培养初中生物质与能量观的教学实践策略

方许武

1 生物学科核心素养中的物质与能量观

生命观念、科学思维、科学探究和社会责任为生物学四大核心素养。其中，生命观念是生物学核心素养的标志，而结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等是生命观念中的关键能力。

生物学科是研究生命现象和生命活动规律的科学，初中学生要具备的物质与能量观，就是通过初中生物课的学习，理解生命既是物质的，也是能量的、生物个体的生命活动以及生物圈中处处伴随着物质和能量的转化。教师在初中生物教学中渗透物质与能量观，有助于引导学生运用辩证思维更好地认识生命，形成科学的自然观和世界观，指导探究生命活动规律，解决实际问题。

2 初中生命观念中的物质与能量观的内涵

初中生命观念中的物质与能量观包括3层含义：生物生命活动过程中的物质与能量转化体现在细胞、个体以及群体三个水平上;绿色植物在生物圈中的能量流动和物质循环中具有重要的作用;物质是能量流动的载体，能量是物质代谢的动力，二者彼此相互依存，不可分割。

3 初中生物物质与能量观的教学实践

3.1 重视教学内容的知识结构，促进概念学习结构化

教材以最简约、最概括的方式反映了生物学的特性、生命规律、生命现象，是科学真理的客观反映，呈现出高度的逻辑结构，初中生物教材虽然是根据概念特点进行编排的，但是概念本身的结构性并不等同于学生认知的结构化。奥苏伯尔认为认知结构是有意义学习的结果和条件，是书本知识在学生头脑中的一种再现形式。他认为，在学习过程中概括性强、清晰、牢固具有可辨和可利用性的认知结构有着十分重要的作用，教学的主要任务是帮助学习者树立对教材的清晰、牢固的认知结构。

对于初中生物质与能量观的培养而言，物质与能量观并不等同于生物学重要概念，它具有统摄性和上位性，是众多概念的归纳和总结。物质与能量观念的形成并不能一蹴而就，而是在学习基本概念的基础上，当众多概念被学生真正的吸收并结构化以后形成的。初中生物教材中有着丰富的、体现在不同水平上的物质与能量观视角下的生物学现象、事实及概念，但它们并没有按照物质或能量主题进行排列，而是分布在不同的章节中。为了促进学生形成物质与能量观，教师要在分析教材的基础上，对相关内容进行整体把握并形成物质与能量视角下的知识结构框架（图1），并在教学过程中潜移默化的培养学生物质与能量观。

例如，在复习课中，教师应着眼于物质与能量视角，梳理整合教学内容，将生态系统、人体的消化与吸收、光合作用和呼吸作用等知识进行有机整合，构成不同层次生命体系中的概念联系，促进物质与能量观的形成。在评价与检测环节中，教师应当注重在任务情境中训练学生思考问题的视角，促进物质与能量观念的内化与发展。只要教师充分基于课程标准，重视教学内容的知识结构，促使概念学习结构化，就能够培养学生形成一定的物质与能量观念。

3.2 多措并举，构建物质与能量观念

物质和能量的关系不但是物理学的研究领域也体现着生物学的基本思想：物质的转化通常伴随着能量的转化;物质的代谢离不开能量;物质转化不一定与能量转化完全重合。在具体的教学实践中，教师应利用多种途径，帮助学生构建物质与能量观。

在实验教学中凸显物质与能量的变化，强化物质与能量观念。生物学是一门以实验为基础的学科，初中阶段最能反映物质与能量变化的典型实验是光合作用实验和呼吸作用实验。这两个实验主要安排在苏教版七年级上册中，这对于刚刚进入初中阶段的学生来说有一定的难度，因此教师在教学过程中要结合多种手段让学生充分参与实验，由宏观的实验现象入手，分析微观的实验原理，总结物质与能量变化，从而帮助学生培养物质与能量观。例如，在植物光合作用的实验中，首先让学生充分参与实验过程，观察天竺葵叶片遮光部分与未遮光部分在滴加碘液后的颜色变化，总结出未遮光部分变蓝的原因是因为叶片中的叶绿体在阳光下进行光合作用合成了淀粉，所以遇碘变蓝，由此学生能够真切地认识到光合作用的产物之一是淀粉，且光是光合作用的条件。教师再结合金鱼藻实验，分析带火星的木条复燃的原因，总结出光合作用能够产生氧气。通过对这些宏观的实验现象进行观察、分析和总结，学生能够对光合作用物质变化有进一步的认识。再通过观察种子萌发实验过程中的温度变化实验，以及煅烧小麦种子的实验，学生能够进一步认识到：有机物中储存着能量，且这些能量来自于光合作用固定的太阳能。通过一系列的实验教学学生能够对：光能转变为化学能储存在有机物中，这一光合作用的能量变化有了进一步的认识并内化。

