練，幫助學(xué)生對學(xué)習(xí)效果進行自我檢測，旨在鞏固和提升其相關(guān)的解題能力。

通常我們會在上課前把“導(dǎo)學(xué)案”發(fā)放給學(xué)生自主填寫，引導(dǎo)學(xué)生對本節(jié)課的相關(guān)知識進行整理、歸納，自主建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，把握主干知識及規(guī)律，明確知識間的聯(lián)系，找出自己在之前的知識學(xué)習(xí)中所存在的薄弱點及易錯易漏易混點，進行有重點地“回扣復(fù)習(xí)”（即回歸教材、緊扣考綱，以考綱為復(fù)習(xí)指導(dǎo)，進一步熟悉教材，提煉知識，提升技能）。

通過抽查學(xué)生完成導(dǎo)學(xué)案的情況及學(xué)生平時的反饋，我們知道，學(xué)生能夠自主建構(gòu)能量流動的知識網(wǎng)絡(luò)，基本能夠掌握能量流動的概念、過程及特點，但是對于各營養(yǎng)級能量的來源和去路分析存在不少問題，如：分不清同化量、攝入量、糞便，不理解分解者分解的能量與未被利用的能量的區(qū)別;將呼吸作用過程中釋放出來的能量等同于散失的熱能;對能量流動公式的含義及能量流動效率10%和20%的理解不到位，導(dǎo)致相關(guān)的計算題出現(xiàn)差錯;等等。

基于以上的課前準備，我們決定把本節(jié)課的教學(xué)重點放在幫助學(xué)生構(gòu)建能量流動分析模型，總結(jié)能量流動的計算方法和規(guī)律上。

【課堂實錄摘要】

一、知識概覽

師生共同搭建本節(jié)課的知識框架，總結(jié)《生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動》一節(jié)中需要掌握的知識點。

通過檢查“導(dǎo)學(xué)案”中的“判一判”完成情況，了解學(xué)生復(fù)習(xí)情況。情況如下：第1、2題考查能量流動的概念，第3題考查對能量流動特點的理解，90%以上的學(xué)生都可以掌握;第4題考查能量流動過程中各營養(yǎng)級能量的來源和去路，學(xué)生中有了兩種不同的答案，說明對于這個知識點，學(xué)生存在誤區(qū)?；诖?，我們決定將第4題中的問題留到教學(xué)過程中通過知識梳理讓學(xué)生進一步消化、解決。

二、模型構(gòu)建

生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的過程和特點是本課學(xué)習(xí)的重點和難點，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建能量流動概念圖以及第一營養(yǎng)級、第二營養(yǎng)級的能量流動模型，可以幫助學(xué)生理解生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能量的來源、去路;進一步剖析能量單向流動和逐級遞減的特點，可以幫助學(xué)生提高識圖解圖能力、觀察和分析能力以及相關(guān)知識的應(yīng)用能力等。學(xué)生通過課前的自主復(fù)習(xí)、梳理，基本能自主完成能量流動概念圖，但是，由于同化量、糞便量、攝入量、未被利用的能量、流入下一營養(yǎng)級的能量等概念極易混淆，部分學(xué)生在構(gòu)建能量流動模型時感覺困難，在遇到具體題目時不會分析流入某一營養(yǎng)級能量的去路。因此，我們認為，教師在課堂教學(xué)中應(yīng)首先幫助學(xué)生厘清概念內(nèi)涵，再分步展示解題的方法，最終帶領(lǐng)學(xué)生一起分析、構(gòu)建能量流動模型。

1.師生共同分析賽達伯格湖能量流動圖，構(gòu)建、完善導(dǎo)學(xué)案上有關(guān)能量流動的概念圖（過程略），見圖1。

2.分析能量的流動，師生共同構(gòu)建能量流動模型。

師：通過分析，我們知道能量流動包括輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化、散失四個部分，能量沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動，每一個營養(yǎng)級能量的來源和去路分別有哪些？

生分組討論，完成第一營養(yǎng)級能量流動模型的建構(gòu)，見圖2。

師：我們知道，生產(chǎn)者固定下來的太陽能是流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量，這部分能量的去路有幾個？模型中的1、2、3、4分別代表什么含義？（按順序，分步展示能量去向，引導(dǎo)學(xué)生逐一分析）

