基于模型教学的“生态系统的能量流动”教学设计

■海南省洋浦中学 李先华

一、教材分析与设计思路

“生态系统的能量流动”是人教版高中生物学必修3第5章第2节的内容，主要讲述了生态系统的能量流动过程、特点和实践意义。本节内容承上启下，既能深化学生对前面所学的种群、生态系统的组成成分和食物链（网）等相关知识的理解，同时也为后续学习生态系统的物质循环、信息传递和稳定性等内容奠定基础。之前，学生已经掌握了细胞、个体、种群、群落和生态系统等生命系统结构层次，也学习了光合作用和呼吸作用等微观的生物学知识。通过本节内容的教学，使学生进一步学会建构模型、分析实验数据和运用理论知识指导实践的能力，这对于发展学生的科学思维，形成良好的生命观念和增强学生的社会责任感都有非常重要的意义。如何引导学生建构生态、系统的能量流动模型并对模型进行定性和定量分析，从而使学生通过归纳总结主动生成生态系统的能量流动过程和特点等重要概念，是本节课的重点和难点。

为了突破教学重难点，教师要引导学生建构生态系统的能量流动模型并对模型进行定性分析，接着创设问题情境，引导学生进一步定量分析林德曼的赛达伯格湖的能量流动模型，主动生成生态系统的能量流动概念，并指导学生如何将理论知识迁移到高效生态农业等实践活动中，进一步深化学生对教学重难点的理解。

二、教学过程

（一）导入

以教材“问题探讨”中《鲁宾逊漂流记》中的片段导入新课，引导学生分组讨论：哪种生存策略能让漂流者维持更长时间等待救援？学生分组讨论后，教师可以暂不作出评论，留下疑问，为后面的学习埋下伏笔。

设计意图：这样的导入方式不仅可以成功地引入新课，还可以引发学生对解决社会问题的好奇心，激发学生对生态系统能量流动学习的强烈欲望。

（二）构建生态系统能量流动的模型

教师引导学生选出三条熟悉的食物链：草→兔→狼、树→虫→鸟、草→虫→蛙→蛇，将印有上述食物链各种生物、分解者、呼吸作用、光合作用、粗细不同的箭头的硬卡片分发给学生，引导学生分小组合作构建每条食物链能量流动模型，教师参与指导讨论，同时通过希沃授课助手（seewo）将每个小组的模型构建过程展示在大屏幕上，教师组织学生讨论评价每个小组构建的模型并提出合理化建议。

图1

接着教师设计问题串：生态系统的能量最终来源是什么？能量流动的起点是什么？能量流动的主要渠道是什么？能量流动的主要形式是什么？流动过程中发生了哪些形式的能量转化？能量最终流向了哪里？学生分小组讨论并派代表回答上述问题，在分析讨论的过程中使学生进一步体验知识、感悟能量流动形式，并不断归纳、总结、内化知识概念。

设计意图：学生通过构建食物链的能量流动模型，深刻领悟、体验各营养级的能量来源、去向、形式及能量在生产者、消费者中流动的区别。通过构建能量流动模型可以使学生由具体到抽象、由个别到一般深度感悟生态系统能量流动的过程、主动生成能量流动的概念，从而使学生形成正确的物质能量观。

（三）定量分析生态系统能量流动的模型

以美国生态学家林德曼的赛达伯格湖能量流动模型为例，引导学生以表格的形式将模型中的数据进行整理如下：

营养级第一营养级_第二营养级__第三营养级_______________分解者流入____________________________能量464.6_________62.8__________12.6_________14.6_________流出能量（输入后一个营养级）________62.8_________12.6_________出入比13.52%20.06%——__________—___________——__—___

教师接着组织学生根据已有的知识经验，观察分析讨论表格中的实验数据，对能量流动的特点规律作出假设，并对假设展开讨论，使学习小组之间产生认知冲突，激发学生深度科学探究的强烈愿望。同时教师要对学生作出的假设、提出的观点及时鼓励，引导学生思考如何利用实验数据验证假设并得出正确结论。教师鼓励学生分组计算各营养级之间的能量传递效率，组员之间相互检查、指正、形成统一答案后，派代表展示计算结果并简要总结能量流动规律特点，并与自己作出的假设进行对比，引发学生通过比较分析，深入思考生态系统的能量流动规律。

设计意图：通过收集、整理、分析实验数据，学生学会运用数据、并从实验数据中提出问题、作出假设，并利用数学统计的方法分析比较数据，计算能量传递效率，用真实的数字验证假设、得出结论、比较结论、评价结论、修正结论。这样，学生通过运用假说演绎法、比较分析从实验结论中总结归纳一般规律，进而发展学生的科学思维，并体验数学方法在生物学研究中的应用。

（四）问题链驱动多角度分析能量流动模型

教师设计以下问题链：林德曼的赛达伯格湖能量流动模型每一营养级中的能量都流向了哪里？比例是多少？该模型除表格形式表示外，还有其他表示方法吗？“一山不容二虎”蕴含着什么生物学原理？同学们还可以提出什么研究问题？请学生分小组讨论，教师参与指导，每小组展示自己的研究问题并展示研究成果。由教学实践可知，有的学习小组以扇形图等方式分析每一营养级中的能量流动去向及比例；有的学习小组根据能量流动模型的数据构建出生态金字塔；有的学习小组根据能量传递效率的规律分析出“一山不容二虎”的生态学原理，并得出食物链的长度一般不会超过五个营养级；也有学习小组提出在农业生产中应适当增加人工生态系的物种多样性以提高能量的利用率。根据学生的讨论结果，教师可以进一步向学生提供“桑基鱼塘”等著名的生态系统案例供学习小组分析讨论。最后教师再次质疑：《鲁宾逊漂流记》中哪种生存策略能让漂流者维持更长时间等待救援？学生分组讨论后、回答。教师进一步质疑：平时生活中人类如何做才能使世界的粮食养活更多的人，减少贫穷和饥饿？

设计意图：学生在分析林德曼的赛达伯格湖能量流动模型后，对生态系统的能量流动传递规律很感兴趣，教师可以抓住学生的兴趣点继续追问、补问，升华学生对知识的理解，提升问题的难度和广度，激发学生从不同的角度分析能量流动模型，并鼓励学生联系生活实际提出自己的问题加以讨论。这样，不仅使学生对能量流动的规律有了更深的理解，也提升了学生的认知水平和思维能力，激发学生的探究欲望和运用生物学知识解决生产生活问题的责任感、使命感。