第二节 生态系统的结构和功能
一、教学目标：
1．了解生态系统的组成成分及生态系统的营养结构，理解生态系统四种组分的功能地位及相互关系，理解营养结构与功能的关系，掌握营养级的概念以及营养级与食物链的关系。
2．通过指导学生归纳生态系统的组成成分及分析生态系统的营养结构，培养学生分析综合和推理的思维能力。
3．通过了解生态系统各组分的相互关系及食物网，渗透普遍联系的辩证观点的教育；通过了解生态系统的组成成分，渗透“人是生态系统中一员”的观点，从而对学生进行生态观点的教育。
二、重点、难点分析：
1．生态系统生物功能类群及其地位是本节的教学重点，因为：
（1）生态系统的组成可分为非生物部分和生物部分两大部分，生物成分中，生产者、消费者和分解者，是依据它们各自代谢类型以及在生态系统中的功能特征而划分的。因此，将它们统称为三大功能类群，它们在生态系统中的功能和地位各不相同
（2）三大功能类群之间以及它们与非生物部分之间的关系，构成了生态系统的营养关系，是研究生态系统营养结构的基础
（3）三大功能类群之间以及它们与非生物部分之间的联系，是渗透普遍联系辩证观点的教育素材，人作为消费者的一员，是渗透“人是生态系统中一员”观点的教育素材。
2．生态系统营养结构的教学内容也是本节的重点知识，因为：
（l）尽管生态系统的类型多种多样，范围有大有小，但它们组分中生产者、消费者与分解者之间的关系，归根到底是食物的关系，也就是吃与被吃的关系。生态系统内各种生物之间的这种复杂的营养关系构成了食物链、食物网，这就是生态系统的营养结构（2）食物链与食物网是生态系统功能的结构基础，生态系统的物质和能量就是沿着食物链（网）的各个营养级而流动的。掌握了有关生态系统营养结构的知识，就为理解生态系统的功能等知识打下了必要的基础。
（3）生态系统营养结构的分析过程，利于培养学生的分析综合和推理的思维能力；食物链和食物网概念中渗透着普遍联系的辩证观点。
3．食物链、食物网、营养级三个概念的区别和联系是本节的难点知识，因为
（l）食物链是生物间单方向的食物联结，食物网是生物间多方向的食物联结，而营养级是食物链上同一环节上所有生物的总和，所以有的生物会占有不同的营养级。三个概念之间有相互包容的成分，也有本质的不同，要加以区分。
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（2）三个概念在被运用解答新的问题情景时，容易出现混淆，应在对食物网中某一生物的营养级分析时加以区分
三、教学内容分析：
第2节是本章教学的重点内容，学生在了解生态系统的组成的基础上，要继续了解生态系统的结构和功能。本节包括三个部分，首先认识生态系统的结构特点，然后了解这种结构具有什么主要功能。为了提高学生学习的积极性，从感性认识到理性认识，每一部分都安排了分析讨论活动Z§X§X§K]
（1）知识结构科网]
生态系统的能量流动
生态系统的营养结构——食物链与食物网
生态系统的结构与功能
生态系统的物质循环——碳循环
生态系统的功能
教学过程设计
一、本课题的参考课时为一课时。
二、教学思路：
1．首先复习生态系统的概念，把生态系统的概念与生物群落的概念加以区分，突出生态系统的结构与功能特点，指出生态系统的研究中心就是它的结构和功能，由此引出生态系统结构的学习课题。并引导学生分析：研究生态系统的结构，首先要研究清楚生态系统的组成成分，然后还要研究各组成成分之间的联系（即营养结构）。
2．学习生态系统的成分时，首先结合教材中一个池塘生态系统的示意图，引导学生观察分析该生态系统中的各种无机环境要素和生物组成，列举出这些成分；再引导学生从各成分在生态系统中的功能的角度对这些成分进行分类，给出生产者、消费者及分解者的名称。最后以板书的形式总结归纳出生态系统的成分（如下
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3．对于生物成分的教学，注意引导学生分析三大功能类群在生态系统的地位。生产者是生态系统的主要成分，因为绿色植物固定太阳能，进行初级生产，是消费者和分解者获得能量的源泉，也是生态系统存在和发展的基础；分解者在生态系统占有重要地位，因为大约90％的陆地初级生产量都需分解者的分解功能归还给无机环境，供生产者再吸收；消费者则不会影响到生态系统的根本性质
