基于“情境—模型建构”的“生态系统的能量流动”一节的教学设计

2017-02-18陈旗建

生物学教学 2017年6期

陈旗建

(江苏省苏州工业园区第二高级中学 215121)

1 教材分析及设计思路

“生态系统的能量流动”是人教版高中生物学教材必修3《稳态与环境》第5章第2节的内容，具体涉及生态系统的能量流动过程和特点以及研究能量流动的实践意义。学生已学习了种群、群落、生态系统的结构等知识，还学习了光合作用与细胞呼吸等知识，为本节内容的学习提供了一定的基础。能量流动过程与特点是十分抽象的概念，是本节教学的重点与难点。突破的关键在于引导学生理解“能量流经第二营养级示意图”“生态系统能量流动示意图”“赛达伯格湖的能量流动图解”和“能量金字塔”等模型。笔者结合教学实践，探讨基于情境—模型建构的“生态系统的能量流动”教学策略，取得了较好的教学效果。

2 教学目标

2.1 知识目标分析生态系统能量流动的过程和特点，分析某个生态系统的能量传递效率，举例说明研究能量流动的实践意义。

2.2 能力目标尝试运用模型方法和系统方法分析能量流动问题，尝试调查农田生态系统中的能量流动情况。

2.3 情感态度与价值观目标认同生物与环境是一个统一的整体，关注人类活动对生态系统能量流动的影响。

3 教学过程

3.1 创设问题情境，激发探究欲望将鲁滨逊荒岛求生素材改编成动画，并提出问题：“鲁滨逊不幸流落荒岛，只有15kg玉米和1只母鸡可食用，他该怎样吃才能维持更长时间的体力？”激发起学生探究的强烈欲望，给予学生充分讨论并归纳出：“策略一：先吃鸡，再吃玉米；策略二：先吃玉米，同时用部分玉米喂鸡，吃鸡产的蛋，最后吃鸡；……”哪种策略更合适呢？面对学生的激烈争论，留下悬念：需要大家利用所学的生态系统能量流动的知识去分析、判断哪种策略更好。

3.2 透析食物链，自主建构能量流动模型引入课题后，引导学生从什么角度切入“生态系统的能量流动”的知识学习是非常重要的问题。学生已学习了种间关系、生态系统的营养结构等知识，从学生已有的发展水平出发，引导他们从食物链角度切入，为学习能量流动的知识建构起一个支架，让学生更易切入本节内容的学习。

3.2.1 创设草原情境，建构食物链创设草原生态系统视频情境，引导学生观察其中的茅草、蝗虫、粉红椋鸟、狐狸等生物，分析、说出这四种生物如何构成一条食物链，为建构四个营养级组成的模型打下伏笔。

3.2.2 例析茅草能量流动，建构生产者能量流动模型引导学生从能量来源与去路角度分析并尝试建构生产者茅草的能量流动模型。利用学生已学的光合、呼吸与分解者等知识，以及生活经验的支持，引导学生讨论、分析、建构出生产者的能量流动模型。

3.2.3 透析蝗虫能量流动，建构初级消费者能量流动模型蝗虫作为初级消费者，在建构生态系统能量流动模型中具有特别重要的作用。让学生自主建构形成蝗虫的能量流动模型，粉红椋鸟、狐狸等更高营养级的消费者能量流动模型就会迎刃而解。为此，从三个层次依次展开蝗虫能量流动模型的建构。

首先，如何理解蝗虫同化能量与摄入能量的关系是建构模型的难点。剖析蝗虫摄食与排便行为，可突破同化量与摄入量的关系。为此，创设蝗虫啃食茅草的视频和蝗虫在茅草叶上产生粪便两个情境。进而讨论、分析、建构出蝗虫摄入食物中能量-粪便中能量 =同化能量。其次，剖析蝗虫不同水平能量流动情况，明晰研究能量流动模型的思路与方法。创设情境：呈现蝗虫从若虫到成虫的生长、发育和繁殖图片。同时，呈现粉红椋鸟捕食蝗虫以及大量蝗虫的遗体图片。让学生观察、分析、讨论，认识到蝗虫同化能量的三个去向，建构起蝗虫种群水平能量流动模型，同时学习从个体、种群水平上研究能量流动模型的科学方法，进而启发学生进一步从营养级水平、生态系统水平分析能量流动模型。最后，引导学生分析、归纳，构建初级消费者能量流动模型。创设情境：兔子吃草及排粪便的视频，进而设问：能量流经草原上的兔、羊等其他初级消费者的模型与蝗虫相似吗？组织学生开展活动一：利用“初级消费者摄入”“初级消费者同化”“分解者分解”“用于生长发育和繁殖”以及“粪便”“呼吸作用”及相关箭头与符号等图片，分小组讨论并尝试建构初级消费者的能量流动模型。进一步组织全班学生进行分析、纠错，建构出模型。通过活动，引导学生把从情境中获得的事实性知识，抽象、升华出初级消费者能量流动模型的概念性知识。

3.2.4 引导学生类比推理，建构第三、四营养级能量流动模型启发学生把次级消费者粉红椋鸟、三级消费者狐狸的能量流动与蝗虫进行类比推理，并设问：最高营养级狐能量的流动与蝗虫、粉红椋鸟有什么不同？通过分析，认识到最高营养级能量主要有自身呼吸作用和流向分解者，从而建构其能量流动模型。

3.2.5 组织学生自主活动，构建生态系统能量流动模型组织学生开展活动二：每组学生利用“生产者”“初级消费者”“次级消费者”“三级消费者”“分解者”“呼吸作用”及粗细不等的箭头符号等图片，分小组讨论并尝试建构生态系统能量流动模型。让学生自主分析判断每种成分能量的来源与去路、箭头的粗细选择及其方向等问题，进而组织不同小组展示、说明建构的模型，在讨论、修正中建构出正确的模型。

3.3 基于模型分析，建构生态系统能量流动的概念与特点基于建构能量流动概念模型，设计问题串：根据模型说出生态系统能量流动的概念、生态系统能量流动的起点和渠道分别是什么？尝试推测生态系统能量流动的特点是什么？引导学生在讨论、分析中，抽象出生态系统能量流动的概念与特点。但是有科学实验支持吗？然后引出生态学家林德曼研究赛达伯格湖能量流动得出的实验数据图解，进而引导学生进行数据分析，厘清每个营养级能量来源与去路，进一步计算出在相邻营养级之间的能量传递效率。再进一步提问：林德曼实验能否解释能量流动的特点？进而抽象出能量流动的特点。

3.4 透析数学模型，转换能量流动模型能量金字塔是另一种形式的模型，让学生能理解、建构能量金字塔模型的策略是：利用多媒体动画，将赛达伯格湖能量流动模型逐步简化，只留下三个营养级同化能量值，利用动画变形为金字塔，引导学生建立起“生态系统能量流动”模型与“能量金字塔”模型之间的本质联系及不同模型间的转换。

3.5 前呼后应，运用模型解决问题让学生将导入鲁滨逊不同的生存策略放到模型中去分析，自然迎刃而解。再结合现实生活实际问题，让学生利用能量流动模型等知识，不仅能认识研究能量流动的意义，又能在解决问题中提升能力。