童雅赟 （四川省綿陽(yáng)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 四川綿陽(yáng) 621000）

1 教學(xué)分析

“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)”一節(jié)分析了生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的情況，與“細(xì)胞的能量利用與供應(yīng)”“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”等內(nèi)容相聯(lián)系，同時(shí)緊密聯(lián)系物理學(xué)知識(shí)，揭示了生命與能量、物質(zhì)與能量的關(guān)系，內(nèi)涵豐富、重難點(diǎn)凸顯。僅就知識(shí)目標(biāo)而言，通過教師的直接講解，學(xué)生也能接受大部分的難點(diǎn)知識(shí)，但這樣的教學(xué)方式違背了“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的現(xiàn)代教學(xué)理念，削弱了學(xué)生探究學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情。

宋代教育學(xué)家朱熹說過：“讀書無疑者須先教有疑，有疑者卻要無疑，到這里方是長(zhǎng)進(jìn)?！痹谔幚肀竟?jié)疑難知識(shí)的過程中，筆者以系列提問為載體，激勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題。文中設(shè)計(jì)的系列問題是學(xué)生既有一定基礎(chǔ)，又需進(jìn)一步思考解決的問題，旨在幫助學(xué)生建立新、舊知識(shí)間的橋梁，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系舊知識(shí)，解決新問題，符合建構(gòu)主義教育學(xué)對(duì)問題設(shè)計(jì)的要求： 提出問題時(shí)除了基于學(xué)生已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以外，還需反映新知識(shí)［1］。認(rèn)知主體的認(rèn)知發(fā)展過程中，只有當(dāng)發(fā)生認(rèn)知沖突時(shí)，才會(huì)發(fā)生“順應(yīng)”過程，順應(yīng)的結(jié)果則是調(diào)整認(rèn)知主體原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，達(dá)到一種更高級(jí)的新的認(rèn)知平衡［2］。為了更好地啟發(fā)學(xué)生思維，文中對(duì)部分問題采用了創(chuàng)設(shè)矛盾情境的提問方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入矛盾情境、 解決矛盾情境、達(dá)到新的認(rèn)知平衡。

2 疑難知識(shí)及教學(xué)策略解析

2.1 攝入量、同化量與糞便量的關(guān)系

2.1.1 問題設(shè)計(jì)

①消費(fèi)者能否將攝入的物質(zhì)完全消化、吸收，轉(zhuǎn)化為自身的物質(zhì)？

②消費(fèi)者若不能將所攝入的物質(zhì)完全消化、吸收，請(qǐng)思考該部分物質(zhì)中化學(xué)能的去向？

③什么是攝入量、同化量、糞便量？ 它們?nèi)叩年P(guān)系是什么？

④大象是植食性動(dòng)物，有一種蜣螂專以象糞為食，大象的同化量可否流入蜣螂體內(nèi)？

2.1.2 教學(xué)策略解析 前2 個(gè)問題是學(xué)生已知的內(nèi)容，目的是引導(dǎo)學(xué)生回憶已有知識(shí)，為新知識(shí)的拓展做好鋪墊：對(duì)各級(jí)消費(fèi)者而言，其攝入的物質(zhì)并不能被完全消化、吸收。能消化、吸收的物質(zhì)最終轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼奈镔|(zhì)；不能消化、吸收的物質(zhì)以糞便的形式排出體外。第3 個(gè)問題出現(xiàn)在前2 個(gè)問題的基礎(chǔ)上，符合維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)理論”，通過循序漸進(jìn)的提問，學(xué)生在聯(lián)系舊知識(shí)的基礎(chǔ)上能夠較為容易的獨(dú)立拓展出新的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)：消費(fèi)者攝入食物中儲(chǔ)存的化學(xué)能即為攝入量，其中能消化、 吸收轉(zhuǎn)化為自身的物質(zhì)中儲(chǔ)存的化學(xué)能為同化量，糞便中的能量為糞便量。可見，糞便量并未被本營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化，消費(fèi)者的攝入量為其同化量與糞便量之和。第4 個(gè)問題通過實(shí)例的形式強(qiáng)化學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解和應(yīng)用： 題設(shè)中蜣螂利用的是大象糞便中的能量，這部分能量不屬于大象的同化量，因此大象的同化量不會(huì)流入蜣螂體內(nèi)。

