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二课时。本节课有三个教学目标：一是通过实例数据分析，阐释应用模型方法分析生态系统的功能，建立生态金字塔；二是从生态系统整体出发，调查分析具体生态系统内各成分之间的关系，归纳研究生态系统能量流动的意义，并利用其规律对生态系统合理改造，使人们更科学、有效地利用资源；三是……
上节课我们学习了能量流动的过程和特点。哪位同学能回顾一下生态系统的能量流动过程是怎样的？
生：生态系统能量流动的过程指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。生产者通过光合作用固定的太阳能是输入该生态系统的总能量。生产者固定的能量沿着食物链单向传递。在这个过程中，光能转化成有机物中的稳定化学能。有机物中的化学能一部分用于呼吸作用，另一部分用于分解者分解，最终都以热能的形式散失。而且在能量流动过程中，每一营养级的能量都不能100%传递给下一营养级。
师：非常好。从林德曼对赛达伯格湖的能量流动研究中，我们发现相邻两个营养级之间的能量传递效率约为10%至20%。从塞达伯格湖的能量流动数据能发现生态系统中能量流动的特点。除此之外，还有其他方式表示能量流动的特点吗？
生：可以用模型的方法来表达。
师：那我们就来试一试。请同学们完成任务一：结合林德曼有关赛达伯格湖的能量流动数据，尝试将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为单位面积或体积的图形，并将该图形按照营养级的次序排列。
（学生完成任务后）
师：同学们看看是否与老师的相同，是一个下宽上窄的阶梯状图形。如果我们按照林德曼提出的10%的传递效率绘制不同体积大小的模型，随着营养级的升高，按营养级由低到高向上排列，会形成一个正金字塔，称为能量椎体，也叫能量金字塔。曾经有科学家用金字塔来衡量各营养级的丰富情况，不过他们是用生物个体数量的比例来绘制金字塔。科学家认为各营养级生物数量存在很大差别，一般底栖生物的数量最多，随着营养级的升高，植食性动物、肉食性动物的数量逐渐减少。有调查数据表明，根据各营养级生物个体的数目，绘制成不同体积大小的模型，按营养级由低到高向上排列，确实也是呈下宽上窄的图形，称为数量金字塔。但数量金字塔并非都呈现下宽上窄的金字塔形状，例如一棵大树上有上百只昆虫在觅食，这棵大树的能量足以维持这些昆虫的生活。显然，在这个生态系统中，大树是生产者第一营养级，昆虫是第二营养级，前者的生物数量远远小于后者的生物数量，是一个典型的下窄上宽的倒金字塔形。此外，数量金字塔还存在不足，同一个营养级的生物个体体积大小悬殊，例如左侧某草原数量金字塔示意图中所示，第二营养级的田鼠和昆虫每一个种群所含有的个体数量不同。以数量绘制模型过分强调个体体积较小生物的数量，不能很好表现能量流动的特点。为了弥补数量金字塔的不足，生态学家提出依据营养级的生物量比值，即每个营养级所容纳的有机物的总干重，按营养级排序绘制金字塔，构建出一个生物量金字塔。一般情况下，生物量沿食物链流动逐级递减，但生物量金字塔在特殊情况下也会出现像数量金字塔一样下窄上宽的倒金字塔。例如海洋生态系统中，生产者如浮游植物，个体很小，生活史很短，根据某一时刻调查的生物量常低于浮游动物的生物量，这样生物量金字塔就倒置过来。能量金字塔、数量金字塔与生物量金字塔都形象直观地表现了能量流动过程的特点，统称为生态金字塔。根据以上分析，哪种金字塔最能准确客观表示能量在各营养级能量流动的情况呢？
生：能量金字塔。因为只有能量金字塔必然是一个下宽上窄的正金字塔椎体。
师：对。尽管近年来更多的研究表明，各营养级的净生产量不完全按照10%至20%的规律传递，但林德曼得出的金字塔规律被称为是最完善的生态金字塔结构，无论是理论还是实践上都有着重要意义。我们来看一个问题，人类位于食物链的顶端，从能量金字塔看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？
生：人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级。也就是说，人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农副产品，会对地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。
师：能量流动具有单向流动、逐级递减的特点，我们无法改变这一规律。那么，该如何利用这一规律来指导生产生活实践呢？请同学们完成任务二：翻开教材59页，探究实践栏目，调查某农田生态系统中能量流动情况，提出使该生态系统中能量得到最大利用的改进措施。在调查之前，首先要想清楚本次调查的目的，再思考要准备哪些工具，确定分工。本次调查的目的是使当地生态系统能量得到最大利用，提出改进措施。能量流动是沿着食物链传递的，因此我们必须要调查清楚该系统的物种数目以及生物的营养关系，还要调查该生态系统能量的输出情况。经过思考，某调查小组的同学准备对当地农田生态系统进行调查，他们设计的调查问题如下图所示。
（展示问题）
针对问题1 - 3，调查小组的同学拍摄了稻田生态系统部分生物的照片。通过调查整理出相关资料，如下：当地农田生态系统中生产者的主体是水稻，生产者还有浮游藻类、稗草等，农民通过除草、喷洒除草剂方式抑制其他生产者的数量。初级消费者有蝗虫、稻螟虫、稻飞虱、田鼠、泥鳅、黄鳝等各种小动物，其中泥鳅、黄鳝一般有益处，虫子和田鼠一般是有害的。农民通过喷洒杀虫剂、增加有害动物的天敌来抑制有害动物的生长。次级消费者有蜘蛛、蜻蜓、鸭子、蛙类、蛇、鸟等，这些动物主动控制着害虫的数量，让害虫无法猖獗，保护农作物的正常生长。调查小组的同学还了解到当地农民的秸秆处理措施，农民对秸秆的处理是用作牛的食物、焚烧，水稻的根留在田中沤肥。如果是你，基于以上调查结果，你准备从哪些角度进行分析呢？
（学生思考）
师：调查小组的同学们结合这些资料，为了对稻田中能量流动关系进行分析，他们将该能量流动关系进行简化，绘制出该稻田生态系统的能量流动示意图。基于以上分析，请同学们思考并提出提高稻田产量，使稻田能量最大限度流入人类的措施。首先，同学们思考一下，人们通过什么方式来提高光能的利用效率呢？同学们可以围绕着生态系统的能量的输入与输出进行分析。