圍繞“生態系統的物質循環”組織模型建構教學活動

程銳創

摘 要 通過問題串、小組合作、情境創設等形式進行模型建構教學活動，通過建構自主、主動、交流、互進的生態課堂，幫助學生發展自主學習、模型建構的能力。

關鍵詞 碳循環 模型建構 教學活動

中圖分類號 G633.9B 文獻標志碼

1 教材分析

“生態系統的物質循環”是人教版高中生物教材《必修3·穩態與環境》第五章第三節的內容，在《普通高中生物學課程標準（實驗）》具體內容標準中，與本節內容相對應的條目是“分析生態系統中的物質循環的基本規律及其應用”。由此可見，學生對本節內容的掌握需達到應用水平。第一部分內容包括物質循環的物質、范圍、循環以及特點；第二部分內容包括碳循環的過程、特點及溫室效應；第三部分內容包括能量流動和物質循環的區別與聯系；第四部分內容是探究“土壤微生物的分解作用”。對第四部分內容，教師可以安排在課后的興趣小組活動中完成。本節內容是在初中階段生態系統的知識和高中階段種群、群落等知識基礎上，側重于宏觀方面探討生態系統的功能；以生態系統的結構、能量流動、光合作用、細胞呼吸等為基礎，具有承上啟下的作用。教學重點是分析生態系統中的物質循環；教學難點是正確認識物質循環的概念，說明能量流動和物質循環的關系。本節內容主要闡述物質循環是生態系統的重要功能，就理解生命活動的本質和規律而言，具有不可取代的價值，具有獨特的地位。這部分知識與目前的低碳生活、環境污染等現實聯系緊密，對學生建立環保意識有主要作用。

2 教學目標

2.1 知識目標

理解生態系統物質循環的概念；識記、應用碳循環的過程；比較得出能量流動與物質循環的關系。

2.2 能力目標

以碳循環為例，分析生態系統的物質循環；學習模型的建構；學習探究性實驗設計的一般方法和步驟。

2.3 情感、態度與價值觀目標

關注碳循環平衡失調與溫室效應的關系；培養環境保護意識、低碳生活的意識；在合作過程中，學會交流，尊重他人，強化團隊意識。

3 教學過程

3.1 情境導入，激趣課堂

教師播放視頻“全球變暖后北極熊瘋了”，以北極熊因為太熱而剃毛的視頻引發學生思考：為什么北極熊要剃毛？全球氣候變暖的主要原因是什么？溫室效應的主角是誰？溫室效應增強與人類哪些活動有關？

學生通過合作總結出：因為氣候變暖所以要剃毛；溫室效應是全球氣候變暖的主要原因；二氧化碳是溫室效應的主角；大量化石燃料的燃燒、植被的破壞等人類活動增強溫室效應。教師強調：大量化石燃料的燃燒，千百萬年積存的碳元素在短時間內釋放出來。

教師引導學生討論：溫室效應對生物圈可能造成什么影響？（加快極地和高山冰川的融化，海平面上升，全球氣溫升高等）在此基礎上，教師展示圖瓦盧的圖片，明確其將成為全球第一個因海平面上升而舉國遷移的國家，50年內其將全部消失。

小組合作、討論：如何緩解溫室效應？學習小組通過討論得出兩條措施：減少化石燃料的燃燒，選用替代能源等；保護森林、草原等生態系統，同時大力植物造林等。

通過上述措施可以緩解溫室效應，如果要更加深入解決問題，學生必須對二氧化碳在生物群落和無機環境中的相關知識，有更加深入的掌握，從而進入以碳為例的生態系統的物質循環的學習。既然是生態系統的物質循環，那么一定在生態系統的成分之間完成，因為結構和功能密不可分，物質循環是生態系統的功能之一。師生一起回憶生態系統的成分。

3.2 合作分享，自主建構

美國學者愛德加戴爾提出，學習效果要達到50%以上，都是通過團隊學習、主動學習和參與式學習等方式獲得。教師僅僅做為指導者，把課堂還給學生，使其成為課堂的主人，教師僅是指導，從而給學生充分的“表演空間”。

教師明確了物質循環是在生態系統的各成分之間循環的基礎上，組織學生活動，引導學生分組用準備好的材料構建模型，最后各組學生展示結果。學生分成5或6人一組為宜，人數太多容易引起部分學生注意力分散；要明確組長，使其有效帶領組員進行有效活動。教師必須在活動時明確任務，使活動真實有效。教師可以預先打印組號和名單，制作好會牌，粘貼在討論桌上。

活動一：

學生討論碳究竟是如何進、出無機環境、生產者、消費者、分解者各種生態系統成分的？（以什么形式、通過哪種生命活動、形成哪些產物、這些產物的去向怎樣等）。

第一、二組從無機環境的角度來考慮，第三、四組從生產者（比如綠色植物）的角度來考慮，第五、六組從消費者（比如牛）的角度來考慮，第七、八組從分解者（比如蚯蚓或者腐生性的細菌和真菌）的角度來考慮。

各小組依據提示，進行討論，得出相關結論。小組代表展示小組結論，從而明確每一種生態系統成分在物質循環中的作用。

要突破碳循環，教師應該圍繞兩個核心問題展開：① 能夠利用大氣中的二氧化碳的途徑有哪些？② 大氣中的二氧化碳來源有哪些？為了解決以上兩個問題，教師可以把問題細化為以下問題：