教师要帮助学生建立物质与能量观思维模式。思维模式的形成并不是一蹴而就的，需要建立在对概念有着深刻的理解以及有效应用的基础上。在生态系统这一章节中，教材安排了两个重要的讨论环节：讨论生态系统中的能量流动、讨论生态系统中的碳循环。教师在设计教学活动时，应该遵循物质变化与能量变化两条主线，帮助学生建立物质与能量观思维模式。例如在结合“草→兔→狼”这一食物链讨论能量变化的时候，教师可以设计以下问题：能量的最终来源是什么？该食物链能量流动的起点是什么？太阳能是如何进入草体内的？前一个营养级的能量会全部流入下一个营养级吗？为什么？能量是通过什么方式流入下一个营养级的？在讨论生态系统中的碳循环过程中可以设计如下问题：碳循环的主要形式是什么？绿色植物、动物和微生物在碳循环中分别发挥着怎样的作用？通过对上述问题的讨论和分析，学生能够对能量流动的特点以及物质循环的规律有着一定的认识，并在教师的引导下得出：物质转化不一定与能量转化完全重合，物质可以循环往复，但能量只能单向流动，两者既互相依存又有所区别。在此基础上，学生分组讨论、设计、制作生态瓶并交流设计方案。这些教学活动可以帮助学生建立物质与能量观思维模式。

教师只有对初中阶段生物教材有着整体的把握，并在教学过程中时刻注重物质与能量观，才能够帮助学生形成科学的物质与能量观：物质是能量流动的载体，能量是物质代谢的动力，二者彼此相互依存，不可分割。另外，學生才会进一步对绿色植物在生物圈中的能量流动和物质循环中具有的重要作用有深刻认识。

3.3 加强应用与实践，巩固内化物质与能量观念

在学生初步形成物质与能量观的基础上，教师要进一步巩固和加深其对“物质与能量”的认识。此时，教师要引导学生应用物质与能量观念分析、解决问题，便可内化升华、巩固观念。例如，结合校园里“开心农场”试验田，教师引导学生结合物质与能量视角，自主设计并亲身体验作物通风透光、合理密植、套种间作等物质与能量观原理在农业生产中的应用。其次是通过设计相关试题让学生在应用中加深认识。例如，课上展示桑、蚕、鱼塘生态农业示意图，教师提问：该生态农业中物质是如何循环利用的？该生态农业中能量流动的途径是什么？该生态农业中还存在什么不足，如何改进？请结合示意图思考。这样让学生在应用观念解决问题的过程中巩固物质与能量观念。

物质与能量代谢是生命的本质特征，物质循环和能量流动是生态系统维持和运转的链条，自然生态系统具有一定的自我调节能力，但对于生物圈这个特殊生态系统而言，人类活动有着不可低估的影响。培养形成物质与能量观的价值还在于提供解决个人和社会问题的视角和方法策略，即指向社会责任，让学生在日常生活实践中以物质与能量观念指导自身的一言一行。在此基础上，学生能够重新审视周围的环境问题，每当学生在生活中努力践行低碳生活、节约用电用水等良好生活习惯时，都能够不断内化并形成物质与能量观念。

参考文献：

[1]钟志贤.大学教学模式革新：教学设计视域[M].北京：教育科学出版社，2008：233.

[2]陈侠.以物质与能量视角认识生命本质促进生命观念形成[J].生物学通报，2017（08）：18-21.