構(gòu)建概念模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

魏永強(qiáng)

1 教材分析

1.1 教材的地位和作用

本節(jié)是人教版高中生物必修3第五章第二節(jié)的內(nèi)容，包括能量流動(dòng)的概念、過程、特點(diǎn)、能量流動(dòng)的意義和能量傳遞效率的計(jì)算。本節(jié)內(nèi)容第一課時(shí)教學(xué)中，教師需使學(xué)生掌握能量流動(dòng)的概念、過程、特點(diǎn)和會(huì)簡(jiǎn)單進(jìn)行能量傳遞效率的計(jì)算。這些內(nèi)容是對(duì)之前已學(xué)的細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)容的延續(xù)，又為第二節(jié)能量流動(dòng)的實(shí)踐意義的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，同時(shí)又是學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和穩(wěn)定性、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)等內(nèi)容的基礎(chǔ)，所以本節(jié)內(nèi)容起到了承前啟后的作用。

1.2 教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：能量流動(dòng)的過程，能量流動(dòng)的特點(diǎn)，能量傳遞效率的計(jì)算。

教學(xué)難點(diǎn)：能量流動(dòng)過程中每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量的去路問題；攝入量、同化量和糞便量的關(guān)系；能量傳遞效率的計(jì)算。

2 學(xué)情分析

2.1 知識(shí)基礎(chǔ)

學(xué)生已經(jīng)掌握了光合作用、呼吸作用、食物鏈和食物網(wǎng)等內(nèi)容；并且已經(jīng)掌握了能量、能量傳遞和能量守恒等基本概念。在之前的學(xué)習(xí)中已涉及到模型的構(gòu)建，如用光合作用圖解描述光合作用的主要反應(yīng)過程、甲狀腺激素的分級(jí)調(diào)節(jié)、達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的解釋模型等。

2.2 思維基礎(chǔ)

學(xué)生以形象思維為主，具有一定的邏輯思維和抽象思維。

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 知識(shí)目標(biāo)

概述生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)；分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程及特點(diǎn)。

3.2 能力目標(biāo)

培養(yǎng)分析問題和解決問題能力、小組合作與交流能力、思維遷移能力、處理數(shù)據(jù)及運(yùn)算能力、構(gòu)建模型能力及動(dòng)手能力。

3.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

體會(huì)生物科學(xué)與生產(chǎn)生活實(shí)踐的密切聯(lián)系，激發(fā)學(xué)習(xí)生物科學(xué)的興趣。

4 教學(xué)過程

4.1 課堂導(dǎo)入——荒島求生，設(shè)疑激趣

教師結(jié)合教材第93頁(yè)“問題探討”，課前找三名學(xué)生（一人扮演求生者、一人扮演母雞、一人扮演玉米）彩排一個(gè)小的情景劇，上課進(jìn)行表演。

求生者：我好餓啊，這里什么吃的也沒有，我只能把你們（母雞和玉米）吃了啊。

母雞：敬愛的主人，別吃我，您用一部分玉米喂我，我能給您下蛋，這樣玉米和雞蛋您就都能吃到了。

玉米：傻主人，你應(yīng)該先吃雞，不然的話它就會(huì)和你搶著吃我啊。

求生者：我該聽誰的呢？誰能幫幫我啊？

教師：為了幫到這位可憐的求生者，讓我們進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)，從本節(jié)課中尋找答案。

4.2 能量流動(dòng)的過程——問題導(dǎo)航，層層建模

教師圍繞學(xué)生熟悉的一條食物鏈“草→兔子→狼”層層設(shè)問，引導(dǎo)小組討論。

（1） 草的能量來自什么形式的能量，通過什么途徑獲取？

學(xué)生根據(jù)已學(xué)的光合作用相關(guān)知識(shí)回答生產(chǎn)者通過光合作用固定太陽能，并且生產(chǎn)者固定太陽能的總量就是流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量，構(gòu)建能量輸入過程的模型（圖1）。

（2） 草固定的能量哪里去了？

教師通過幻燈片播放一段有關(guān)小草的Flash動(dòng)畫。

小草：我是一顆小草，我最矮，我的兄弟姐妹們都笑話我，我想長(zhǎng)大，所以我利用體內(nèi)的葉綠體拼命的進(jìn)行光合作用固定太陽能，合成有機(jī)物。可我旺盛的生長(zhǎng)一直在消耗我的有機(jī)物。唉，什么時(shí)候能長(zhǎng)大呢？

