基于“情境—模型建構(gòu)”的“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

陳旗建

(江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)第二高級(jí)中學(xué) 215121)

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”是人教版高中生物學(xué)教材必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第5章第2節(jié)的內(nèi)容，具體涉及生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程和特點(diǎn)以及研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義。學(xué)生已學(xué)習(xí)了種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等知識(shí)，還學(xué)習(xí)了光合作用與細(xì)胞呼吸等知識(shí)，為本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)提供了一定的基礎(chǔ)。能量流動(dòng)過程與特點(diǎn)是十分抽象的概念，是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。突破的關(guān)鍵在于引導(dǎo)學(xué)生理解“能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)示意圖”“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖”“賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解”和“能量金字塔”等模型。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，探討基于情境—模型建構(gòu)的“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”教學(xué)策略，取得了較好的教學(xué)效果。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo) 分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)，分析某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率，舉例說明研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義。

2.2 能力目標(biāo) 嘗試運(yùn)用模型方法和系統(tǒng)方法分析能量流動(dòng)問題，嘗試調(diào)查農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)情況。

2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 認(rèn)同生物與環(huán)境是一個(gè)統(tǒng)一的整體，關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的影響。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)探究欲望 將魯濱遜荒島求生素材改編成動(dòng)畫，并提出問題：“魯濱遜不幸流落荒島，只有15kg玉米和1只母雞可食用，他該怎樣吃才能維持更長(zhǎng)時(shí)間的體力？”激發(fā)起學(xué)生探究的強(qiáng)烈欲望，給予學(xué)生充分討論并歸納出：“策略一：先吃雞，再吃玉米；策略二：先吃玉米，同時(shí)用部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)的蛋，最后吃雞；……”哪種策略更合適呢？面對(duì)學(xué)生的激烈爭(zhēng)論，留下懸念：需要大家利用所學(xué)的生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的知識(shí)去分析、判斷哪種策略更好。

3.2 透析食物鏈，自主建構(gòu)能量流動(dòng)模型 引入課題后，引導(dǎo)學(xué)生從什么角度切入“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”的知識(shí)學(xué)習(xí)是非常重要的問題。學(xué)生已學(xué)習(xí)了種間關(guān)系、生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)等知識(shí)，從學(xué)生已有的發(fā)展水平出發(fā)，引導(dǎo)他們從食物鏈角度切入，為學(xué)習(xí)能量流動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)起一個(gè)支架，讓學(xué)生更易切入本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

3.2.1 創(chuàng)設(shè)草原情境，建構(gòu)食物鏈 創(chuàng)設(shè)草原生態(tài)系統(tǒng)視頻情境，引導(dǎo)學(xué)生觀察其中的茅草、蝗蟲、粉紅椋鳥、狐貍等生物，分析、說出這四種生物如何構(gòu)成一條食物鏈，為建構(gòu)四個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)組成的模型打下伏筆。

3.2.2 例析茅草能量流動(dòng)，建構(gòu)生產(chǎn)者能量流動(dòng)模型 引導(dǎo)學(xué)生從能量來源與去路角度分析并嘗試建構(gòu)生產(chǎn)者茅草的能量流動(dòng)模型。利用學(xué)生已學(xué)的光合、呼吸與分解者等知識(shí)，以及生活經(jīng)驗(yàn)的支持，引導(dǎo)學(xué)生討論、分析、建構(gòu)出生產(chǎn)者的能量流動(dòng)模型。

3.2.3 透析蝗蟲能量流動(dòng)，建構(gòu)初級(jí)消費(fèi)者能量流動(dòng)模型 蝗蟲作為初級(jí)消費(fèi)者，在建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型中具有特別重要的作用。讓學(xué)生自主建構(gòu)形成蝗蟲的能量流動(dòng)模型，粉紅椋鳥、狐貍等更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的消費(fèi)者能量流動(dòng)模型就會(huì)迎刃而解。為此，從三個(gè)層次依次展開蝗蟲能量流動(dòng)模型的建構(gòu)。

