《生態系統的能量流動》的教學構思與實踐

黃綱業 薛蓮 覃彩娟

[摘???要]圍繞“生命觀念”和“科學思維”兩個視角，提出了運用“結構決定功能觀”和“建立系統化模型”來分析能量流動過程的教學構思，并通過教學實踐和反思，提出教學建議。

[關鍵詞]生態系統;能量流動;教學構思

[中圖分類號]????G633.91????????[文獻標識碼]????A????????[文章編號]????1674-6058（2019）35-0087-02

2017年版普通高中生物學課程標準，將原必修3三《穩態與環境》的單元內容《生態系統的能量流動》納入了選擇性必修1《生物與環境》模塊。《生態系統的能量流動》的教學，既滲透著“結構決定功能”的生命觀念，又承載著模型構建的科學思維。課程標準對此也做出了指導：第一，在回顧生態系統的組成成分和結構的基礎上，引入生態系統的能量流動的單元教學，建立“成分組成結構”“結構決定功能”“結構與功能相適應”的生命觀念。第二，運用系統分析的方法解讀能量流動的定義和過程，通過構建數學模型和梳理物理模型定量分析和歸納能量流動特點，最后上升到研究能量流動的實踐意義。基于課程標準的具體內容要求和相關指導，筆者對《生態系統的能量流動》教學進行了構思、實踐與反思。

一、?教學構思與實踐

1.創設問題情境，做好鋪墊

讓學生分析生態系統的組分和功能。教師可利用學生最為熟悉的故事（略）創設相關問題情境：

（1）在城市生態系統、農田生態系統、森林生態系統、草原生態系統四大生態系統當中，你認為上述故事情節的場景最可能發生在哪個生態系統中？

（2）（在黑板上演示相關故事）若把黑板當作生態系統，黑板的“一部分”看作是“生物群落”，那么“另一部分”可代表哪個成分？（無機環境）從生態系統的組成成分來看，無機環境指的是什么？（非生物的物質與能量）

（3）在無機環境當中，照射到地球上的太陽光應該屬于物理世界中的物質還是能量？如果我們將它定義為太陽光能（太陽能），可以嗎？

實際上，生態學家研究生態系統的能量流動，其本質就是研究太陽能是如何輸入，如何傳遞、轉化和輸出給生物群落的。繼續引導學生思考下列問題：

（1）草原生態系統的生物群落包括哪些？（生產者、消費者和分解者）

（2）在研究能量流動時，選擇怎樣的結構進行研究比較容易？對于狼與羊，你可寫出怎么樣的食物鏈？（草→羊→狼）

（3）在“草→羊→狼”這一食物鏈中，草代表植物，羊和狼代表動物，它們分別屬于哪種生態組分？狼和羊屬于消費者，哪一個是初級消費者？哪一個是次級消費者？若從選取食物的角度看，哪一個是植食性動物？哪一個是肉食性動物？若從營養級的角度出發，它們當中哪一個是第一營養級？哪一個是第二營養級哪一個是第三營養級？

通過對生態系統的能量流動變化的研究，進而揭示研究針對的是群體水平，而非個體水平，換句話說，主要是從“營養級”的角度進行探索。

2.厘清思路，針對性設問，做好能量流動分析

在整個生態系統中，能量的流動變化是一個輸入、傳遞、轉化和輸出的動態過程，在每個營養級的群體之間也不例外，故而，可按照從整體過渡到局部，再從局部過渡到整體的思路進行能量流動分析，進而構建能量流動的概念模型。值得關注的是，在進行局部能量流動分析時，一要準確把握相關營養級，特別是第一營養級、第二營養級和最高營養級的能量輸入和輸出情況的對比分析以及三者間能量流動的差異性比較。例如，可建立一個營養級能量流動分析表（如表1），先讓學生梳理教材知識，最后采取小組合作的方式相互交流完成表格的填寫。

二要分析各個營養級之間的能量流動的變化關系，這是分析生態系統能量流動特點的關鍵。對此，教師可對人民教育出版社出版的高中生物教師參考用書中提供的能量流動圖解進行適當修改，然后詳細分析并設問導學。

問題1：（針對第一營養級的能量輸入進行設問）太陽光能是通過生態系統中的哪種成分進入生物群落中的？（生產者）隸屬于哪一個營養級？（第一營養級）從代謝的生理過程看，生產者是通過哪種過程利用太陽光能的？（光合作用）輸入生物群落的能量是全部照射到地面上的能量，還是照射到生產者上的能量，或者是生產者吸收的光能？

問題2：（針對第一營養級的能量輸出進行設問）從生產者的能量輸出過程來看，具體可分為哪些路徑？（一是生產者通過呼吸作用以熱能的形式消耗，二是生產者生長、發育和繁殖等生命活動的消耗。其中第二條去路可從被捕食與未被捕食、被食入與未食入、被同化與未同化等角度細致分析過程，這里的同化，即對應營養級的同化量，具體是指次級消費者消化吸收的能量，這是真正流入第二營養級的能量）

在對應營養級的未食入部分，其最終的能量去向是被分解者分解，而未被捕食部分則可以歸為暫時未被利用的能量，其本質是與時間的長短相關。時間如果很短，就會有該部分能量，如果時間足夠長則最終會被分解者分解利用掉。從而可將第一營養級的能量輸出歸納為3/4條基本路徑。針對生產者的總光合、凈光合和呼吸三者間的關系，理解總初級生產量、凈初級生產量和呼吸消耗量。這三者間的關系是闡明生產者固定太陽光能的總量、生長發育和繁殖量及呼吸作用釋放的能量的本質所在。

3.合理把握局部與整體的統一，重點把握能量流動變化規律

從局部上分析，把握各個營養級的能量輸入和輸出要遵從思維的遞進關系。如輸入第一營養級的能量，也就是生產者的能量，是來源于太陽光，抑或是太陽光能？能量輸入的過程是怎么樣的？輸入的能量是照射到地球上的所有太陽光能，還是照射到該生態系統上的全部太陽能？生產者固定的太陽光能總量是不是生產者自身攝入的能量？輸出第一營養級的能量可以分為哪些去路？流入第二營養級的能量到底是攝入量還是同化量？要通過能量流動分析的概念模型加以突破，并明確輸入、轉化和輸出三個量間的關系。

從整體上分析，生態系統中能量流動包括三部分：一是能量輸入過程;二是能量的傳遞和轉化過程;三是能量的輸出過程。在進行由局部到整體的能量流動分析時，要緊密結合教材中的“生態系統的能量流動示意圖”，牢牢抓住圖解中方框的大小、箭頭的方向與大小的具體含義，引導學生了解能量流動的特點和意義;同時要具體關注是定量分析還是定性分析，從而為能量流動特點的理解和能量金字塔類型的對比做好前提性鋪墊。

二、教學反思

本節課以能量流動的輸入、轉化和輸出為焦點，通過創設生活化的情境，給予問題引領，較好地激發了學生的學習興趣，調動了學生的學習積極性。教學中，教師以教材圖解作為問題和模型構建的支架，培養了學生細心觀察、理解問題、分析問題和解決問題的能力，有效強化學生科學思維和科學方法的訓練。

通過自主探索、組內合作和組間競爭等方式，深化了學生對知識的理解，培養了學生的溝通能力、推理能力和語言表達能力。

本節課的教學在生活化和活動化上設計較為充分。不過，在課堂的形成性評價上關注不夠，如果時間允許，應在情感態度與價值觀方面做進一步滲透和引導，讓學生在認知、行為和情感上有更大的收獲與發展。

（責任編輯????黃春香）