生：1代表呼吸作用消耗，2代表自身生長發(fā)育繁殖，3代表分解者分解，4代表流入下一營養(yǎng)級。

師：第一營養(yǎng)級的能量去向有幾個？下一營養(yǎng)級是指生態(tài)系統(tǒng)中的什么成分？

生1：有3個去向，包括呼吸消耗、流入下一營養(yǎng)級、分解者分解。

生2：下一營養(yǎng)級指初級消費者。

生3：初級消費者、第二營養(yǎng)級。

師：第二營養(yǎng)級能量的來源和去路是否和第一營養(yǎng)級相同？

生繼續(xù)思考。師生共同分析第二營養(yǎng)級能量流動的去路。

師：請同學(xué)們回顧“判一判”的第4題——“流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量指次級消費者攝入到體內(nèi)的能量”，這句話錯在哪里？

生：次級消費者是第三營養(yǎng)級，不是第二營養(yǎng)級。

師：假如要修改這句話，怎么改？

生1：流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量指初級消費者攝入到體內(nèi)的能量。

師：有不同意見嗎？

生2：流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量指初級消費者同化的能量。

師：兩種不同的說法，哪種更準確？

師：請同學(xué)們思考，攝入量和同化量是一回事嗎？區(qū)別在哪里？

生：攝入量指消費者從外界攝入的食物的總能量，攝入的能量不一定都能被消化吸收。

師：對，攝入量包含被消費者消化吸收了的能量即同化量和未被消化吸收的能量即糞便。

師：糞便中的能量屬于第二營養(yǎng)級嗎？

生：不屬于，應(yīng)該屬于第一營養(yǎng)級。

師：那么流經(jīng)第二營養(yǎng)級的能量指的是什么？

生：第二營養(yǎng)級同化的能量。

師：第二營養(yǎng)級從第一營養(yǎng)級獲取的能量，首要用途是什么？

生：通過呼吸作用以熱能的形式散失掉。

師：剩下的一部分能量呢？

生：用于自身生長發(fā)育繁殖。

師：這部分能量又有幾個去路？

生：3個。

師：下面請同學(xué)們根據(jù)剛才的分析，完成導(dǎo)學(xué)案中第二營養(yǎng)級的能量流動模型（見圖3）。

3.運用能量流動模型解決相關(guān)問題，進一步厘清相關(guān)概念及能量流動的細微差異。

師：分析第一、第二營養(yǎng)級能量流動模型，我們可以發(fā)現(xiàn)，每個營養(yǎng)級同化的能量都會被呼吸作用以熱能形式散失，那么，散失的能量是否就是分解的這部分有機物中全部的能量？

生思考后回答“不是”。

師：呼吸作用的實質(zhì)是什么？

生：分解有機物，釋放能量。

師：有機物分解釋放出來的能量，和散失掉的熱能是否相等？

生：不相等，還有部分合成ATP供生命活動。

師：呼吸作用以熱能散失掉的能量只是分解有機物釋放出的能量的一部分。

師：與第一營養(yǎng)級相比，第二營養(yǎng)級能量模型的構(gòu)建有何不同？

生：第二營養(yǎng)級多了未被同化的能量，也就是糞便。

師：如果消費者位于食物鏈的頂端，最高營養(yǎng)級，能量流動的去路有什么不同？

生：沒有流入下一營養(yǎng)級的這個“去路”。

師：除此之外，各營養(yǎng)級能量流動去路大致相同。

師：大家思考一下，在解題時，如果能量流動有兩個去路、三個去路、四個去路，分別應(yīng)該怎樣回答？

生討論后回答：兩個去路時，回答“呼吸作用消耗、自身生長發(fā)育繁殖”;三個去路時，回答“呼吸作用消耗、流入下一營養(yǎng)級、分解者分解”;四個去路時，回答“呼吸作用消耗、流入下一營養(yǎng)級、未被利用、分解者分解”。

師：同學(xué)們在剛才的討論中有沒有注意到，三個去路和四個去路的區(qū)別是什么？

生：四個去路中多了一個“未被利用的能量”。

師：“未被利用”指的是什么？

生1：沒有被吃掉的。

生2：沒有被分解……

師：對，未被利用指既沒有被呼吸消耗，又未流入下一營養(yǎng)級，也未被分解者分解的能量。

生：那什么情況下才有未被利用的能量呢？

師：未被利用的能量指的是，一年或其他統(tǒng)計時段內(nèi)，每個營養(yǎng)級中的能量可能未被呼吸消耗、未被分解、沒有傳入下一營養(yǎng)級，或者生物死亡后以有機物的形式存在?！幢焕玫哪芰?，只是在統(tǒng)計時未被利用，最終還是會被利用的。

