2026届高三生物一轮复习教学设计3.6食物链(网)中能量流动的相关计算

食物链(网)中能量流动的相关计算《教学设计》 授课对象：高二年级学生 授课时长：40分钟 教材分析：本节课以“食物链（网）中能量流动的相关计算”为核心教学内容，聚焦于生态系统中能量传递的基本规律与实际应用。教材选取了桑基鱼塘这一典型生态农业模式作为核心情境载体，通过图文结合的方式呈现能量在不同营养级之间的流动路径与去向。内容涵盖总能量来源、同化量的四个去向、能量逐级递减的特点以及三类典型计算模型：最值计算、定值计算和人工输入情境下的效率计算。其中，“最值”计算强调食物链长短与传递效率的关系，是学生掌握能量流动规律的基础；“定值”计算则要求学生能根据已知效率进行分步建模与求和；而“人工输入”情境下的计算则是本节教学的难点所在，涉及对同化量与输入能量的区分，需引导学生建立正确的能量归属逻辑。整个内容体系紧扣新课标对“生命观念”与“科学思维”的素养要求，将抽象的生态学原理转化为可操作、可验证的数学建模任务，具有较强的实践性与探究性，为后续学习生态系统的稳定性与可持续发展奠定知识基础。 学情分析：学生已具备一定的生物学基础知识，对生态系统结构、生产者与消费者的关系有初步认识，但对能量流动的定量分析仍存在理解模糊、公式机械套用等问题。多数学生能够识别食物链中的营养级顺序，但在面对多条食物链并存或人工能量输入的情境时，容易混淆“同化量”与“摄入量”、“总能量”与“流入能量”的概念。部分学生在解题过程中仅凭经验判断“越短链越省能量”，却无法解释其背后的能量传递效率依据。此外，由于缺乏系统性的归纳能力，学生难以形成清晰的解题思路框架，导致在综合题型面前束手无策。基于此，本节课采用任务驱动与问题链设计相结合的教学策略，通过设置层层递进的问题情境，引导学生从具体案例出发，逐步构建“拼图法”分析模型，实现从感性认知到理性建模的跃迁。同时，借助小组合作与互评机制，促进学生在交流中澄清误区，提升逻辑推理与模型建构能力，切实落实科学思维素养的培养目标。 一、教学目标 生命观念：能准确说出流经生态系统的总能量包括生产者固定的太阳能和人工输入的能量，并能结合桑基鱼塘实例说明其来源。能描述同化量的四个去向：呼吸作用散失、流向分解者、未被利用、流向下一营养级，并能举例说明各去向的具体表现形式。 科学思维：能运用“拼图法”分析桑基鱼塘中能量流动过程，分析能量分配图，并说出关键能量关系式。能针对不同类型的问题情境（最值、定值、人工输入），选择合适的计算方法，完成三类能量传递效率的计算任务。 社会责任：能在小组合作中主动表达观点，倾听他人意见，尊重不同解题思路，养成严谨求实的学习态度。能在真实生态农业案例中体会能量多级利用的意义，增强生态保护意识与可持续发展理念。 二、教学重难点 重点：桑基鱼塘生态系统中能量流动的过程、特点；能量传递效率的各类计算方法。 难点：桑基鱼塘人工能量输入情境下的能量传递效率计算。 三、教学方法与工具、设计思路和教学评价 教学方法：任务驱动法、讲练结合法 教学工具：多媒体课件、学案 设计思路： 1. 以“桑基鱼塘”这一具有中国特色的传统生态农业模式为贯穿始终的情境主线，通过短视频导入激发学生兴趣，使抽象的能量流动规律具象化、生活化。 2. 采用“任务驱动”模式，围绕核心探究任务设计层层递进的问题序列，引导学生从“感知现象”走向“理解本质”，再迈向“应用迁移”。 3. 引入“拼图法”可视化分析，帮助学生将能量流动过程拆解为可操作的模块，实现从碎片化记忆到系统化建模的转变。 4. 设置小组合作环节，鼓励学生在讨论中碰撞思维火花，通过“小组汇报+互相质疑”机制暴露认知盲区，教师适时点拨，实现“以评促学、以评促教”。 5. 教学全过程融入即时反馈机制，通过当堂测试题实时检测学习成效，动态调整教学节奏，确保每位学生都能达成基本目标。 6. 借助多媒体课件展示动态能量流动示意图，配合板书结构化呈现核心规律，强化视觉记忆与逻辑关联。 教学质量评价量表： 教学目标（素养导向） 对应的评价任务（表现性指标） 能阐述桑基鱼塘能量流动特点 能正确标注能量流向图，解释能量去向 能运用“拼图法”分析能量流动 能根据能量分配图写出能量关系式 能计算能量传递效率（最值、定值、人工输入） 能正确解答三类计算题，并说明计算依据 四、课堂流程设计（40分钟） （一）情境导入，任务驱动 情境呈现：播放桑基鱼塘生态农业短视频 任务发布：出示本节课核心探究任务单（学案），明确本节课将围绕桑基鱼塘案例，完成三大探究任务——①能量流动的过程与特点；②能量传递效率的“最值”计算；③能量传递效率的“定值”与人工输入情境计算，明确食物链（网）中能量流动计算的核心规律。 