首先，如何理解蝗蟲同化能量與攝入能量的關(guān)系是建構(gòu)模型的難點(diǎn)。剖析蝗蟲攝食與排便行為，可突破同化量與攝入量的關(guān)系。為此，創(chuàng)設(shè)蝗蟲啃食茅草的視頻和蝗蟲在茅草葉上產(chǎn)生糞便兩個(gè)情境。進(jìn)而討論、分析、建構(gòu)出蝗蟲攝入食物中能量-糞便中能量 =同化能量。其次，剖析蝗蟲不同水平能量流動(dòng)情況，明晰研究能量流動(dòng)模型的思路與方法。創(chuàng)設(shè)情境：呈現(xiàn)蝗蟲從若蟲到成蟲的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖圖片。同時(shí)，呈現(xiàn)粉紅椋鳥捕食蝗蟲以及大量蝗蟲的遺體圖片。讓學(xué)生觀察、分析、討論，認(rèn)識(shí)到蝗蟲同化能量的三個(gè)去向，建構(gòu)起蝗蟲種群水平能量流動(dòng)模型，同時(shí)學(xué)習(xí)從個(gè)體、種群水平上研究能量流動(dòng)模型的科學(xué)方法，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步從營(yíng)養(yǎng)級(jí)水平、生態(tài)系統(tǒng)水平分析能量流動(dòng)模型。最后，引導(dǎo)學(xué)生分析、歸納，構(gòu)建初級(jí)消費(fèi)者能量流動(dòng)模型。創(chuàng)設(shè)情境：兔子吃草及排糞便的視頻，進(jìn)而設(shè)問：能量流經(jīng)草原上的兔、羊等其他初級(jí)消費(fèi)者的模型與蝗蟲相似嗎？組織學(xué)生開展活動(dòng)一：利用“初級(jí)消費(fèi)者攝入”“初級(jí)消費(fèi)者同化”“分解者分解”“用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖”以及“糞便”“呼吸作用”及相關(guān)箭頭與符號(hào)等圖片，分小組討論并嘗試建構(gòu)初級(jí)消費(fèi)者的能量流動(dòng)模型。進(jìn)一步組織全班學(xué)生進(jìn)行分析、糾錯(cuò)，建構(gòu)出模型。通過活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生把從情境中獲得的事實(shí)性知識(shí)，抽象、升華出初級(jí)消費(fèi)者能量流動(dòng)模型的概念性知識(shí)。

3.2.4 引導(dǎo)學(xué)生類比推理，建構(gòu)第三、四營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)模型 啟發(fā)學(xué)生把次級(jí)消費(fèi)者粉紅椋鳥、三級(jí)消費(fèi)者狐貍的能量流動(dòng)與蝗蟲進(jìn)行類比推理，并設(shè)問：最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)狐能量的流動(dòng)與蝗蟲、粉紅椋鳥有什么不同？通過分析，認(rèn)識(shí)到最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量主要有自身呼吸作用和流向分解者，從而建構(gòu)其能量流動(dòng)模型。

3.2.5 組織學(xué)生自主活動(dòng)，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型 組織學(xué)生開展活動(dòng)二：每組學(xué)生利用“生產(chǎn)者”“初級(jí)消費(fèi)者”“次級(jí)消費(fèi)者”“三級(jí)消費(fèi)者”“分解者”“呼吸作用”及粗細(xì)不等的箭頭符號(hào)等圖片，分小組討論并嘗試建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型。讓學(xué)生自主分析判斷每種成分能量的來源與去路、箭頭的粗細(xì)選擇及其方向等問題，進(jìn)而組織不同小組展示、說明建構(gòu)的模型，在討論、修正中建構(gòu)出正確的模型。

3.3 基于模型分析，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的概念與特點(diǎn) 基于建構(gòu)能量流動(dòng)概念模型，設(shè)計(jì)問題串：根據(jù)模型說出生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的概念、生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的起點(diǎn)和渠道分別是什么？嘗試推測(cè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn)是什么？引導(dǎo)學(xué)生在討論、分析中，抽象出生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的概念與特點(diǎn)。但是有科學(xué)實(shí)驗(yàn)支持嗎？然后引出生態(tài)學(xué)家林德曼研究賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖解，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，厘清每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量來源與去路，進(jìn)一步計(jì)算出在相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率。再進(jìn)一步提問：林德曼實(shí)驗(yàn)?zāi)芊窠忉屇芰苛鲃?dòng)的特點(diǎn)？進(jìn)而抽象出能量流動(dòng)的特點(diǎn)。

3.4 透析數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)換能量流動(dòng)模型 能量金字塔是另一種形式的模型，讓學(xué)生能理解、建構(gòu)能量金字塔模型的策略是：利用多媒體動(dòng)畫，將賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)模型逐步簡(jiǎn)化，只留下三個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化能量值，利用動(dòng)畫變形為金字塔，引導(dǎo)學(xué)生建立起“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)”模型與“能量金字塔”模型之間的本質(zhì)聯(lián)系及不同模型間的轉(zhuǎn)換。

3.5 前呼后應(yīng)，運(yùn)用模型 解決問題讓學(xué)生將導(dǎo)入魯濱遜不同的生存策略放到模型中去分析，自然迎刃而解。再結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活實(shí)際問題，讓學(xué)生利用能量流動(dòng)模型等知識(shí)，不僅能認(rèn)識(shí)研究能量流動(dòng)的意義，又能在解決問題中提升能力。

4 教學(xué)反思

從食物鏈切入，探究能量流動(dòng)情況，進(jìn)而系統(tǒng)分析整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)模型。設(shè)計(jì)模型建構(gòu)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生細(xì)心觀察，并在問題的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行分析、歸納與演繹，運(yùn)用已有知識(shí)進(jìn)行假說、模擬，將復(fù)雜的事物進(jìn)行簡(jiǎn)化、抽象出其本質(zhì)屬性[1]，進(jìn)而通過小組合作、動(dòng)手操作，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型。