4．对于生态系统营养结构的教学，可以引导学生首先从分析生态系统各成分之间的关系入手研究，生态系统内部最重要的联系是生物之间的营养联系，由此引出食物链的概念，阐明食物链是生态系统中各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系。然后引导学生观察教材“温带草原生态系统的食物网简图”，一方面观察食物链之间彼此相互交错连结的复杂营养关系，引出食物网的概念，另一方面让学生观察图中有多少条食物链，并列举出最长及最短的食物链，由此来强化对食物链和食物网概念的理解。
对于营养级的教学内容，教师引导学生注意生态系统的每一条食物链都包括几个环节，同一环节上所有生物的总和，可作为一个营养级。然后以一条食物链为例，分析该食物链上各个环节的生物属于哪一营养级；再引入食物网（同上）中判断某种生物所处的营养级，使学生认识到有些生物（如杂食、肉食动物）可以同时占有几个营养级别；同时指出一条食物链的营养级一般不超过五个，为后面生态系统功能的教学打下一个伏笔。
5．最后总结指出食物链和食物网是生态系统的营养结构，是生态系统功能的结构基础，生态系统的能量流动和物质循环就是顺着这种渠道流动的。教学结束后，可以选择适当的方式进行反馈测试，反馈的方式和题目略。
生态系统能量流动
生态系统能量流动的教学，应首先强调说明能量是一切生命活动的动力，同样也是生态系统存在和发展的动力。然后引导学生分析生态系统总的能量来源是什么？再引导学生分析太阳能是如何输入生态系统的？以及能量进入生态系统后的传递、消耗的大致过程怎么样？由此了解生态系统能量流动的概况，为后面的分析奠定基础。
能量流动过程的教学，可以通过学生观察“生态系统能量流动（图解）”来分析生态系统能量流动的过程。即能量流动是从绿色植物把太阳能固定在体内后开始的（起点）；并沿着食物链或食物网的各个营养级传递（渠道），最后以呼吸热形式逸散。这是能量流动的总的过程。
教师还要注意引导学生对处于同一营养级的生物的能量输入、利用、输出作出观察分析。即消费者通过取食（生产者是通过光合作用）获得能量，通过呼吸消耗能量用于生命活动（呼吸热形式逸散），贮存于生物体内的能量被下一营养级生物取食获得，或被分解者分解利用（还是以呼吸热的形式逸散，只不过是分解者的呼吸热形式）。这样就从每一个营养级的“点”上，来理解生态系统能量流动的意义
在能量流动的教学中，教师还可以引导学生分析生产者在能量流动过程中的作用，即生产者是消费者和分解者获得能量的源泉，是生态系统能量流动的基础，由此突出生产者在生态系统中的重要地位。
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能量流动特点的教学，可以在前面对能量流动过程分析的基础上，引导学生从不同的角度独立分析。从传递过程的角度，引导学生分析能量流动的起点（生产者固定太阳能）、渠道（食物链或食物网）和终点（呼吸热）；从传递方向的角度，引导学生分析由于食物链中各个营养级的关系不能逆转，以呼吸热形式选散的能量也不能被生产者再次固定，所以系统内的能量流动是单向的；从传递数量的角度，引导学生分析由于各个营养级的生物本身生命活动要消耗能量，生物遗体、遗物内含能量等，所以只有一部分能量沿着食物链的营养级依次传递；从传递效率的角度，引导学生分析由于各个营养级流动能量的损失（原因由学生自己分析），能量传递效率约为10％～20％
能量金字塔的教学，可以从引导学生总结分析能量流动的特点引出。即沿着食物链的各个营养级呈单方向流动的能量，每经过一个营养级大致降低一个数量级，营养级别越高，能量传递比例则越低，这是各种生态系统能量流动的共同规律。这种能量流动的传递效率可以用一种方式形象地表示出来——能量金字塔。然后具体指出能量金字塔是用各个营养级能量数值绘制成的。再用“某一个湖的能量金字塔”的图解具体说明能量金字塔的表示方法和意义。
最后引导学生分析研究能量流动的主要目的是什么——为人类自身服务，引导学生分析认识到：通过调整生态系统能量流动关系的方式，使能量流向对人类最有益的部分。教师可以引导学生列举实例或教师自己列举实例具体说明调整能量流动方向以更好地为人类服务。
生态系统物质循环
生态系统物质循环的教学，首先是生态系统物质循环的概念教学
碳循环是生物圈内基本的物质循环之一，教师通过指导学生学习碳循环来了解生态系统的物质循环过程。碳循环的教学应加强直观性，可以利用教材上“碳的循环”图解来进行，即引导学生观察“碳的循环”图解，教师提出一系列的问题要学生在观察的基础上进行解答。