明代《沈氏农书》记载：“池畜鱼，其肥土可上竹地，余可雍桑、鱼，岁终可以易米，畜羊五六头，以为树桑之本。”这说明我国传统的“桑基鱼塘”模式在明代已基本成型。如图为“桑基鱼塘”局部的能量流动示意图，图中字母代表相应能量。 核心探究一：能量流动的过程与特点 (1)流经图中生态系统的总能量为A（填字母），图中的C表示桑树用于生长、发育和繁殖的能量。 (2)蚕与桑树之间的能量传递效率为×100（或×100）%（用字母表示）；桑树同化的能量与蚕同化的能量之间存在差值，差值能量的去向有流向分解者、呼吸散失、暂未利用。 (3)流经此生态系统的总能量为人工输入的有机物的能量以及生产者固定的太阳能。从能量流动的角度考虑，要保证生态系统可持续发展，需要及时输入能量，避免过多输出（答出两点），以提高桑基鱼塘生态系统的稳定性。 (4)“桑基鱼塘”农业生态系统提高了能量利用率的原因是实现了对能量的多级利用。 学生小结：“拼图法”分析能量流动过程 1．W1、D1指相应营养级的同化量，B1、B2指相应营养级中未利用的能量。 2．各营养级用于生长、发育和繁殖的能量为B1＋C1＋D1或B2＋C2＋D2。 3．能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，相邻两个营养级的能量传递效率等于D1/W1×100%，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。 4．利用“拼图法”可得关系式： 设计意图：能量流动的过程与特点是后续计算的基础，本任务以桑基鱼塘这一贴近生活的生态系统为载体，通过自主研学引导学生主动思考核心概念，例如总能量、同化量去向，培养自主探究能力；借助小组讨论深化对“能量逐级递减”本质的理解，避免学生机械记忆知识点；通过精讲点拨和方法总结，梳理出“拼图法”分析框架，为后续计算任务的开展搭建理论支架，同时落实“生命观念”中“生态系统是统一整体”的素养目标。 核心探究二：能量传递效率的相关“最值”计算 例1：如图表示该桑基鱼塘的生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗A约(　　) A．100 kg B．44.5 kg C．25 kg D．15 kg 答案　C 解析　图中共含有三条食物链，而题中所求为至少消耗的A，根据能量流动规律分析可知，食物链越短能量消耗越少，能量传递效率以20%计算。故食物链A→B→猫头鹰为最短食物链，消耗的A为1÷20%÷20%＝25(kg)。 学生小结：若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。 (1)那么，在食物链A→B→C→D中，则有 (2)在食物网中则有 注：①食物链越短，最高营养级获得的能量越多； ②生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少。 设计意图：“最值”计算是能量流动计算的基础题型，难度较低，适合作为计算能力培养的入门任务。本任务通过典例引领，让学生在自主尝试中初步感知解题逻辑；借助思路梳理总结核心规律，帮助学生建立“食物链长短”与“传递效率高低”的关联，为后续复杂的“定值”和“人工输入情境”计算奠定技能基础，同时培养学生的科学思维中的归纳推理能力。 核心探究三：能量传递效率有关的“定值”计算 例2：由于“水华”的影响，桑基鱼塘中一条6 kg重的杂食性大鱼死亡，假如该杂食性大鱼的食物有1/3来自植物，1/3来自食草鱼类，1/3来自以食草鱼类为食的小型肉食鱼类。那么能量传递效率按20%来计算，该杂食性鱼增重6 kg共需植物(　　) A．310 kg B．240 kg C．180 kg D．150 kg 答案　A 解析　由题意可知，题干中存在3条食物链：①植物→杂食性大鱼，②海洋植物→食草鱼→杂食性大鱼，③海洋植物→食草鱼→小型肉食鱼→杂食性大鱼；杂食大性鱼的食物1/3来自食物链①，1/3来自食物链②，1/3来自食物链③。所以能量传递效率按20%计算，该杂食性大鱼从食物链①消耗的海洋植物为6×1/3÷20%＝10(kg)，从食物链②消耗的海洋植物为6×1/3÷20%÷20%＝50(kg)，从食物链③消耗的植物为 6×1/3÷20%÷20%÷20%＝250 kg，因此共需海洋植物 10＋50＋250＝310(kg)。 学生小结：1．已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。 例如：在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。 2．如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后再合并。