多元知识表征异构“能量流动”

杨 婧

(江苏省南京师范大学附属中学新城初级中学黄山路分校 南京 210019)

“生态系统中的能量流动”是苏教版生物学八年级上册第19章生态系统中第2节生态系统中的能量流动和物质循环一节的教学重难点，教材利用语义图示作为知识表征，叙述了能量流动的起点、例析不同营养级生物的能量消耗、能量流动的特点等相关内容。这部分内容以“生物与环境的关系、光合作用和呼吸作用的原理、微生物的营养方式及在自然界中的作用”的学习为基础，促进学生发展生物学核心素养：形成物质与能量观、建构生物和环境是统一体的生命观念。能量流动是生态系统的重要功能之一，从知识表征分析，教学设计主要有以下三种类型。

1 问题导学，语义图示表征重要概念

1.1 教学设计 一般分三个环节进行。环节一：呈现语义图示(教材第108页生态系统中的能量流动示意图)作为背景，引导学生提炼出其中的食物链是：草→兔→狼；环节二：师生讨论基于此食物链的“问题串”：①草与兔、兔与狼之间是什么关系？②草进行生命活动的能量来自哪里？兔和狼呢？③草、兔、狼体内的能量除了用于各自的生命活动，还有哪些去向？④兔是否可以获得狼体内的能量？草是否可以获得兔体内的能量？为什么？环节三：师生共同归纳能量流动的起点和特点，辅以习题训练完成概念学习。

1.2 评价 教材中的语义图示呈现出一个草地生态系统，抽象知识蕴含其中。教师利用图示设计“问题串”，是符合学科课程标准的教学设计。学生也较为习惯这种学习方式，听、记结合完成学习任务。教师运用这种教学设计时，既能确保教学进度，又利于课堂教学的组织管理。但由于这部分内容属于概念教学的新授课，理论性相对较强，需要提供更多可视化的资源帮助学生建构概念学习与现实生活之间的关联。

2 情景体验，模拟游戏表征概念发生

2.1 教学设计 环节一：模拟游戏活动1。基于教材中的语义图示创设情景，将班级设想成一个生态系统，学生根据意愿分别扮演“草”“兔”“狼”等角色，教师不做限定。在游戏中，学生演绎草、兔、狼之间取食与被取食的关系，通过自身位置的改变，可视化呈现出草、兔、狼的数量及能量来源和去向。环节二：回顾游戏过程，分析：①扮演草、兔、狼的学生数量是否合理？为什么？②在模拟能量流动过程时，移动到下一营养级的“草、兔”数量是否合理？为什么？环节三：模拟游戏活动2。教师另选择三位身材相近、高矮不一的学生分别扮演草、兔、狼，通过学生可视的身高来表征能量多少，身材较高的表示能量较多。参与活动的学生根据模拟游戏1的结论选择角色排序，并阐述理由。若三位扮演者站位有误，则其余学生帮助他们调整顺序，阐明调整理由，最终得出能量流动的起点和特点。

2.2 评价 游戏是学生喜爱的课堂互动学习形式，教学中，教师遵循学生认知发展规律，将教材中的语义图示变化为生态系统这一实物表征，引导学生分析游戏中的问题，从局部到整体理解能量流动。在经历感受、分析的过程后，补充体验应用，请三位学生通过队列展示能量流动的特点，一方面直观地暴露出学生对学习存在的认知问题，另一方面可视化地检测出学生对知识的内化情况。

3 思维训练，实物模型建构重要概念

3.1 教学设计 环节一：教师布置学生课前调查养殖场、养宠物的家庭或动物园，计算：①动物每增加1kg体重，需要消耗多少千克食物？②动物每增加1kg体重消耗食物为什么不是1kg？环节二：课堂上，学生分组合作学习：①辨别教师提供的符号表征，估计大小不同的卡片(分别代表草、兔、狼，卡片的大小表示生物数量的多少)和粗细不同的箭头(箭头的粗细表示传递到下一营养级生物体内能量的多少)的含义；②贴出教材语义图示中的食物链，并阐明理由；③教师指导、纠错，使用道具(一大一小两个塑料梯形立方体和一个更小些的塑料三角锥)建构能量流动金字塔模型。环节三：进行传水接龙模拟能量流动的过程，分析：①盛水容器和水分别代表什么？②倒入下一容器的水量多少为宜？③点评小组完成情况并分析原因。

3.2 评价 初中阶段侧重概念的初步理解，学习生物学核心概念，需要以生物学事实、现象为支撑，需要以科学思维方法为途径[1]。教师指导学生在实地调研中获得相关数据等直观表征，在科学计算及比较分析中提升思维品质，发展科学思维。学生在摆放、交换卡片和箭头时，以实物为载体，实现思维可视化。“传水”活动中，往往会出现倒多的情况，学生常选择将水往回倒的动态资源：“水模拟能量，能量可以回传吗？”在此过程中，学生的思维得到深度发展。这种基于教材又超越教材的处理方式，综合运用了语义图示、实物模型、实地调查、图形符号等表征来进行概念教学的设计。

4 总结

基于生物学表征多元化的教学，可以将课堂教学结构大致规划为三个阶段，即感性认识阶段、理性认识阶段和体悟应用阶段。“能量流动”是生物学中的重要概念，是教材中的教学片断，可以依托学校层次、班级层次和教师专业发展水平选择不同的知识表征进行教学设计，激发出不同的思维方式(表1)。

表1 不同的知识表征对应的思维方式特点

“问题导学”的教学设计紧扣知识目标，层递式“问题串”条理清晰，在语义图示的刺激下，言语表征得到最大发挥，能够较准确地达成教学目标，尤其适合刚入职的新教师或者中等层次的学校、班级。“情景体验”的教学设计是一个学生循序渐进参与体验的过程，需要教师有较强的课堂组织管理能力，引导学生在多元化知识表征中理解重要概念，以客观的状态分析体验时的主观行为，方能达成教学目标，多数学校、班级均可尝试。

“思维训练”是一种较为理想的教学方式，在课堂教学中，多元化知识表征展现出较高级的思维情景，教师善用课堂动态生成资源，引导学生进行深度学习，建构重要概念间的有意联系达成教学目标。这一教学设计对教师和学生的素养要求都很高，学生模拟事物的发生、发展，在感性认识中获得理性认知。因此，适合有一定专业水平的教师尝试和探索，需要学生在长期训练的过程中才能达成理想的效果。