淺談以能量為核心的初中生物建模教學(xué)

季 虹

淺談以能量為核心的初中生物建模教學(xué)

季 虹

福州教育學(xué)院第二附屬中學(xué) 福建福州 350000

能量是初中生物的核心概念，也是教學(xué)中學(xué)生很難理解的抽象概念，模型構(gòu)建能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，本文從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，提出了以能量為核心的初中生物模型構(gòu)建的方案、并就如何開(kāi)展以能量為核心的初中生物建模教學(xué)提出了教學(xué)建議。

能量；初中生物；建模教學(xué)

能量是生物圈永恒的話(huà)題，理解能量的相關(guān)知識(shí)對(duì)于生物學(xué)習(xí)是十分重要的。建模教學(xué)是今年來(lái)比較熱門(mén)的教學(xué)方式，研究表明學(xué)生參與建模活動(dòng)可以加深對(duì)知識(shí)內(nèi)容的理解，增加解決實(shí)際問(wèn)題的能力，建模活動(dòng)還可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解[1]。因此筆者嘗試通過(guò)開(kāi)展以能量為核心的生物模型教學(xué)來(lái)幫助學(xué)生更加深刻的理解生命活動(dòng)中能量的內(nèi)涵，并通過(guò)模型的系統(tǒng)性將看似無(wú)關(guān)的生命活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，促進(jìn)構(gòu)建完善的初中生物知識(shí)體系。

一、以能量為核心初中生物模型的構(gòu)建

根據(jù)初中生的認(rèn)知規(guī)律，構(gòu)建的初中生物模型要簡(jiǎn)單形象，構(gòu)建的過(guò)程可以分階段，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步完善，以便讓初學(xué)者更加理解能量的內(nèi)涵。筆者結(jié)合初中生物學(xué)習(xí)的內(nèi)容將模型構(gòu)建分為三個(gè)階段。

（一）能量的獲取

為了生存，生物無(wú)時(shí)無(wú)刻不在想方設(shè)法地獲取能量，追根究底，生物的能量來(lái)自于太陽(yáng)的光能，而將光能固定下來(lái)，轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的化學(xué)能，這個(gè)過(guò)程就是植物的光合作用。

因此，模型構(gòu)建的第一步：植物通過(guò)光合作用將光能轉(zhuǎn)換為有機(jī)物中的化學(xué)能，有機(jī)物中有能量。

（二）能量的流動(dòng)

生物的能量在有機(jī)物中，自養(yǎng)生物可以通過(guò)光合作用合成有機(jī)物獲取能量，異養(yǎng)生物則必須直接或間接以自養(yǎng)生物為食獲取有機(jī)物中的能量，能量從一種生物轉(zhuǎn)移到另一種生物即能量的流動(dòng)。以食物鏈“草?羊?狼”為例，羊吃了草，草的有機(jī)物成了羊的有機(jī)物，草有機(jī)物中的能量就成了羊有機(jī)物中的能量，同樣的道理，狼吃了羊，得到了羊的有機(jī)物，也得到了羊有機(jī)物中的能量，有機(jī)物中的能量在食物鏈中逐級(jí)傳遞；同理，細(xì)菌和真菌能利用動(dòng)植物殘骸中的有機(jī)物，即得到了植物和動(dòng)物的部分能量。

模型構(gòu)建第二步：能量隨有機(jī)物在生物之間流動(dòng)。

（三）能量的釋放與利用

圖1

生物得到了有機(jī)物，也得到了有機(jī)物中的能量，有機(jī)物中的能量不能直接利用，需要將其中的能量釋放出來(lái)，即分解有機(jī)物，釋放能量——生物普遍存在的呼吸作用，在初中生物中呼吸作用主要指的是有氧呼吸，在構(gòu)建模型過(guò)程中可適當(dāng)?shù)膹?qiáng)調(diào)氧氣的作用。呼吸作用釋放出來(lái)的能量可以用于各項(xiàng)生命活動(dòng)，如生物運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞分裂、物質(zhì)合成等。