老草：我是一顆老草，我馬上就要入土為安了，地球上將不再有我美麗的身影，但我無怨無悔，因?yàn)槲业乃缹Q來來年更多的生機(jī)。

死草：我是一顆死草，我死的好冤啊，我還沒來的及談一場(chǎng)轟轟烈烈的戀愛，就被一只山羊一口吞進(jìn)了肚子里，嗚嗚嗚……

小組討論，教師點(diǎn)撥歸納，分析出草固定的能量去路，構(gòu)建生產(chǎn)者能量去路的模型（圖2）。

（3） 兔子攝入的能量全部流入兔子體內(nèi)了嗎？

學(xué)生根據(jù)常識(shí)回答兔子攝入的能量中有一部分以糞便的形式排出體外，其余的才流入兔子體內(nèi)。教師順?biāo)浦郏嬖V學(xué)生流入兔子體內(nèi)的能量稱為兔子的同化量，從而得出“攝入量-糞便量=同化量”的關(guān)系，繼續(xù)構(gòu)建概念模型（圖3）。

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析，兔子產(chǎn)生的糞便最終也是被分解者利用，所以對(duì)生產(chǎn)者能量的去路進(jìn)行了進(jìn)一步調(diào)整（圖4）。

（4） 流入兔子體內(nèi)的能量又有哪些去向？

學(xué)生借鑒生產(chǎn)者同化量的去向分析初級(jí)消費(fèi)者同化量的去路，并構(gòu)建模型（圖5）。

（5） 每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量的去路都一樣嗎？

教師引導(dǎo)學(xué)生：狼作為此食物鏈的最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)，它的同化量沒有哪個(gè)去路？這樣進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生去構(gòu)建一個(gè)完整的能量流動(dòng)的模型（圖6）。

4.3 能量流動(dòng)的概念——過程小結(jié)，生成概念

通過以上5個(gè)問題，學(xué)生掌握了能量流動(dòng)的過程。教師利用幻燈片進(jìn)行小結(jié)：

（1） 能量輸入：生產(chǎn)者通過光合作用固定太陽能。

（2） 傳遞渠道：食物鏈（網(wǎng)）

（3） 能量轉(zhuǎn)化：太陽能→化學(xué)能→熱能

（4） 能量散失：呼吸作用以熱能散失

教師引導(dǎo)學(xué)生歸納：生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)。

4.4 能量流動(dòng)的特點(diǎn)——分析案例，巧構(gòu)模型

教師用幻燈片呈現(xiàn)賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解。每個(gè)小組有九塊木板（圖7），A1至A4四塊木板之和表示生產(chǎn)者的同化量；B1至B4四塊木板之和表示初級(jí)消費(fèi)者的同化量；C木板表示次級(jí)消費(fèi)者同化量。結(jié)合本圖解寫出每個(gè)小木板表示的能量去路及其數(shù)值，寫完后將同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的四塊木板拼成一個(gè)規(guī)則的長(zhǎng)方形，最后將拼成的三塊長(zhǎng)方形木板按食物鏈的相對(duì)位置擺放。小組對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行展示，師生共同評(píng)價(jià)并修正模型（圖8）。

通過模型演示，學(xué)生定性分析能量流動(dòng)過程的特點(diǎn)并定量計(jì)算此案例中相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率。

學(xué)生通過變換模型的位置，構(gòu)建能量金字塔（見圖9）。

4.5 解決實(shí)踐問題——釋疑解惑，首尾呼應(yīng)

為了更科學(xué)地幫助魯賓遜做出決策，教師用課件提供以下實(shí)例：假設(shè)雞自身重1.5 kg，按最大傳遞效率20%計(jì)算，策略1先吃母雞；策略2中有1/5的玉米給雞吃，剩余的玉米給人吃。則兩種策略人的體重各可以增加多少？

學(xué)生計(jì)算如下：

策略1：1.5×20%+15×20%=3.3 kg。

策略2：（15×1/5×20%+1.5）×20%+15×4/5×20%=2.82 kg。

教師引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)據(jù)模擬，解決了實(shí)際問題，體驗(yàn)了由定性分析到定量研究的方法。

5 教學(xué)反思

課堂導(dǎo)入采用角色扮演，創(chuàng)設(shè)荒島求生的情境，設(shè)疑激趣，最后釋疑解惑收尾，首尾呼應(yīng)。

問題導(dǎo)航，層層設(shè)問，教師引導(dǎo)，小組討論，使學(xué)生在構(gòu)建概念模型的過程中掌握了能量流動(dòng)的過程，同時(shí)也攻克了每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量的去路和攝入量、同化量和糞便量關(guān)系這兩大難題。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)例賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解，利用簡(jiǎn)易材料構(gòu)建模型，既加深了學(xué)生對(duì)能量流動(dòng)過程的理解，同時(shí)定性和定量相結(jié)合分析出能量流動(dòng)的特點(diǎn)和進(jìn)行能量傳遞效率的計(jì)算，最后再利用模型構(gòu)建能量金字塔。

教師注重學(xué)生的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，采用小組競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，在提問環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)委員記錄各組答對(duì)問題的次數(shù)，評(píng)出最佳小組，模型構(gòu)建環(huán)節(jié)，組組之間展示、評(píng)價(jià)及修正。

參考文獻(xiàn)：

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