（见课后作业第（3）题） 设计意图：本任务聚焦本节课的教学难点，采用“由易到难”的分层设计。先通过定值计算任务，引导学生掌握“拆分食物链→按比例计算→求和”的解题思路，突破“多食物链并存”的计算障碍；小组讨论的设置旨在借助同伴互助化解个体理解困难，精讲解析和跟踪训练则进一步强化解题规范，提升学生复杂情境下的计算应用能力，落实科学思维中的演绎推理和模型建构素养。 核心探究四：具有人工能量输入的能量传递效率计算 例3：如图为某桑基鱼塘生态系统在人为干预下恢复为常绿阔叶林过程的能量流动示意图，单位为103 kJ/(m2·a)，图中数字和m、n为能量数值。下列说法正确的是(　　)(多选) A．图中n代表的数值为24 B．①表示的是流向分解者的能量 C．输入该生态系统的总能量是1.316×106 kJ/(m2·a) D．植食性动物到肉食性动物的能量传递效率约为13.1% 答案　ABD 解析　植食性动物固定的能量＝植食性动物呼吸作用以热能的形式散失的能量＋流向下一个营养级的能量＋流向分解者的能量＋未利用的能量，因此，217＋43＝63＋22＋141＋m，则m＝34，同理，17＋34＝16＋4＋7＋n，则n＝24，A正确；某一营养级的同化量有四个去向：呼吸作用以热能的形式散失、流向下一个营养级(最高营养级除外)、流向分解者及未利用的能量，据题图可知，①表示的是流向分解者的能量，B正确；生产者固定的能量及人工输入的有机物中的能量为流入该生态系统的总能量，即流入该生态系统的总能量＝(302＋217＋733＋64＋17＋43)×103＝1.376×106[kJ/(m2·a)]，C错误；能量传递效率是指相邻两营养级同化量的比值，据题图可知，植食性动物到肉食性动物的能量传递效率为＝34÷(217＋43)×100%≈13.1%，D正确。 小结：人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。 设计意图：本任务是对前面三类计算方法的综合应用，聚焦“食物链中人工输入能量后，对营养级能量流动传递效率的影响”这一进阶考点。通过问题引导，让学生学会拆解复杂问题，建立“生产者总量不变”与“最高营养级承载量”的关联，提升知识迁移和综合分析能力；同时，该任务贴近生态系统调控的实际场景，能帮助学生进一步理解能量流动规律的实践价值。 跟踪训练： 1．某地出现了较为严重的自然灾害，如图为在人为干预下恢复过程中的能量流动图(单位：103 kJ·m－2·a－1)。请回答下列问题： (1)由图可知，肉食性动物需补偿输入的能量为____________kJ·m－2·a－1，根据图中数据可知，营养级________(填“较高”或“较低”)的生物在这场灾害中受到的影响较大。 (2)流入该生态系统的总能量是________________kJ·m－2·a－1，用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是________kJ·m－2·a－1。 (3)在人为干预下，能量在第二营养级与第三营养级之间的传递效率约为____________(保留3位有效数字)。 (4)一段时间后，该生态系统中存在如图所示的食物网。如将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为A∶B＝2∶1，其他条件不变，相邻两个营养级之间的能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的(　　) A．1.875倍 B．1.375倍 C．1.273倍 D．0.575倍 答案　(1)5×103　较高　(2)1.29×105　1.2×104　(3)15.6% (4)B 解析　(1)各营养级之内，所有输入的能量和输出的能量相等。因此植食性动物传递给肉食性动物的能量就是(14＋2－4－9－0.5)×103＝2.5×103(kJ·m－2·a－1)，肉食动物需补偿输入的能量为(2.1＋5.1＋0.05＋0.25－2.5)×103＝5×103(kJ·m－2·a－1)。图中营养级越高，需要补偿输入的能量值越大，说明在灾害中受到的影响较大。(2)流入该生态系统的总能量为生产者固定的总能量＋补偿输入的能量，流经该生态系统的总能量＝(23＋70＋3＋14＋2＋5＋12)×103＝1.29×105(kJ·m－2·a－1)。第二营养级总能量为16×103 kJ·m－2·a－1，其中呼吸消耗的能量是4×103 kJ·m－2·a－1，因此用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是1.2×104 kJ·m－2·a－1。