指向科学探究的“生态系统的能量流动”教学设计

黄淑峰

摘要：本节课通过学生分析林德曼赛达伯格湖能量流动的实验数据，进而自主探究、生成并掌握能量流动的过程和特点，并模拟绘制能量金字塔。将静态的科学史转化为动态的科学探究过程，将教材知识的传授与生物学核心素养的培育相结合，在课堂教学的实践中落实新课标的要求。

关键词：能量流动;实验数据;科学探究;核心素养

中图分类号：G633.91 文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）07-093

一、设计思路

本节课通过学生分析林德曼的赛达伯格湖能量流动的实验数据，从而自主探究、生成并掌握能量流动的过程和特点。

二、教学目标

（1）通过赛达伯格湖生态系统中能量流动的数据分析，掌握生态系统能量流动的过程和特点，阐述生态系统能量流动的概念。

（2）通过赛达伯格湖生态系统中能量流动的数据分析，提高分析数据、整理数据、处理数据的能力，逐渐培养与人合作及科学探究的能力。

（3）通过分析、推算生态系统的能量传递效率，培养学生的运算能力和思维推理能力。

三、教学过程

第1环节：温故而知新，由食物链导入新课

首先请一位学生在黑板上书写出任意一条生活中常见的食物链。教师点评并设疑：食物链的这种表达方式体现了它具有怎样的功能呢？能量流动的起点是什么？为什么起点不可以是动物？学生根据这条食物链及已有知识可以得出能量流动的起点是生产者。教师：我们知道了能量流动的起点，但是能量在生态系统中的流动过程及特点还不清楚，下面以赛达伯格湖的能量流动图解（图1）为例，首先分析生态系统的能量流动具有什么特点？由此将学生的思绪引入所要学习的知识情境中，从而导入第2环节。

第2环节：根据赛达伯格湖的能量流动数据，探究能量流动的特点

根据图1所提供的数据，学生完成表1。分析图1的数据能得出什么规律？学生回答：从图1可以看出能量流动方向只能由第一营养级流向第二营养级，再流向第三营养级，而不能逆向进行，所以能量流动具有单向性的特点;同时，图1还显示了生产者（第一营养级）固定的太阳能为464.6，而流入植食性动物（第二营养级）的能量为62.8，流入肉食性动物（第三营养级）的能量为12.6，可以看出能量流动具有逐级递减的特点。并且由表1可以得出能量传递效率约为10%—20%。教师引入能量流动的特点——能量金字塔，并设疑：如果第三营养级中的肉食性动物增加1千克，至少（多）需浮游植物多少千克？学生思考并作答，教师作规律性总结。同时，引导学生根据营养级与能量的关系模拟绘制能量金字塔，并解释能量金字塔的生物学意义。教师提問：从图1能否看出能量流动具有递减性的原因？从而引出第3环节。

学生（在教师的引导下）对第一营养级所同化的能量的去向进行分析：首先，第一营养级的生物需进行呼吸作用，其中部分能量以热能的形式散失掉了，其余能量用于自身的生长、发育、繁殖等生命活动;第二个去向是以被摄食的形式而流向第二个营养级，第三个去向是残枝败叶被分解者利用而流向分解者，从图1可以看出还有一个去向，即未被利用的能量，这里教师要强调：未被利用的能量只是暂时的，最终还是将以上述三种途径被利用，联系自然界的生物自身，学生会很容易理解，接着让学生自主分析第二、第三营养级能量的去向。接着，教师引导学生模拟构建生态系统的能量流动金字塔和数量金字塔，并表征其意义、指出其个例。最后，教师总结并设疑。

四、教学反思

1.完成教学目标。

在目标达成方面，本节课的知识点主要包括三个主题内容：“生态系统中能量流动的过程、能量流动的特点”。教材中以赛达伯格湖能量流动的图解为中心的知识框架，很适于学生进行探究性学习。教学实践证明，通过本节课学生的探究性活动，较好地完成了教学目标。

2.突破重、难点。

在突破重难点方面，本节教学以问题为载体，将静态的科学史转化为动态的科学探究过程，以赛达伯格湖的能量流动数据为探究中心，让学生体验整理数据、处理数据、分析数据，以及用数据说明能量流动的特点及其形成原因，学生通过理解能量流动特点的形成原因，从而自然生成了能量流动的过程，化难为易，有效地突破了重、难点，并且培养了学生科学的逻辑思维能力。

3.体现学生的主体地位，培养了学生的科学素养。

在教学中，引导学生主动对“生态系统中能量流动过程、特点”进行探究，这不仅充分体现了学生学习的主体地位，提高了学生的学习兴趣，而且培养了学生“分析、处理数据和识图”的能力，这种能力的获得将会促进学生今后的学习与思考，提高了学生的科学素养。

（基金项目：江苏省泰州市教育科学“十三五”规划2017年度重点立项课题《模拟实验在高中生物教学中的实践研究》阶段性研究成果，课题号：tjkzdlx2017025）

（作者单位：泰州市第三高级中学，江苏 泰州225323）