師：如果統(tǒng)計的時間足夠長，流入某一營養(yǎng)級的能量去路就是三條。如果是一定時間內(nèi)，則有四條。

隨堂練習(xí)：

某同學(xué)繪制了下圖所示的能量流動圖解，下列相關(guān)敘述正確的是（ ）。

A.生產(chǎn)者固定的總能量可表示為（A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2）

B.由生產(chǎn)者到初級消費者的能量傳遞效率為D2/W1

C.初級消費者攝入的能量為（A2+B2+C2）

D.W1=D1+D2

師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)構(gòu)建的能量流動模型，分析能量流動圖解中的字母所代表的含義，以及W1與A1、B1、C1、D1的關(guān)系，使學(xué)生進一步鞏固所復(fù)習(xí)過的知識。

三、應(yīng)用提升

學(xué)生按照賽達伯格湖能量流動示意圖，計算能量從第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級、從第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的轉(zhuǎn)化效率，并分析、歸納出能量不能百分百傳到下一營養(yǎng)級的原因，同時總結(jié)出能量流動的特點，完成“導(dǎo)學(xué)案”中的相關(guān)問題。

師：我們?yōu)槭裁匆獜娬{(diào)能量流動是“單向”的？

生：因為各營養(yǎng)級之間的食物關(guān)系是不可逆的。

師：為什么能量只能“流動”不能“循環(huán)”？

生：能量一旦散失，不可再利用。

師：能量傳遞效率如何計算？請大家將計算公式寫在導(dǎo)學(xué)案上。（師板書公式：能量傳遞效率=某一營養(yǎng)級同化的能量/上一營養(yǎng)級同化的能量×100%）

師：公式中，分子與分母的含義大家要明確。分子的含義是什么？

生：分子是指上一營養(yǎng)級傳遞到本營養(yǎng)級的同化量。

師：對，這部分能量不包含糞便，也不包含人工輸入的能量。

師：分母的含義是什么？

生：上一營養(yǎng)級同化的能量。

師：包括這一營養(yǎng)級從上一營養(yǎng)級同化的能量以及人工輸入的能量。下面根據(jù)大家總結(jié)出來的計算公式，我們一起完成相關(guān)練習(xí)。

在如圖5所示的食物網(wǎng)中，如果圖中的“草”能夠提供10000kJ的能量，營養(yǎng)級間的能量傳遞效率為10%—20%，那么鷹占據(jù)的營養(yǎng)級能夠得到的最低和最高能量值分別是 KJ和 KJ。

（這道題并沒有給出具體的能量傳遞效率，鷹從不同食物鏈中獲取的能量比例也沒有給出來。因此，學(xué)生在解題時，有直接選一條食物鏈分別按最高和最低傳遞效率來計算的，也有直接將鷹從蛇和青蛙處獲得的能量按照1∶1的比例來計算的。對此，教師沒有直接給出答案，而是請學(xué)生分別展示自己的計算方法，和學(xué)生一起分析哪一種計算方法是正確的）

師：這道題并沒有給出具體的傳遞效率，那么如何計算鷹獲得的能量？

生：分別按10%和20%進行計算。

總結(jié)：由于一般情況下能量在兩個相鄰營養(yǎng)級之間的傳遞效率是10%—20%。故在能量流動的相關(guān)問題中，若題干中未作具體說明，則一般認為能量傳遞的最低效率為10%，最高效率為20%。

師：確定傳遞效率后，我們遇到的第二個問題就是——鷹在食物網(wǎng)中占據(jù)了幾個營養(yǎng)級？

生：兩個，第四和第五營養(yǎng)級。

師：也就是說，鷹的能量來源有兩個，在題目中并未給出不同食物鏈能量來源的比例，但要求我們計算鷹能得到的最低和最高的能量值，這時我們能不能自己確定一個能量來源比例進行計算呢？

生：不可以。

師：那么該如何計算呢？

生：如果要計算鷹得到的最低能量值，應(yīng)該按照最長的食物鏈、最低的傳遞效率進行計算。

師生共同總結(jié)能量流動“最”值計算規(guī)律，如圖6。

師展示生態(tài)金字塔分析對比圖，總結(jié)三種金字塔特點、含義及特例（略）。根據(jù)能量流動過程的特點，總結(jié)對生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)意義（略）。（責編 白聰敏）