陳旗建

(江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)第二高級中學 215121)

1 教材分析及設計思路

“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”是人教版高中生物學教材必修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)的能量流動過程和特點以及研究能量流動的實踐意義。學生已學習了種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等知識，還學習了光合作用與細胞呼吸等知識，為本節(jié)內(nèi)容的學習提供了一定的基礎。能量流動過程與特點是十分抽象的概念，是本節(jié)教學的重點與難點。突破的關(guān)鍵在于引導學生理解“能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級示意圖”“生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖”“賽達伯格湖的能量流動圖解”和“能量金字塔”等模型。筆者結(jié)合教學實踐，探討基于情境—模型建構(gòu)的“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”教學策略，取得了較好的教學效果。

2 教學目標

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

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

2.3 情感態(tài)度與價值觀目標 認同生物與環(huán)境是一個統(tǒng)一的整體，關(guān)注人類活動對生態(tài)系統(tǒng)能量流動的影響。

3 教學過程

3.1 創(chuàng)設問題情境，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時間的體力？”激發(fā)起學生探究的強烈欲望，給予學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？面對學生的激烈爭論，留下懸念：需要大家利用所學的生態(tài)系統(tǒng)能量流動的知識去分析、判斷哪種策略更好。

3.2 透析食物鏈，自主建構(gòu)能量流動模型 引入課題后，引導學生從什么角度切入“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”的知識學習是非常重要的問題。學生已學習了種間關(guān)系、生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)等知識，從學生已有的發(fā)展水平出發(fā)，引導他們從食物鏈角度切入，為學習能量流動的知識建構(gòu)起一個支架，讓學生更易切入本節(jié)內(nèi)容的學習。

3.2.1 創(chuàng)設草原情境，建構(gòu)食物鏈 創(chuàng)設草原生態(tài)系統(tǒng)視頻情境，引導學生觀察其中的茅草、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)四個營養(yǎng)級組成的模型打下伏筆。

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

3.2.3 透析蝗蟲能量流動，建構(gòu)初級消費者能量流動模型 蝗蟲作為初級消費者，在建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型中具有特別重要的作用。讓學生自主建構(gòu)形成蝗蟲的能量流動模型，粉紅椋鳥、狐貍等更高營養(yǎng)級的消費者能量流動模型就會迎刃而解。為此，從三個層次依次展開蝗蟲能量流動模型的建構(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。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)設蝗蟲啃食茅草的視頻和蝗蟲在茅草葉上產(chǎn)生糞便兩個情境。進而討論、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情況，明晰研究能量流動模型的思路與方法。創(chuàng)設情境：呈現(xiàn)蝗蟲從若蟲到成蟲的生長、發(fā)育和繁殖圖片。同時，呈現(xiàn)粉紅椋鳥捕食蝗蟲以及大量蝗蟲的遺體圖片。讓學生觀察、分析、討論，認識到蝗蟲同化能量的三個去向，建構(gòu)起蝗蟲種群水平能量流動模型，同時學習從個體、種群水平上研究能量流動模型的科學方法，進而啟發(fā)學生進一步從營養(yǎng)級水平、生態(tài)系統(tǒng)水平分析能量流動模型。最后，引導學生分析、歸納，構(gòu)建初級消費者能量流動模型。創(chuàng)設情境：兔子吃草及排糞便的視頻，進而設問：能量流經(jīng)草原上的兔、羊等其他初級消費者的模型與蝗蟲相似嗎？組織學生開展活動一：利用“初級消費者攝入”“初級消費者同化”“分解者分解”“用于生長發(fā)育和繁殖”以及“糞便”“呼吸作用”及相關(guān)箭頭與符號等圖片，分小組討論并嘗試建構(gòu)初級消費者的能量流動模型。進一步組織全班學生進行分析、糾錯，建構(gòu)出模型。通過活動，引導學生把從情境中獲得的事實性知識，抽象、升華出初級消費者能量流動模型的概念性知識。

3.2.4 引導學生類比推理，建構(gòu)第三、四營養(yǎng)級能量流動模型 啟發(fā)學生把次級消費者粉紅椋鳥、三級消費者狐貍的能量流動與蝗蟲進行類比推理，并設問：最高營養(yǎng)級狐能量的流動與蝗蟲、粉紅椋鳥有什么不同？通過分析，認識到最高營養(yǎng)級能量主要有自身呼吸作用和流向分解者，從而建構(gòu)其能量流動模型。

3.2.5 組織學生自主活動，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型 組織學生開展活動二：每組學生利用“生產(chǎn)者”“初級消費者”“次級消費者”“三級消費者”“分解者”“呼吸作用”及粗細不等的箭頭符號等圖片，分小組討論并嘗試建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型。讓學生自主分析判斷每種成分能量的來源與去路、箭頭的粗細選擇及其方向等問題，進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)能量流動的概念與特點 基于建構(gòu)能量流動概念模型，設計問題串：根據(jù)模型說出生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念、生態(tài)系統(tǒng)能量流動的起點和渠道分別是什么？嘗試推測生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點是什么？引導學生在討論、分析中，抽象出生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念與特點。但是有科學實驗支持嗎？然后引出生態(tài)學家林德曼研究賽達伯格湖能量流動得出的實驗數(shù)據(jù)圖解，進而引導學生進行數(shù)據(jù)分析，厘清每個營養(yǎng)級能量來源與去路，進一步計算出在相鄰營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率。再進一步提問：林德曼實驗能否解釋能量流動的特點？進而抽象出能量流動的特點。

3.4 透析數(shù)學模型，轉(zhuǎn)換能量流動模型 能量金字塔是另一種形式的模型，讓學生能理解、建構(gòu)能量金字塔模型的策略是：利用多媒體動畫，將賽達伯格湖能量流動模型逐步簡化，只留下三個營養(yǎng)級同化能量值，利用動畫變形為金字塔，引導學生建立起“生態(tài)系統(tǒng)能量流動”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，運用模型 解決問題讓學生將導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)實生活實際問題，讓學生利用能量流動模型等知識，不僅能認識研究能量流動的意義，又能在解決問題中提升能力。

4 教學反思

從食物鏈切入，探究能量流動情況，進而系統(tǒng)分析整個生態(tài)系統(tǒng)不同營養(yǎng)級能量流動模型。設計模型建構(gòu)活動，引導學生細心觀察，并在問題的驅(qū)動下，進行分析、歸納與演繹，運用已有知識進行假說、模擬，將復雜的事物進行簡化、抽象出其本質(zhì)屬性[1]，進而通過小組合作、動手操作，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型。