师：今天我们一起来学习高二人教版生物学选择性必修2第三章第二节生态系统的能量流动第一课时。本节课有两个教学目标：一是通过分析能量在营养级间的流动情况，建立生态系统能量流动模型，概述生态系统中能量流动的过程；二是通过分析塞达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的特点。
首先思考一个问题：假如你流落到一个荒岛上，那里除了能饮用的水，几乎没有任何食物，你身边尚存的食物只有一只母鸡和15千克的玉米。你认为以下哪种生存策略能让你维持更长时间等待救援？是先吃鸡再吃玉米，还是先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡？选择的依据是什么？
生：第二个方案不光有玉米和鸡，还多了鸡蛋，能量更多。
师：真是这样吗？要回答这个问题，涉及到今天要学习的生态系统能量流动的有关知识。生命活动都伴随着能量的变化，没有能量的输入，也就没有生命和生命系统。科学家是如何研究生态系统的能量流动的呢？能量流经一个个体的情况可用左图表示。以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性。如果个体死亡，数据可能不准确，因此对生态系统能量的研究一般是在群体水平进行的。将群体作为一个整体来进行研究是系统科学常用的研究方法。如果将种群作为一个整体来研究，则左图可以概括成右图的形式。若以种群为研究对象，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。科学家林德曼提出将同一个营养级的所有种群做一个整体，可以比较准确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。
下面我们先以草—兔—鹰这一条食物链为例，对能量流动过程进行分析。能量沿着这一条食物链流动，我们把所有的生产者、初级消费者、次级消费者分别看作一个整体，这个整体就是第一营养级、第二营养级、第三营养级。请同学们阅读教材第55页第一、二自然段，尝试构建能量流经第一营养级的模型。请根据以下问题的提示以及已经学习过的细胞代谢知识，用方框和箭头呈现能量流动的基本过程。
地球上几乎所有的生态系统，能量都来自太阳。太阳每天输送到地球的能量只有1%以可见光的形式被生产者通过光合作用转化成化学能，固定在所制造的有机物中。这样太阳能就输入到了生态系统的第一营养级。输入第一营养级的能量中，一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了，另一部分用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，储存在生物体的有机物中。构成植物体的有机物中的能量，一部分会随植物的落叶、遗体等被分解者分解，另一部分会被初级消费者摄入，能量就流入了第二营养级。
如果该营养级同化的能量去向分为三个，我们可以用“一来三去”来表示。“一来”表示能量的一个来源，即生产者固定的太阳能总量。“三去”指的是在呼吸作用中以热能形式散失、流入下营养级、流向分解者的能量。接下来我们一起分析教材第55页图3 - 5能量流经第二营养级的示意图，请同学们思考以下问题：
问题一：流入第二营养级的能量指的是摄入量还是同化量？摄入量、同化量、粪尿量三者的关系是什么？
生：兔子摄入的体内能量并不等于兔子获得的能量。兔子摄入的物质中有一部分无法被消化吸收，以粪便的形式排出体外，其余的被消化吸收，用于合成自身的物质，并且储存能量，这个过程叫做同化作用，相应的能量为同化的能量。因此流入第二营养级的能量指的是同化量。摄入量等于同化量加粪便量，或同化量等于摄入量减粪尿量。
问题二：兔子粪便中的能量属于第几营养级同化的能量呢？
生：兔子摄入体内的能量有一部分存在于排出的粪便中，那部分能量归属于上一营养级，即生产者，最终被分解者利用了。
问题三：兔子同化的能量有哪些去路？
生：兔子同化的能量中有一部分在呼吸作用中以热能的形式散失了，另一部分用于自身的生长、发育等生命活动，其中以遗体残骸的形式被分解者利用。如果兔子被捕食，能量就流入第三营养级。
师：同学们将这个示意图中流经初级消费者的能量的输入和输出途径用“一来三去”加以归纳。第二营养级同化的能量只有一个来源，就是第一营养级输入的，输出的途径有三个，呼吸作用散失、流入下一营养级、流向分解者。
问题四：第三、第四营养级以及最高营养级同化的能量去向有哪些？同学们想想能量在第三、第四营养级的输入和输出情况与第二营养级的情况是否大致相同呢？
生：大致相同。
师：所以生态系统中能量流动的过程可以概括为教科书图3 - 6所示，每一个营养级能量都有一个来源，三个去向。说明一下，最高营养级没有流入下一营养级的去向。下面我们对生态系统的能量流动从整体来进行分析。这是生产者通过光合作用固定的太阳能，生产者固定的太阳能总量是输入生态系统的总能量。因此从能量角度看，植物的多少决定了系统的总能量，决定了系统中生物的种类和数量。在气候温暖、降雨充沛的地方，植物格外茂盛，其他生物种类和数量就会多，例如热带雨林。教材第55页第一行说，地球上几乎所有生态系统所需的能量都来自太阳。为什么说几乎所有呢？
生：因为某些生态系统中生产者通过化能合成作用获得能量。
师：固定的太阳能与化学能以有机物的形式沿着食物链和食物网的途径被传递。能量在传递的过程中，太阳能转化为化学能，再转化为热能。生态系统中的能量最终以热能的形式散失到环境中。此外，有些动植物死后以化石燃料形式埋在地层中，被开采后燃烧而转化成热能。
从以上分析可以看出生态系统能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失。能量流动有什么特点？如何研究呢？为了研究能量流经生态系统的食物链时每一级的能量变化和能量转移效率，美国生态学家林德曼对结构相对简单的天然湖泊——塞达伯格湖的能量流动进行了定量分析。与当时研究生态系统的主流方法不同，林德曼没有局限于仅研究生态系统中物质的变化，而是从能量的角度来描述系统，指出能量流动是不同生态系统的共同特征。1942年将相关结果发表在论文《生态学的营养动态概说》，在论文中清晰地展示了如何对生态系统能量流动进行研究。
首先，研究对象的选择非常重要，我们看看关于塞达伯格湖的基本情况。塞达伯格湖相对较小，湖深一米，湖岸线长500米，面积约为14000多平方米。湖底深度一致，性质均一，没有大波浪，营养结构相对简单，能保持相对稳定的天然生态系统。相对较小、结构简单、相对稳定，这就是塞达伯格湖适合研究的优点。