2.2 未利用的能量

2.2.1 問題設(shè)計(jì)

①為什么教材的圖5-6、 圖5-7 中不存在未利用的能量？ 而圖5-8 存在未利用的能量？

②未利用的能量指代的是哪部分能量？

③未利用的能量?jī)?chǔ)存在哪里？ 時(shí)間足夠長(zhǎng)的情況下，未利用的能量最終會(huì)被利用嗎？

④結(jié)合教材的圖5-6、5-7、5-8 總結(jié)什么情況下考慮未利用的能量，什么情況下不考慮？

2.2.2 教學(xué)策略解析 第1 個(gè)問題創(chuàng)設(shè)矛盾情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生興趣。第2 個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生由概念入手，明確研究對(duì)象： 未利用的能量，指的是未被自身呼吸作用消耗，也未被后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)和分解者利用的能量。第3 個(gè)問題拋磚引玉，引導(dǎo)學(xué)生突破矛盾聚焦點(diǎn)，達(dá)到新的認(rèn)知平衡：根據(jù)第2 問可知，未利用的能量以化學(xué)能的形式暫存于生態(tài)系統(tǒng)中。若時(shí)間足夠長(zhǎng)，一定時(shí)間內(nèi)未利用的能量其實(shí)還是會(huì)通過呼吸作用等方式被利用。第4 個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)：生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)有2 種分析方法，一種是 “定量不定時(shí)分析法”，另一種是“定量定時(shí)分析法”［3］。教材圖5-6展示第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)一定攝入量的最終去向，圖5-7展示生態(tài)系統(tǒng)一定同化量的最終去向，2 幅圖都反映一定能量的最終去向，是定量不定時(shí)的分析，不存在未利用的能量。而教材圖5-8 展示的是1915—1942年這一時(shí)間段內(nèi)賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)情況，是定量定時(shí)的分析，在這段時(shí)間內(nèi)存在未利用的能量。即一定時(shí)間范圍內(nèi)才存在未利用的能量，若不限時(shí)，一定的能量最終總會(huì)被消耗完。

2.3 能量傳遞效率的運(yùn)用范圍

2.3.1 問題設(shè)計(jì)

①若一只兔子的同化量為105，一只狼捕食了這只兔子，可否依據(jù)能量傳遞效率計(jì)算出這只狼攝食該兔子獲取的能量的取值范圍？

②能量傳遞效率的含義是什么？

2.3.2 教學(xué)策略解析 第1 個(gè)問題是學(xué)生的易錯(cuò)題，部分學(xué)生很可能依據(jù)10%～20%的能量傳遞效率計(jì)算出104～2×104的錯(cuò)誤答案，接著提出第2個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。通過這2 個(gè)提問的配合，旨在加深學(xué)生理解能量傳遞效率的運(yùn)用范圍： 能量傳遞效率是指下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)所有生物的同化量約為上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)所有生物的同化量的10%～20%，不適用于種群和個(gè)體。營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的能量傳遞效率不能用于計(jì)算個(gè)體之間能量傳遞，一只狼攝食一只兔子獲取的能量取值范圍無法通過營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率進(jìn)行計(jì)算。

2.4 區(qū)分“能量傳遞效率”和“能量利用率”，以及“能量多級(jí)利用”與“能量循環(huán)利用”

2.4.1 問題設(shè)計(jì)

①何謂提高能量利用率？ 圖1、圖2中哪個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的能量利用率更高？ 為什么？

②何謂能量傳遞效率？生態(tài)系統(tǒng)能量利用率提高，是否也意味著生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率提高？

③農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)b 中人糞便中的能量可否再次流入人體？ 通過什么途徑實(shí)現(xiàn)？

④農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)b 中人糞便中的能量2 次流經(jīng)人體，這部分能量是否被循環(huán)利用了？能量可以循環(huán)利用嗎？

