“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程”教學(xué)研究

慕曉茹，楊東輝

（1.大連教育學(xué)院 高中教師教育中心，遼寧 大連 116021；2.大連市第二中學(xué)，遼寧 大連 116013）

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“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程”教學(xué)研究

慕曉茹1，楊東輝2*

（1.大連教育學(xué)院 高中教師教育中心，遼寧 大連 116021；2.大連市第二中學(xué)，遼寧 大連 116013）

從認(rèn)知結(jié)構(gòu)、過程和功能三個(gè)維度對(duì)“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程”進(jìn)行系統(tǒng)教學(xué)研究，并據(jù)此設(shè)計(jì)與實(shí)施教學(xué)，使得學(xué)習(xí)起點(diǎn)設(shè)置、內(nèi)容及活動(dòng)序列與認(rèn)知過程更加合理，知識(shí)的認(rèn)知價(jià)值得以運(yùn)用與體現(xiàn)，教學(xué)時(shí)空得到優(yōu)化配置。

能量流動(dòng)；認(rèn)知結(jié)構(gòu)；認(rèn)知過程；認(rèn)知功能；教學(xué)研究

“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程”是人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材（教科書）高中生物必修3第5章第2節(jié)“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。多數(shù)教師在教學(xué)中存在著學(xué)習(xí)起點(diǎn)設(shè)置與認(rèn)知過程不合理、沒有利用已有知識(shí)的認(rèn)識(shí)價(jià)值、沒有體現(xiàn)這一知識(shí)的認(rèn)識(shí)價(jià)值等教學(xué)問題。我們基于認(rèn)知原理對(duì)“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程”這一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)教學(xué)研究，并形成解決這些教學(xué)問題的方案范例。

一、基于認(rèn)知原理的教學(xué)分析

認(rèn)知有廣義與狹義之分，廣義的認(rèn)知與認(rèn)識(shí)是同一概念，是人腦反映客觀事物的特性與聯(lián)系，揭露事物對(duì)人的意義與作用的心理活動(dòng)［1］，本文中不刻意區(qū)別認(rèn)識(shí)與認(rèn)知兩個(gè)術(shù)語的使用。現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，認(rèn)知作為復(fù)雜心理系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)、過程和功能三個(gè)維度［2］，下面將從認(rèn)知結(jié)構(gòu)、過程和功能三個(gè)維度對(duì)“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程”進(jìn)行教學(xué)分析。

1.認(rèn)知結(jié)構(gòu)維度的教學(xué)分析

認(rèn)知結(jié)構(gòu)維度主要有兩個(gè)教學(xué)問題：一是學(xué)生的已有相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)作為認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量的可利用性、分辨性與穩(wěn)固性如何；二是關(guān)于一個(gè)生命系統(tǒng)的能量輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化、輸出知識(shí)，學(xué)生是否已有認(rèn)知以及認(rèn)知水平如何。

圍繞認(rèn)知結(jié)構(gòu)維度的主要教學(xué)問題作出系統(tǒng)分析如下：教材中的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型與能量流動(dòng)模型（示意圖）內(nèi)在一致，是能量流動(dòng)過程認(rèn)知的重要認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量；對(duì)“營養(yǎng)級(jí)”概念，學(xué)生尚處于食物鏈水平的認(rèn)識(shí)與理解，而不是本知識(shí)點(diǎn)需要的食物網(wǎng)或生態(tài)系統(tǒng)層次的認(rèn)識(shí)與理解；對(duì)“同化”的概念，學(xué)生認(rèn)識(shí)尚不清晰，學(xué)生已知“不同形式的能量之間可以通過物理效應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)而相互轉(zhuǎn)化”，在細(xì)胞、個(gè)體水平上建立了“有機(jī)物儲(chǔ)存化學(xué)能，能量傳遞與轉(zhuǎn)化通過物質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化而實(shí)現(xiàn)”的觀念，這是學(xué)生認(rèn)識(shí)與理解生態(tài)系統(tǒng)層次的能量流動(dòng)過程的基礎(chǔ)。