(3)能量传递效率＝下一个营养级的同化量÷某一个营养级的同化量×100%。在人为干预下，传递效率＝从植食性动物流入肉食性动物的总能量/流入植食性动物的总能量＝2.5/(14＋2)×100%≈15.6%。（4）当C的食物比例A∶B为1∶1时，设C获得的能量为x，则需要A的能量为(1/2)x÷10%＋(1/2)x÷10%÷10%＝55x；当C的食物比例A∶B调整为2∶1时，设C获得的能量为y，需要A的能量为(2/3)y÷10%＋(1/3)y÷10%÷10%＝40y。两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x＝40y，则y＝1.375x，即该生态系统能承载C的数量是原来的1.375倍。 设计意图：出示食物网调整问题（C的食物比例A:B由1:1变为2:1，传递效率10%，求C承载量变化），引导学生明确思路：①设C获得能量为x、y，分别计算两种比例下所需A的能量；②根据生产者A总量不变，建立等式求解y与x的比值。学生快速完成后，教师简要讲解答案，强化综合计算能力。 （二）课堂总结与拓展 1. 学生总结：邀请2名学生分别从“能量流动过程与特点”“三类计算规律”两个维度总结本节课核心内容，其他学生补充完善，教师用思维导图形式在板书上梳理核心框架。 2. 拓展升华：提问：“结合桑基鱼塘案例，说说它是如何通过构建食物链实现能量多级利用的？这对现代生态农业（如稻田养鱼、林下养鸡）有什么启示？”引导学生联系实际，落实社会责任素养，明确生态农业的核心是“合理利用能量，实现资源循环，兼顾经济效益与生态效益”。 （三）布置课后作业（1分钟） 布置作业： 若某草原生态系统只存在如图所示的食物关系，尝试完成以下问题： (1)在如图的食物网中，猫头鹰要增加20 g体重，最多消耗植物________g，最少消耗植物________g。 (2)假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________g。 (3)假如植物有2/5被兔所食，有3/5被鼠所食；鼠有2/3直接被猫头鹰捕食，有1/3被蛇捕食后流入猫头鹰体内。猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为__________g(精确到个位数)。 答案　(1)20 000　500　(2)900　(3)595 （四）板书设计 食物链（网）中能量流动相关考点——以桑基鱼塘为例 一、桑基鱼塘能量流动 1. 总能量：桑树固定的太阳能+人工输入（饲料等）能量 2. 同化能量去向：呼吸消耗、流向分解者（残枝落叶、遗体粪便等）、未被利用、流向下一营养级（桑→蚕/鱼等） 3. 特点：单向流动、逐级递减（传递效率10%-20%） 4. 计算规律： 最值：短链+20%（最多获能/最少消耗）；长链+10%（最少获能/最多消耗） 定值：按具体比例/效率分步计算 人工输入：传递效率=C从B所得同化量÷B的总同化量（含人工输入）×100% （五）教学反思 优势之处：本节课全程以桑基鱼塘案例为情境锚点，聚焦能量流动核心考点，情境统一且贴近实际，能有效激发学生兴趣；通过任务驱动、讲练结合的方式围绕桑基鱼塘引导学生主动探究能量流动规律，将抽象知识点转化为具体的桑基鱼塘情境问题，符合高二学生的认知规律；同时注重核心素养的落实，尤其是结合桑基鱼塘强化生命观念和科学思维的培养，通过学生小结、小组合作等环节，提升了学生的参与度和表达能力。 1.学生对基础问题掌握牢固，对基本问题回答得好。 2.对于最值问题，学生能快速完成例题并且做出解析。 3.对于定植问题，学生能上台展示计算过程。 4.对于生态系统中人工输入能量的问题，学生能解析能量的传递效率的计算思路，并且能根据教师的质疑进行解析和回答。 不足之处：在“桑基鱼塘人工能量输入的能量传递效率计算”这一难点环节，讲解时间仍显紧张，部分基础薄弱的学生可能尚未完全理解；小组合作探究复杂能量计算问题时，个别小组存在分工不明确、讨论效率不高的问题；对学生答题过程中同化量与摄入量混淆、计算步骤不规范等问题关注不够全面。 1.课堂比较沉闷，学生的积极性不高。 2.没有完成当堂训练的内容，教学内容还需要适当精简。 3.板书利用度不高，只写了一个内容框架，到了教学尾声，板书还没有进行填空完善。 4.课堂反馈的内容，没有时间调查学生对知识点的掌握情况，应该每一个环节完成以后，及时调查学生的内容掌握度。 5.应该要多印一些教学设计和学案给听课评课老师，让学生发给这些老师，专人专发。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $