張 純 （南京師范大學(xué)附屬揚(yáng)子中學(xué) 江蘇南京 210048）

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)圖歷來(lái)是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的難點(diǎn)，也是高中生物學(xué)的高頻命題點(diǎn)。由于學(xué)生對(duì)能量關(guān)系的認(rèn)識(shí)模糊，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確地判斷能量的來(lái)源和去路，不能判斷能量值之間的數(shù)量關(guān)系，不能準(zhǔn)確地計(jì)算能量的傳遞效率。

進(jìn)入一輪復(fù)習(xí)的學(xué)生，對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的單向傳遞和逐級(jí)遞減的特點(diǎn)及10%～20%傳遞效率已有一定的了解。在課堂中，教師可利用隨手可得的材料，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型，清晰再現(xiàn)能量傳遞過(guò)程，化抽象為形象、變靜態(tài)為動(dòng)態(tài)，使知識(shí)化難為易，直觀明了地體現(xiàn)抽象、肉眼看不到的能量傳遞的過(guò)程。

1 “剪切”紙片——確定不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量

1.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

教師提出問(wèn)題：能量流動(dòng)的渠道是食物鏈和食物網(wǎng)，如果用不同顏色的紙代表不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)，用紙片的面積大小表示能量的多少。假如此生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能的大小用20*20 cm的黃色紙片表示，那么，其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化的能量用多大的紙片（正方形或長(zhǎng)方形均可）代表比較合適？這條食物鏈上最多有幾個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？

1.2 學(xué)生活動(dòng)

因?yàn)閷W(xué)生已有能量傳遞效率為10%、20%的知識(shí)儲(chǔ)備，所以能計(jì)算出：

如果以能量傳遞效率10%計(jì)算，生產(chǎn)者（400）→初級(jí)消費(fèi)者（40）→次級(jí)消費(fèi)者（4）→三級(jí)消費(fèi)者（0.4）→，紙片模型如圖1所示。

圖1 能量傳遞效率為10%的能量流動(dòng)紙片模型

如果以能量傳遞效率20%計(jì)算，生產(chǎn)者（400）→初級(jí)消費(fèi)者（80）→次級(jí)消費(fèi)者（16）→三級(jí)消費(fèi)者（3.2），紙片模型如圖2所示。

2 “拆分”紙片——確定能量的來(lái)源和去路

圖2 能量傳遞效率為20%的能量流動(dòng)紙片模型

2.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

教師提出問(wèn)題：生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能是流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量。但是，生產(chǎn)者同化的能量只有一部分傳遞給初級(jí)消費(fèi)者。在物理中，我們已經(jīng)學(xué)過(guò)了能量守恒定律，那么，其他的能量到哪里去了？請(qǐng)?jiān)诤线m大小的紙片上寫(xiě)上能量的去路。

2.2 學(xué)生活動(dòng)

學(xué)生討論和查閱課本后，能夠得出：生產(chǎn)者同化的能量，一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失，另一部分儲(chǔ)存在植物體內(nèi)，用于自身的生命活動(dòng)。儲(chǔ)存在植物體內(nèi)的能量，一部分隨著植物體的衰老死亡以枯枝落葉的形式被分解者分解而散失，另一部分通過(guò)初級(jí)消費(fèi)者的取食而流入第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)。學(xué)生能夠列出如圖3所示的能量去路圖。

圖3 能量去路的紙片模型圖

3 “回拼”紙片——確定能量之間的關(guān)系

3.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

教師提出問(wèn)題：生產(chǎn)者同化的能量，除了呼吸消耗，初級(jí)消費(fèi)者同化和分解者分解這三條途徑之外，還有部分的能量未被利用，由于能量守恒定律，所以這四個(gè)紙片的大小總和應(yīng)該是等于生產(chǎn)者同化量紙片的大小。請(qǐng)分別將紙片回拼到初級(jí)消費(fèi)者同化的能量和生產(chǎn)者同化的能量上。

3.2 學(xué)生活動(dòng)

初級(jí)消費(fèi)者同化的能量一部分呼吸消耗以熱能形式散失，一部分傳給次級(jí)消費(fèi)者，一部分被分解者分解，還有一部分未被利用。學(xué)生將這四個(gè)紙片貼回到初級(jí)消費(fèi)者同化的能量（圖4）上。

同理，生產(chǎn)者同化的能量也可以分成四個(gè)部分，而且這四個(gè)部分的也是可以回拼回來(lái)的，如圖5所示。

4 教學(xué)反思

圖4 學(xué)生回拼的紙片模型

圖5 生產(chǎn)者同化能量的紙片模型

生物學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，由于受到主、客觀因素的限制，生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過(guò)程在高中階段很難通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行觀察和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。這時(shí)，模擬實(shí)驗(yàn)就能有效進(jìn)行補(bǔ)充，可突破時(shí)間和空間的限制，清晰再現(xiàn)能量傳遞過(guò)程。

首先，根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展觀，高中生的認(rèn)知發(fā)展水平屬于形式運(yùn)算階段，此階段學(xué)生抽象思維較強(qiáng)。用紙片模擬生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)過(guò)程，給學(xué)生一個(gè)新的刺激情境，學(xué)生在這個(gè)情境中利用已有的圖式或認(rèn)知結(jié)構(gòu)，通過(guò)邏輯思維把動(dòng)態(tài)拼圖的過(guò)程整合到自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在教師的引導(dǎo)下突破“最近發(fā)展區(qū)”，把外在的知識(shí)內(nèi)化為自己的知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的同化和加深。

其次，拼圖活動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)生成的過(guò)程，從不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量傳遞效率到某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的去路，逐層展開(kāi)，化繁為簡(jiǎn)，構(gòu)建了學(xué)生知識(shí)動(dòng)態(tài)生成過(guò)程，保證了課堂教學(xué)效果。通過(guò)覆蓋、疊加和逐層分解的操作，能體現(xiàn)不同能量之間的包含關(guān)系，有助于學(xué)生理解其中的等量關(guān)系。

最后，反復(fù)的能量分解和能量合并能夠加深學(xué)生對(duì)模型的理解。教師若只是將自己構(gòu)建的模型簡(jiǎn)單灌輸給學(xué)生，無(wú)疑剝奪了學(xué)生思考的權(quán)利，也失去了鍛煉學(xué)生能力的寶貴機(jī)會(huì)。為了取得對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的認(rèn)識(shí)，并對(duì)能量流動(dòng)過(guò)程有感性的認(rèn)識(shí)，通過(guò)對(duì)紙片的剪切和紙片的拼圖來(lái)幫助學(xué)生記憶和理解知識(shí)點(diǎn)，思考解決問(wèn)題的方案并動(dòng)手操作。模擬實(shí)驗(yàn)操作的可重復(fù)性、學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)獲取知識(shí)過(guò)程的體驗(yàn)性、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象視覺(jué)沖擊的震憾性可以幫助學(xué)生理解抽象的能量流動(dòng)過(guò)程和數(shù)據(jù)的關(guān)系。