根據(jù)上述分析，我們提出了認(rèn)知結(jié)構(gòu)維度的教學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）課前布置學(xué)生復(fù)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，以提高其穩(wěn)固性及可利用性。（2）利用認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量來設(shè)計(jì)認(rèn)知發(fā)展點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生將細(xì)胞、個(gè)體水平的能量觀念置于生態(tài)系統(tǒng)水平上，依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型來嘗試概括生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)的大致過程。（3）在能量流動(dòng)的大致過程的概括過程中提升學(xué)生對(duì)“營養(yǎng)級(jí)”概念的認(rèn)識(shí)水平，并在第二營養(yǎng)級(jí)的能量流動(dòng)過程分析中先讓學(xué)生對(duì)“同化”概念建立清晰的認(rèn)識(shí)與理解。

2.認(rèn)知過程維度的教學(xué)分析

認(rèn)知過程維度主要有三個(gè)教學(xué)問題：一是學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知階段（從現(xiàn)象到本質(zhì)、從感性到理性、從具體到抽象等）及狀態(tài)如何；二是在認(rèn)知過程處理上，學(xué)生更好的認(rèn)知建構(gòu)方式是什么，需要怎樣的認(rèn)知建構(gòu)情境；三是什么樣的活動(dòng)及序列安排是必要且合理的，什么樣的具體行為組織方式會(huì)更有利于促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)與理解。

圍繞認(rèn)知過程維度的主要教學(xué)問題作出系統(tǒng)分析如下：學(xué)生已具備“細(xì)胞生命系統(tǒng)只有不斷輸入能量，才能維持生命活動(dòng)的有序性”和“太陽能是所有生命系統(tǒng)能量的最終源頭”的理性認(rèn)識(shí)，但這種認(rèn)識(shí)是建立在具體的細(xì)胞與個(gè)體水平上的，在本節(jié)學(xué)習(xí)中需要明確定位在抽象的生態(tài)系統(tǒng)層次水平。從生態(tài)系統(tǒng)層次分析能量流動(dòng)是把每個(gè)物種都?xì)w屬于一個(gè)特定的營養(yǎng)級(jí)（依據(jù)物種的主要食性），分析每個(gè)營養(yǎng)級(jí)的能量輸入和輸出，這就必需對(duì)“營養(yǎng)級(jí)”概念有食物網(wǎng)或生態(tài)系統(tǒng)層次水平的認(rèn)識(shí)與理解。由于上一節(jié)“生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”的教材文本是以食物鏈來說明營養(yǎng)級(jí)的，教師通常將營養(yǎng)級(jí)處理成食物鏈水平的認(rèn)識(shí)與理解，本知識(shí)點(diǎn)教學(xué)中應(yīng)適機(jī)適時(shí)提升學(xué)生對(duì)營養(yǎng)級(jí)的認(rèn)識(shí)與理解水平。“同化”概念也有具體的生物個(gè)體及抽象的種群與營養(yǎng)級(jí)（生態(tài)系統(tǒng)層次）水平的認(rèn)識(shí)，教學(xué)中輔以真實(shí)情境并作出適時(shí)且合理的轉(zhuǎn)換是必要的。教材呈現(xiàn)順序及形式是：生產(chǎn)者（文本）→第二營養(yǎng)級(jí)（示意圖）→生態(tài)系統(tǒng)（示意圖）。根據(jù)前面認(rèn)知結(jié)構(gòu)分析確定的認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量及認(rèn)知發(fā)展點(diǎn)，學(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)順序需要調(diào)整。學(xué)生已逐步建立了能量、能量傳遞、能量形式轉(zhuǎn)化、能量守恒等一些感性認(rèn)識(shí)，可以很好地回答教材第94頁的“問題探討”欄目的問題。