碳通過什么生理過程從無機環境進入生物群落？

碳以什么形式從無機環境進入生物群落？

碳在生物群落內部以什么形式傳遞？通過什么渠道進行傳遞？

碳通過什么生理過程從生物群落返還無機環境？

碳以什么形式從生物群落進入無機環境？

碳在無機環境與生物群落之間主要是以什么形式進行循環？

教師呈現以上問題，在學生討論結果的基礎上，再用問題串的形式啟發學生進一步的思考和總結，引領學生思維的發展。教師也可通過搶答的形式，增強學生的競爭意識。

活動二：

每組準備小白板一塊，紅黑色馬克筆各一支，板擦一塊。小白板上放好生產者、消費者、分解者、大氣中的CO2庫（無機環境）等磁性貼（放在頂端，橫排）。

小組活動：用文字和黑色箭頭在白板上構建生態系統的碳循環模型，并注明碳元素的轉移方向及過程名稱。

白板布置如圖1所示，學生分組活動，自由安排四個磁性貼的位置。

學生展示白板并解釋如此安排的理由，其他小組可以進一步補充完善。師生互動突破碳循環：先看雙箭頭，“多進一出”為大氣中的二氧化碳，“一進多出”為生產者和消費者；再看單箭頭“多進一出”為分解者。在碳循環模型構建過程中，教師還要強調化石燃燒的問題以及各級消費者的圖解。最后，師生歸納碳循環模型圖（圖2），并生成板書。

本部分內容并不晦澀難懂，教師可平鋪直敘的講授，甚至讓學生自學，也能達成知識目標。但是教師通過探究問題以及活動創設課堂情境，使學生深入思考，讓學生動起來，使課堂“活”起來，增強了課堂的有效性。

3.3 依據活動，演繹概念

依據以上學生活動，教師請學生思考回答下列問題：這里的生態系統指的是什么生態系統？這里的物質是指什么？物質在哪兩者之間循環？

教師提示：在農田中大量使用DDT有機農藥后，為什么會殃及南極的企鵝？學生總結此地球上最大的生態系統是生物圈，從而明確物質循環的特點之一是全球性。因此生態系統的物質循環又叫生物地球化學循環。關于物質，教師應強調：生態系統物質循環的“物質”是指組成生物體的基本元素，而非其組成的化合物；在物質循環過程中，伴隨著復雜的物質和能量的轉化。通過碳循環的模型建構過程，學生很容易明確物質在生物群落和無機環境之間循環往復，從而明確物質循環的另一個特點是循環性。

在完成以上的三個問題后，生態系統的概念很自然地就由學生演繹成功。這樣由學生自主構建知識，依據活動從而演繹概念的方法，避免了教師直接給出概念，靠死記硬背掌握概念的內涵和外延，易遺忘且難以理解其實質的不足。

3.4 依托模型，列表辨析

活動三：在白板上已構建的生態系統碳循環模型上，用紅色箭頭畫出能量流動模型。

學生展示白板，并解釋如此安排的理由，其他小組可以進一步補充完善。師生共同總結物質循環與能量流動的關系模型，并列表（表1）完成辨析。

教師需要強調能量流動和物質循環是生態系統動態變化過程的兩個方面，生態系統的各種成分，正是通過能量流動和物質循環，才能夠緊密的聯系在一起，形成一個統一的整體，再次強調結構和功能間的關系。

4 小結

教師由碳循環的特點聯系到現實生活中的流行語——低碳生活，播放CCTV公益廣告《選擇低碳 綠色生活》，引導學生關注社會，關注霧霾，關注環保熱點，提高學生的環保意識，對學生進行生態文明建設的教育，讓學生從自身做起，明確一些環保措施。

5 課堂拓展

教師要求學生根據所學的碳循環的相關知識，繼續探究氮循環、磷循環、硫循環、水循環的相關知識，調查身邊造成溫室效應、水質富營養化、酸雨等的具體事例，并尋找可行的緩解的方法。學生可選擇其一寫一份調查報告。

教師提出問題樹葉每年都會掉，但是沒有看見樹葉堆積如山的場面呢？樹葉到哪兒去了？是分解者的分解作用，是氣候的作用，還是土壤中的化學物質的作用？……究竟是什么在起作用呢？學生可以依據探究實驗的一般步驟設計實驗，然后進行實驗。

6 教學反思

本節內容的學習以活動貫穿課堂。對于教學重點“分析生態系統的物質循環”的突破，以碳循環為例，教師采用“圖形分析、模型構建”的方式進行學習。對于教學難點“說明物質循環與能量流動的關系”采用列表辨析法，對于教學難點“正確認識物質循環的概念”，采用依據相關活動，以學生自主演繹、教師點撥的方法，突破難點。

本節內容與社會、與學生的生活緊密相關，對學生進行生態文明建設是本節內容所遵循的理念，節約資源，保護生態環境，推動形成人與自然和諧發展新格局。在農田中大量使用DDT有機農藥會殃及到南極的企鵝、碳循環和溫室效應這些生活化的實例不僅可激發學生學習興趣，還能培養學生保護環境意識，增強其生態文明建設的意識。最后，以課外繼續探究氮循環、磷循環和水體富營養化，水華赤潮現象、硫循環與酸雨、土壤微生物的分解作用等結束課程。

皮亞杰：“一切真知都應由學生自己獲得，或由他重新發現，至少由他重新構建，而不是草率地傳遞給他?！北竟潈热莶捎脝栴}串、小組合作、情境創設等形式進行模型建構教學活動，通過建構自主、主動、交流、互進的生態課堂，尊重并發揮學生在學習活動中的主體地位，給每一位學生同等的機會，強化團隊的意識，幫助學生發展自主學習、模型建構的能力。