多元知識表征異構“能量流動”

楊 婧

(江蘇省南京師范大學附屬中學新城初級中學黃山路分校 南京 210019)

“生態系統中的能量流動”是蘇教版生物學八年級上冊第19章生態系統中第2節生態系統中的能量流動和物質循環一節的教學重難點，教材利用語義圖示作為知識表征，敘述了能量流動的起點、例析不同營養級生物的能量消耗、能量流動的特點等相關內容。這部分內容以“生物與環境的關系、光合作用和呼吸作用的原理、微生物的營養方式及在自然界中的作用”的學習為基礎，促進學生發展生物學核心素養：形成物質與能量觀、建構生物和環境是統一體的生命觀念。能量流動是生態系統的重要功能之一，從知識表征分析，教學設計主要有以下三種類型。

1 問題導學，語義圖示表征重要概念

1.1 教學設計 一般分三個環節進行。環節一：呈現語義圖示(教材第108頁生態系統中的能量流動示意圖)作為背景，引導學生提煉出其中的食物鏈是：草→兔→狼；環節二：師生討論基于此食物鏈的“問題串”：①草與兔、兔與狼之間是什么關系？②草進行生命活動的能量來自哪里？兔和狼呢？③草、兔、狼體內的能量除了用于各自的生命活動，還有哪些去向？④兔是否可以獲得狼體內的能量？草是否可以獲得兔體內的能量？為什么？環節三：師生共同歸納能量流動的起點和特點，輔以習題訓練完成概念學習。

1.2 評價 教材中的語義圖示呈現出一個草地生態系統，抽象知識蘊含其中。教師利用圖示設計“問題串”，是符合學科課程標準的教學設計。學生也較為習慣這種學習方式，聽、記結合完成學習任務。教師運用這種教學設計時，既能確保教學進度，又利于課堂教學的組織管理。但由于這部分內容屬于概念教學的新授課，理論性相對較強，需要提供更多可視化的資源幫助學生建構概念學習與現實生活之間的關聯。

2 情景體驗，模擬游戲表征概念發生

2.1 教學設計 環節一：模擬游戲活動1。基于教材中的語義圖示創設情景，將班級設想成一個生態系統，學生根據意愿分別扮演“草”“兔”“狼”等角色，教師不做限定。在游戲中，學生演繹草、兔、狼之間取食與被取食的關系，通過自身位置的改變，可視化呈現出草、兔、狼的數量及能量來源和去向。環節二：回顧游戲過程，分析：①扮演草、兔、狼的學生數量是否合理？為什么？②在模擬能量流動過程時，移動到下一營養級的“草、兔”數量是否合理？為什么？環節三：模擬游戲活動2。教師另選擇三位身材相近、高矮不一的學生分別扮演草、兔、狼，通過學生可視的身高來表征能量多少，身材較高的表示能量較多。參與活動的學生根據模擬游戲1的結論選擇角色排序，并闡述理由。若三位扮演者站位有誤，則其余學生幫助他們調整順序，闡明調整理由，最終得出能量流動的起點和特點。

2.2 評價 游戲是學生喜愛的課堂互動學習形式，教學中，教師遵循學生認知發展規律，將教材中的語義圖示變化為生態系統這一實物表征，引導學生分析游戲中的問題，從局部到整體理解能量流動。在經歷感受、分析的過程后，補充體驗應用，請三位學生通過隊列展示能量流動的特點，一方面直觀地暴露出學生對學習存在的認知問題，另一方面可視化地檢測出學生對知識的內化情況。

3 思維訓練，實物模型建構重要概念

3.1 教學設計 環節一：教師布置學生課前調查養殖場、養寵物的家庭或動物園，計算：①動物每增加1kg體重，需要消耗多少千克食物？②動物每增加1kg體重消耗食物為什么不是1kg？環節二：課堂上，學生分組合作學習：①辨別教師提供的符號表征，估計大小不同的卡片(分別代表草、兔、狼，卡片的大小表示生物數量的多少)和粗細不同的箭頭(箭頭的粗細表示傳遞到下一營養級生物體內能量的多少)的含義；②貼出教材語義圖示中的食物鏈，并闡明理由；③教師指導、糾錯，使用道具(一大一小兩個塑料梯形立方體和一個更小些的塑料三角錐)建構能量流動金字塔模型。環節三：進行傳水接龍模擬能量流動的過程，分析：①盛水容器和水分別代表什么？②倒入下一容器的水量多少為宜？③點評小組完成情況并分析原因。

3.2 評價 初中階段側重概念的初步理解，學習生物學核心概念，需要以生物學事實、現象為支撐，需要以科學思維方法為途徑[1]。教師指導學生在實地調研中獲得相關數據等直觀表征，在科學計算及比較分析中提升思維品質，發展科學思維。學生在擺放、交換卡片和箭頭時，以實物為載體，實現思維可視化。“傳水”活動中，往往會出現倒多的情況，學生常選擇將水往回倒的動態資源：“水模擬能量，能量可以回傳嗎？”在此過程中，學生的思維得到深度發展。這種基于教材又超越教材的處理方式，綜合運用了語義圖示、實物模型、實地調查、圖形符號等表征來進行概念教學的設計。

4 總結

基于生物學表征多元化的教學，可以將課堂教學結構大致規劃為三個階段，即感性認識階段、理性認識階段和體悟應用階段。“能量流動”是生物學中的重要概念，是教材中的教學片斷，可以依托學校層次、班級層次和教師專業發展水平選擇不同的知識表征進行教學設計，激發出不同的思維方式(表1)。

表1 不同的知識表征對應的思維方式特點

“問題導學”的教學設計緊扣知識目標，層遞式“問題串”條理清晰，在語義圖示的刺激下，言語表征得到最大發揮，能夠較準確地達成教學目標，尤其適合剛入職的新教師或者中等層次的學校、班級。“情景體驗”的教學設計是一個學生循序漸進參與體驗的過程，需要教師有較強的課堂組織管理能力，引導學生在多元化知識表征中理解重要概念，以客觀的狀態分析體驗時的主觀行為，方能達成教學目標，多數學校、班級均可嘗試。

“思維訓練”是一種較為理想的教學方式，在課堂教學中，多元化知識表征展現出較高級的思維情景，教師善用課堂動態生成資源，引導學生進行深度學習，建構重要概念間的有意聯系達成教學目標。這一教學設計對教師和學生的素養要求都很高，學生模擬事物的發生、發展，在感性認識中獲得理性認知。因此，適合有一定專業水平的教師嘗試和探索，需要學生在長期訓練的過程中才能達成理想的效果。