根據(jù)上述分析，我們提出了認(rèn)知過程維度的教學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）整體及具體教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)遵循從已知到未知的認(rèn)識(shí)思路。（2）為學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展提供足夠的現(xiàn)象或體驗(yàn)，必要時(shí)以具體替代抽象，搭建必要的支架，以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)與理解。將生產(chǎn)者分析內(nèi)容的教材文本以示意圖來呈現(xiàn)，在進(jìn)行第二營養(yǎng)級(jí)分析時(shí)，要適時(shí)進(jìn)行具體與抽象的轉(zhuǎn)換。（3）設(shè)計(jì)必要且合理的認(rèn)知序列，合理的內(nèi)容呈現(xiàn)序列是先分析能量流動(dòng)的大致過程，再分析第一營養(yǎng)級(jí)（生產(chǎn)者）、第二營養(yǎng)級(jí)的能量流動(dòng)。（4）在呈現(xiàn)教材第94頁圖5-7（生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)過程示意圖）后，在圖示中補(bǔ)充加標(biāo)“營養(yǎng)級(jí)”，以幫助學(xué)生獲得“生態(tài)系統(tǒng)層次能量流動(dòng)過程”分析中生態(tài)系統(tǒng)層次的“營養(yǎng)級(jí)”概念的穩(wěn)定認(rèn)知，也使其后分析第一、二營養(yǎng)級(jí)更加順利合理。（5）根據(jù)學(xué)生能力水平，在學(xué)生分析表達(dá)后，教師進(jìn)行點(diǎn)撥，之后學(xué)生再進(jìn)行復(fù)述，以提升能量流動(dòng)過程分析表達(dá)的邏輯與精煉水平。（6）放手讓學(xué)生回答教材第94頁的“思考與討論”欄目的問題。

3.認(rèn)知功能維度的教學(xué)分析

認(rèn)知功能維度主要有兩個(gè)教學(xué)問題：一是學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)對(duì)當(dāng)前內(nèi)容學(xué)習(xí)的認(rèn)知發(fā)展價(jià)值是什么，在學(xué)習(xí)中如何運(yùn)用。二是當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)的其它認(rèn)知對(duì)象的認(rèn)知發(fā)展價(jià)值是什么，在學(xué)習(xí)中如何體現(xiàn)。

圍繞認(rèn)知功能維度的主要教學(xué)問題作出系統(tǒng)分析如下：教材中的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型與能量流動(dòng)模型（示意圖）內(nèi)在一致，如果從已知的結(jié)構(gòu)模型來認(rèn)識(shí)未知的能量流動(dòng)過程，將有利于學(xué)生在生態(tài)系統(tǒng)這一生命系統(tǒng)層次上認(rèn)識(shí)與理解結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀點(diǎn)。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程示意圖對(duì)具體分析生產(chǎn)者與第二營養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)的學(xué)習(xí)而言，具有先行組織者的認(rèn)知價(jià)值。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程是能量流動(dòng)特點(diǎn)學(xué)習(xí)的認(rèn)知基礎(chǔ)，對(duì)過程的認(rèn)識(shí)與理解水平將影響能量流動(dòng)特點(diǎn)的學(xué)習(xí)，可以利用生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖作為能量流動(dòng)特點(diǎn)學(xué)習(xí)的認(rèn)知發(fā)展點(diǎn)。教材第94頁“問題探討”欄目的問題，有助于擴(kuò)展與深化學(xué)生對(duì)能量這一重要科學(xué)概念的認(rèn)識(shí)與理解。

根據(jù)上述分析，我們提出了認(rèn)知功能維度的教學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）將結(jié)構(gòu)模型作為能量流動(dòng)過程分析的認(rèn)知發(fā)展點(diǎn)。（2）先分析能量流動(dòng)的大致過程，再分析流經(jīng)具體營養(yǎng)級(jí)的過程。（3）生產(chǎn)者能量流動(dòng)過程以示意圖形式呈現(xiàn)，將“未固定”“未利用”術(shù)語在這里先行學(xué)習(xí)，在教材第94頁圖5-7中補(bǔ)充標(biāo)注營養(yǎng)級(jí)，使過程學(xué)習(xí)對(duì)特點(diǎn)學(xué)習(xí)的認(rèn)知價(jià)值得到更好體現(xiàn)，也使接下來的能量流動(dòng)特點(diǎn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)更聚集于數(shù)據(jù)計(jì)算與分析的學(xué)習(xí)任務(wù)。（4）“問題探討”欄目需要留置時(shí)間、空間給學(xué)生，讓學(xué)生能夠放飛思維，教師應(yīng)適機(jī)點(diǎn)撥，幫助學(xué)生建立自然科學(xué)整體水平的能量觀念。