模型構(gòu)建第三步：生物通過(guò)呼吸作用分解有機(jī)物，釋放其中的能量用于生物生命活動(dòng)（圖1）。植物、動(dòng)物、細(xì)菌、真菌的生命活動(dòng)都需要能量，因此圖1的過(guò)程普遍存在于生物之中。

至此，以能量為核心的初中生物模型已經(jīng)有了一個(gè)基本的輪廓，教師可以將三者合而為一，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，并由此進(jìn)一步展開(kāi)關(guān)于能量的教學(xué)。

二、構(gòu)建以能量為核心初中生物模型的優(yōu)勢(shì)

首先學(xué)生通過(guò)構(gòu)建以能量為核心的生物模型可以更加深刻的理解生物中能量的最初來(lái)源、能量與有機(jī)物的關(guān)系，能量在生物之間的傳遞、釋放及利用等等。

其次，此模型的優(yōu)點(diǎn)在于把能量用一個(gè)具體的符號(hào)替代，將一個(gè)非常抽象的概念轉(zhuǎn)化為直觀的圖像，非常符合初中生的認(rèn)知規(guī)律，有機(jī)物與能量的關(guān)系如圖2方式表達(dá)，有機(jī)物內(nèi)含有化學(xué)能，在講授呼吸作用的實(shí)質(zhì)——分解有機(jī)物，釋放能量時(shí)可以很直觀，即將有機(jī)物“拆開(kāi)”，其中的化學(xué)能就可以釋放出來(lái)了，同時(shí)教師可以補(bǔ)充說(shuō)明這個(gè)過(guò)程有氧氣的參與可以更加的順利，可以將能量徹底的釋放出來(lái)，強(qiáng)調(diào)氧氣在呼吸作用過(guò)程中的作用。

此外，教師可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展延伸，設(shè)計(jì)問(wèn)題串，諸如模型中提到的兩大生理作用——光合作用與呼吸作用發(fā)生的主要場(chǎng)所，植物如何獲取參與光合作用的反應(yīng)物——水和二氧化碳等問(wèn)題。

三、以能量為核心初中生物模型的教學(xué)策略

此能量模型構(gòu)建過(guò)程主要分為三個(gè)階段，首先在介紹生態(tài)系統(tǒng)時(shí)先梳理好植物、動(dòng)物與細(xì)菌、真菌的關(guān)系，在《細(xì)胞的生活》一節(jié)先將有機(jī)物與能量的關(guān)系構(gòu)建好，然后在學(xué)習(xí)光合作用和呼吸作用時(shí)進(jìn)一步構(gòu)建模型，在初中生物總復(fù)習(xí)時(shí)可以將三個(gè)階段的模型合并，結(jié)合學(xué)習(xí)過(guò)的其他知識(shí)，讓學(xué)生根據(jù)個(gè)人的理解在已經(jīng)構(gòu)建好的模型上添加相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，教師可以在教學(xué)過(guò)程中與學(xué)生一起對(duì)模型進(jìn)行修正，完善，從而發(fā)現(xiàn)學(xué)生的誤區(qū)并加以改正，進(jìn)而幫助學(xué)生加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，最終形成的模型即能體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)生物學(xué)知識(shí)的理解。

建模教學(xué)涉及模型的構(gòu)建、評(píng)價(jià)和修正過(guò)程[1]，在教學(xué)中，要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)選擇適當(dāng)?shù)姆绞届`活運(yùn)用，如新課時(shí)可進(jìn)行模型的構(gòu)建，在復(fù)習(xí)課時(shí)可以進(jìn)行模型評(píng)價(jià)與修正，并在教學(xué)中注意模型應(yīng)用的一貫性，前后呼應(yīng)。

圖2

[1]趙萍萍劉恩山.生物學(xué)建模教學(xué)研究進(jìn)展及啟示[J].生物學(xué)通報(bào)，2015，50（1）：19-23.

【課題研究】課題《基于高階能力發(fā)展的初中生物課堂建模教學(xué)實(shí)踐研究》，項(xiàng)目編號(hào)FZ2017ZX036。