2.4.2 教學(xué)策略解析 上述問題的材料源自于課后習(xí)題，使得提問形象具體，在課后習(xí)題的基礎(chǔ)上水到渠成地引導(dǎo)學(xué)生加深思考。第1 個(gè)問題讓學(xué)生明確“提高能量利用率”的含義，并學(xué)會(huì)利用能量流動(dòng)圖解判斷能量利用率的高低：提高能量利用率是指通過研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，使能量更多地流向?qū)θ擞幸娴牟糠郑ㄟ^能量流動(dòng)圖解，可知農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)b 中的能量能更多地流向?qū)θ祟愑幸娴牟糠?，所以能量利用率更高。?個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生回顧能量傳遞效率的基本概念，強(qiáng)化區(qū)分能量利用率與能量傳遞效率2 個(gè)概念。相較于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)a，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)b 能量利用率更高，但各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率依然是10%～20%，能量傳遞效率保持不變。

第3 個(gè)問題訓(xùn)練學(xué)生讀取圖文信息的能力，同時(shí)讓學(xué)生進(jìn)入情境，為第4 個(gè)問題的提出做好鋪墊。學(xué)生根據(jù)能量流動(dòng)圖解可以看出：人糞便中的部分能量可先后經(jīng)由沼氣池中的微生物、 食用菌的同化作用，最后又以食物中化學(xué)能的形式再次被人類攝取。第4 個(gè)問題創(chuàng)設(shè)矛盾情境引起認(rèn)知沖突，最終引導(dǎo)學(xué)生達(dá)到新的認(rèn)知平衡，并強(qiáng)化區(qū)分“能量多級(jí)利用”與“能量循環(huán)利用”2 個(gè)概念： 人糞便中的能量第1 次流經(jīng)人體時(shí)未被消化吸收、同化利用，第2 次流經(jīng)人體時(shí)才有部分以食物中化學(xué)能的形式被同化利用，因此這部分能量并未被循環(huán)利用，這被稱之為實(shí)現(xiàn)了能量的多級(jí)利用，能量不能循環(huán)利用。

2.5 生命系統(tǒng)的有序性

2.5.1 問題設(shè)計(jì)

①?gòu)臒崃W(xué)第二定律可以推知，一個(gè)特定體系的有序性要增加，其環(huán)境的無序性便必須增加［5］，請(qǐng)據(jù)此推測(cè)生命系統(tǒng)如何保持自身的高度有序性。

②生命系統(tǒng)降低環(huán)境的有序性以增加自身的有序性的具體途徑是什么？

2.5.2 教學(xué)策略解析 第1 個(gè)問題以熱力學(xué)第二定律作為問題的切入點(diǎn)，聯(lián)系學(xué)科間知識(shí)，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生達(dá)成認(rèn)識(shí)： 生命系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，它能通過吸收外界環(huán)境中的能量維持自身的有序性，在增強(qiáng)自身有序性的同時(shí)降低環(huán)境的有序性。第2 個(gè)問題解答生命系統(tǒng)維持自身有序性的生物學(xué)途徑，完善生物學(xué)科知識(shí)體系構(gòu)建：生命系統(tǒng)是與外界環(huán)境緊密聯(lián)系的開放系統(tǒng)，它不斷地與外界環(huán)境發(fā)生物質(zhì)和能量的交換。它從環(huán)境吸收日光（植物）或富含自由能的有機(jī)物（動(dòng)物、真菌等），而將熱及含自由能很少的簡(jiǎn)單物質(zhì)（代謝廢物）送回環(huán)境。環(huán)境熵增而生命系統(tǒng)從環(huán)境中吸收負(fù)熵［6］。

3 教學(xué)反思

筆者通過問題引導(dǎo)式的教學(xué)策略解決上述5個(gè)疑難知識(shí)點(diǎn)，收效顯著：不但通過環(huán)環(huán)相扣的提問逐步降低了新知識(shí)的難度，深入淺出地解決了難點(diǎn)問題，而且立足舊知識(shí)、解決新問題和創(chuàng)設(shè)矛盾情境的提問方式也極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了學(xué)生質(zhì)疑、探索的科學(xué)精神，達(dá)成了“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的教學(xué)目標(biāo)。