二、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施案例

學(xué)生的每一次認(rèn)識(shí)都只能在先前形成的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、思維框架和認(rèn)識(shí)模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并在新的教學(xué)環(huán)境條件下不斷地突破原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、思維框架和認(rèn)識(shí)模式，形成新的更有序的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)［3］。根據(jù)認(rèn)知結(jié)構(gòu)、過程與功能三個(gè)維度的教學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在對(duì)相關(guān)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、思維框架和認(rèn)識(shí)模式進(jìn)行教學(xué)邏輯整合后，我們理清了從已知到未知、從具體到抽象的基本教學(xué)思路，并設(shè)計(jì)與實(shí)施了教學(xué)。

“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程”的學(xué)習(xí)可以由三個(gè)具體學(xué)習(xí)任務(wù)來落實(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)與教師助學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)如下。

學(xué)習(xí)任務(wù)1：分析并概括生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程。學(xué)生的具體學(xué)習(xí)活動(dòng)及序列為：（1）預(yù)習(xí)：畫生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。（2）課堂展評(píng)：展示預(yù)習(xí)案中學(xué)生作品。（3）根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型（教材圖5-3），分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的大致過程，并嘗試著表述。（4）根據(jù)教材第94頁圖5-7（能量流動(dòng)過程示意圖）修正所表述的能量流動(dòng)的大致過程，并再次嘗試表述。教師的助學(xué)活動(dòng)及序列為：（1）以教師為主，對(duì)照教材圖5-3生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，對(duì)學(xué)生的習(xí)作做點(diǎn)評(píng)。（2）根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)，適機(jī)給予提示（太陽能輸入切入，太陽能如何傳遞、發(fā)生怎樣轉(zhuǎn)化、散失等）。（3）在呈現(xiàn)的能量流動(dòng)過程的示意圖中補(bǔ)加營養(yǎng)級(jí)。教師引導(dǎo)學(xué)生修正表述的問題，在學(xué)生再次嘗試表述時(shí)要關(guān)注表述的邏輯與精煉水平。

學(xué)習(xí)任務(wù)2：分析能量經(jīng)第一營養(yǎng)級(jí)（生產(chǎn)者）的流動(dòng)過程。學(xué)生的具體學(xué)習(xí)活動(dòng)及序列為：（1）從能量流動(dòng)過程示意圖進(jìn)入到具體營養(yǎng)級(jí)分析。（2）閱讀教材能量流動(dòng)的“分析思路”欄目，明確分析基本思路。（3）嘗試分析，回應(yīng)教師的補(bǔ)充講解。教師助學(xué)活動(dòng)及序列為：（1）以能量流動(dòng)過程示意圖為先行組織者，切入到具體營養(yǎng)級(jí)分析，先進(jìn)行第一營養(yǎng)級(jí)（生產(chǎn)者）分析。（2）簡要說明分析思路方法、生態(tài)系統(tǒng)能量分析是將營養(yǎng)級(jí)作為一個(gè)整體進(jìn)行分析。（3）將教材文本內(nèi)容以示意圖形式呈現(xiàn)，以草和兔子為例，分析能量流動(dòng)的過程，并說明“未固定”“未利用”的能量。

學(xué)習(xí)任務(wù)3：分析能量經(jīng)第二營養(yǎng)級(jí)的流動(dòng)過程。學(xué)生的具體學(xué)習(xí)活動(dòng)為：（1）回應(yīng)教師的分析講解。（2）嘗試用關(guān)系圖的形式表示能量流動(dòng)過程。教師助學(xué)活動(dòng)為：講解能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級(jí)的過程，并說明攝入量、同化量以及糞便量的關(guān)系，說明未利用能量，同時(shí)標(biāo)示在教材圖5-6（通過PPT呈現(xiàn)）中。講解過程中，適時(shí)進(jìn)行個(gè)體（兔子）、種群（草食動(dòng)物）、第二營養(yǎng)級(jí)的從具體到抽象水平的轉(zhuǎn)換。