首先让学生分析碳在生物圈中的存在部位和存在形式，注意引导学生从无机环境和生物群落两个部位找出碳的存在形式。
然后让学生分析碳在无机环境与生物群落之间的循环，要求答出循环的物质形式是二氧化碳，从无机环境进入生物群落是通过生产者的光合作用，从生物群落进入无机环境主要是通过生物的呼吸作用（包括生产者、消费者、分解者的呼吸作用），此外还以化石燃料的形式储藏于地层中或化石燃料的燃烧。
之后让学生分析碳在生物群落之间的运动，从生产者到消费者，从生产者、消费者到分解者，应让学生分析出碳在生物群落之间的运动是沿着食物链或食物网进行的。最后教师可以以黑板板图的形式画出碳循环的图解。
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本课题教学中应注意的问题：
1．注意教学内容的严谨性。本节教学中，有关生态系统的基本知识很多，如生态系统的成分、食物链、食物网、营养结构等，要求学生准确地把握，因此教学中，不仅要注意教学语言的科学、严密，而且要注意概念讲解和分析时的准确、科学，使得学生有明确、正确的理解。
2．注意教学内容的开放性。生态系统本身就是丰富多样的，生态系统也是多种多样的，教学中教师要引导学生放开视野，从整体上把握生态系统的组成成分和营养结构，尤其注意把“人自身”引入生态系统，不但为生态系统研究的意义奠定基础，也为正确认识人与自然界的关系奠定基础。从另一方面来说，一个生态系统必须是开放的，与外界有物质、能量、信息的交流，才有活力，才能发展，让学生明确生态系统是开放的动态的。
3．注意本节课题教学的实践性，有条件的要组织学生调查周围环境，如校园、野外、公园等处的生态系统的成分和结构，让学生通过实践活动学到知识，受到能力的培养和观点的教育。
小资料
食物链与食物网举例：
1．达尔文在著名的《物种起源》一书中讲了一个饶有兴趣的“猫与牛”的故事。英国的牛主要靠优质的红三叶草为饲料，而红三叶草的兴衰与给它传粉的丸花蜂有很大关系。奇妙的是，丸花蜂的多少，又决定于田鼠的数量，因为田鼠吃蜂房和蜂幼虫，田鼠势旺丸花蜂便衰败。而猫吃田鼠，猫多了，田鼠就少了，丸花蜂就多了，红三叶草就兴盛了，牛就养壮了。有趣的是当时英国海军的主要食品是牛肉罐头，看起来，英国海军的强大，猫应立一功。一切生物处于普遍联系之中，这是辩证法最基本的观点，表面看起来不相关的生物却盛衰依存，祸福倚伏。
2.食物链的理论是美国生态学家林德曼在 1942年首先提出的。他曾描述了这样一个
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场景。这是一个风和日丽的春天，一只彩蝶翩翩飞来落在鲜花上津津有味地吮吸花蜜，冷不防背后划过一道绿色刀影，转眼之间，蝴蝶已在螳螂的绿色大刀下奄奄一息。螳螂正要品尝美餐，蛤蟆出其不意地吐射长舌，一下子把它卷入口中。蛤蟆还没来得及吞咽螳螂，悄悄爬到近旁的长蛇猛地一窜，准确无误地一口咬住蛤蟆。正在这时，盘旋在天空中的鹰一个猛子扎下去用利爪紧紧攫住蛇。在大自然里，这只是一个很普通的场面。
生物金字塔：
大草原上草丛一望无际，各种各样的昆虫随处可见，无需查数，鸟雀要比昆虫少，鹰比鸟雀少得多。食物链的营养级从低到高，生物数量越来越少。英国生态学家查尔斯研究了这种现象后，提出了生物金字塔的概念。下面是生物金字塔的例子。
1．生物数目金字塔：人们对一片草地上草牧链的所有生物成员作了统计：
生产者 （野草） 5842 424株；
消费者I（草原动物、昆虫）708 624只；
消费者Ⅱ（肉食动物、吃昆虫的小鸟） 354 904只；
消费者Ⅲ（肉食动物、吃小鸟的鹰）3只。
2．生物量金字塔：人们对一片海域中生态系统作了统计：
生产者（大叶藻） 4 800万吨；
消费者 I（吃大叶藻的小鱼虾）1200万吨
消费者Ⅱ（吃小鱼虾的大鱼）17万吨；
消费者Ⅲ（吃大鱼的鱼）3万吨。
3．生物能量金字塔：在某一生态系统1平方米的面积上：
生产者（植物）净生产的能量是36 922千焦；
消费者I（草食动物）净生产的能量是6 178千焦；
消费者Ⅱ（肉食动物）净生产的能量是280千焦；
消费者Ⅲ（肉食动物）净生产的能量是25千焦。
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