以上三個(gè)具體學(xué)習(xí)任務(wù)完成后，教師應(yīng)對(duì)“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程”這一知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)進(jìn)行小結(jié)。教師在呈現(xiàn)的圖5-7（生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖，并已補(bǔ)標(biāo)營養(yǎng)級(jí)）上，標(biāo)示“未固定”“未利用”，學(xué)生則參照?qǐng)D5-7表述能量流動(dòng)的過程，在學(xué)生表述過程中，教師要傾聽，及時(shí)反饋，并給予語言組織與邏輯表達(dá)的引導(dǎo)與點(diǎn)撥。

這一教學(xué)設(shè)計(jì)，以促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展為教學(xué)追求，依據(jù)認(rèn)知原理安排與呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)中的每個(gè)新知識(shí)的學(xué)習(xí)起點(diǎn)都是建立在已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，即便是新學(xué)習(xí)的知識(shí)也成為下一個(gè)新知識(shí)學(xué)習(xí)的起點(diǎn)或認(rèn)知發(fā)展點(diǎn)，發(fā)揮了其對(duì)下一個(gè)知識(shí)學(xué)習(xí)的認(rèn)知價(jià)值。教材內(nèi)容呈現(xiàn)順序的調(diào)整可以充分體現(xiàn)上節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的認(rèn)知價(jià)值，概括的示意圖是第一、第二營養(yǎng)級(jí)分析的先行組織者，第一營養(yǎng)級(jí)分析為第二營養(yǎng)級(jí)分析提供了認(rèn)知模式及思維框架，再次的能量流動(dòng)過程的概括則在關(guān)注表達(dá)邏輯與精煉水平的同時(shí)，也成為下一個(gè)知識(shí)點(diǎn)“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn)”學(xué)習(xí)的認(rèn)知起點(diǎn)。

在能量流動(dòng)過程示意圖中補(bǔ)充加標(biāo)營養(yǎng)級(jí)，將營養(yǎng)級(jí)作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，對(duì)營養(yǎng)級(jí)的認(rèn)識(shí)與理解已超越了食物鏈水平。在能量流動(dòng)過程分析同時(shí)明確“未固定”“未利用”的含義，使接下來的“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn)”的學(xué)習(xí)任務(wù)能更聚焦于數(shù)據(jù)整理與分析，也使“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程”這一知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知價(jià)值能更好體現(xiàn)與發(fā)揮。

課堂教學(xué)表明，學(xué)習(xí)起點(diǎn)設(shè)置與認(rèn)知過程更合理，知識(shí)的認(rèn)知價(jià)值得以運(yùn)用與體現(xiàn)，教學(xué)任務(wù)及活動(dòng)序列組合更有利于學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)與發(fā)展，教學(xué)時(shí)空得到了優(yōu)化配置。課堂教學(xué)也因認(rèn)知邏輯流暢、轉(zhuǎn)換銜接自然、結(jié)構(gòu)層次分明而如行云流水般一氣呵成，使本文初始提到的教學(xué)問題得到很好解決。

［1］朱智賢.心理學(xué)大辭典［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，1959：536.

［2］邢強(qiáng).認(rèn)知發(fā)展研究的新趨勢與貢獻(xiàn)［J］.湖南師范大學(xué)：教育科學(xué)學(xué)報(bào)，2003（1）：73-75.

［3］李松林.論學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的活動(dòng)機(jī)制［J］.教育學(xué)報(bào)，2008（5）：53-57.

［責(zé)任編輯：知然］

On Teaching of“The Process of Energy Flow in Ecosystem”

MU Xiao-ru1，YANG Dong-hui2
（Center of Senior High School Teacher Education，Dalian Education University，Dalian，116021，China；2.Dalian No.2 Mid dle School，Dalian，116013，China）

From the points of recognition structure，procedure and function，the article studies the teaching of“The Process of Energy Flow in Ecosystem”.If teachers design and implement teaching in the light of the study，they will make beginning points，contents，activity sequence，and recognition procedure more reasonable；recognition value of knowledge can be applied and embodied，and the allocation of teaching time and space can be optimized.

energy flow；recognition structure；recognition procedure；recognition function；teaching study

G633.91

A

1008-388X（2016）02-0047-03

2016-03-22

慕曉茹（1963-），女，陜西吳堡人，教授。