“生態(tài)系統(tǒng)的功能”復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)

于偉東 （內(nèi)蒙古赤峰市元寶山區(qū)平煤高級(jí)中學(xué) 內(nèi)蒙古赤峰 024076）

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

“生態(tài)系統(tǒng)的功能”是人教版高中生物學(xué)教材《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第五章“生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性”第2、3、4節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)課的重點(diǎn)是能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的過(guò)程和特點(diǎn)以及二者之間的關(guān)系；難點(diǎn)是能量流動(dòng)的相關(guān)計(jì)算。本節(jié)內(nèi)容比較重視概念模型方法的應(yīng)用，因此安排相應(yīng)的思考與討論活動(dòng)，力圖引導(dǎo)學(xué)生自主地獲取知識(shí)、拓展視野，該節(jié)內(nèi)容探討的是宏觀方面的問(wèn)題，與學(xué)生的日常經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系較多，容易激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。筆者學(xué)校對(duì)這節(jié)課進(jìn)行了同課異構(gòu)活動(dòng)，雖然是一節(jié)復(fù)習(xí)課，但是1課時(shí)講解完生態(tài)系統(tǒng)的功能“能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞”的所有內(nèi)容，顯然需要做好充足的準(zhǔn)備和計(jì)劃。筆者以林德曼的“賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解”為主線，以生態(tài)農(nóng)業(yè)、碳循環(huán)、資料分析、視頻圖片為抓手，結(jié)合高考典型試題講練結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，采用師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的方式進(jìn)行復(fù)習(xí)與探究，通過(guò)對(duì)賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)圖解的定量分析既很好的完成了教學(xué)要求，又培養(yǎng)了學(xué)生分析圖像、處理數(shù)據(jù)、歸納與綜合、相互探究的學(xué)習(xí)能力，最后用與環(huán)保相關(guān)的視頻作為本節(jié)課的總結(jié)，使得學(xué)生在情感態(tài)度價(jià)值觀上得以升華，生物學(xué)科核心素養(yǎng)在潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲中傳遞給學(xué)生，學(xué)生既習(xí)得了生物學(xué)知識(shí)，又提升了能力。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）分析能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的過(guò)程和特點(diǎn)并說(shuō)明二者的關(guān)系；概述能量流動(dòng)的意義；關(guān)注碳循環(huán)平衡失調(diào)與溫室效應(yīng)；說(shuō)出信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用。

（2）通過(guò)復(fù)習(xí)課培養(yǎng)識(shí)圖能力、歸納與綜合能力、初步建立生物學(xué)科觀點(diǎn)和形成初步的生物學(xué)科素養(yǎng)。

（3）關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響；初步形成生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)、辯證唯物主義自然觀和科學(xué)的世界觀。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 經(jīng)典高考題回顧，明確高考“考什么、怎么考”

教師展示2014年全國(guó)理綜2卷第31題，給學(xué)生3 min時(shí)間做題并將答案寫(xiě)在導(dǎo)學(xué)案上。教師巡視課堂，對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)指正：

某陸地生態(tài)系統(tǒng)中，除分解者外，僅有甲、乙、丙、丁、戊5個(gè)種群，調(diào)查得知，該生態(tài)系統(tǒng)有4個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率為10%～20%，且每個(gè)種群只處于一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。一年內(nèi)輸入各種群的能量數(shù)值如表1所示，表中能量數(shù)值的單位相同。回答下列問(wèn)題：

表1 一年內(nèi)輸入各種群的能量數(shù)值

（1）請(qǐng)畫(huà)出該生態(tài)系統(tǒng)中的食物網(wǎng)。

（2）甲和乙的種間關(guān)系是______；種群丁是該生態(tài)系統(tǒng)生物組分中的______。

（3）一般來(lái)說(shuō)，生態(tài)系統(tǒng)的主要功能包括______、______，此外還具有信息傳遞等功能.碳對(duì)生物和生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義，碳在______和______之間的循環(huán)主要以CO2的形式進(jìn)行。

師生共同總結(jié)出本題考查的知識(shí)點(diǎn)、考查方式和在教材中的位置，這樣可以讓學(xué)生把握住復(fù)習(xí)的重點(diǎn)，使學(xué)生明確目標(biāo)，提高復(fù)習(xí)課堂效率。教師只有知道高考考什么、怎么考，才能做到課堂上教什么、怎么教，才能達(dá)到以學(xué)定教的目的。

3.2 通過(guò)林德曼研究背景簡(jiǎn)介，分析能量流動(dòng)過(guò)程，總結(jié)能量流動(dòng)特點(diǎn)

教師提供資料：R.L.林德曼是美國(guó)的生態(tài)學(xué)家。1941年，美國(guó)耶魯大學(xué)生態(tài)學(xué)家林德曼發(fā)表了《一個(gè)老年湖泊內(nèi)的食物鏈動(dòng)態(tài)》的研究報(bào)告。他對(duì)50萬(wàn)m2的湖泊作了野外調(diào)查和研究后用確切的數(shù)據(jù)說(shuō)明，生物量從綠色植物向食草動(dòng)物、食肉動(dòng)物等按食物鏈的順序在不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)上轉(zhuǎn)移時(shí)，有穩(wěn)定的數(shù)量級(jí)比例關(guān)系，通常后一級(jí)生物量只等于或者小于前一級(jí)生物量的1/10。林德曼把生態(tài)系統(tǒng)中能量的不同利用者之間存在的這種必然的定量關(guān)系，叫做“十分之一定律”。如果把這種關(guān)系表現(xiàn)在圖上，用橫坐標(biāo)表示生物量，在縱坐標(biāo)上把食物鏈中各級(jí)消費(fèi)者的數(shù)量依次逐級(jí)標(biāo)出，那么，整個(gè)圖形就象一個(gè)金字塔，在生態(tài)學(xué)中稱之為群落中的數(shù)量金字塔。1942年，他又發(fā)表文章，說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)中能量與物質(zhì)的流動(dòng)在不同的營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間存在的定量關(guān)系，是維持所有生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要因素。林德曼的理論為生態(tài)科學(xué)打下了理論基礎(chǔ)。他通過(guò)對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的天然湖泊——賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)進(jìn)行的定量分析，發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)具有單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減兩個(gè)特點(diǎn)，能量在相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的傳遞效率大約是10%～20%。

林德曼以數(shù)學(xué)方式定量地表達(dá)了群落中營(yíng)養(yǎng)級(jí)的相互作用，建立了養(yǎng)分循環(huán)的理論模型，標(biāo)志著生態(tài)學(xué)開(kāi)始從定性走向定量。教師要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材P95賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)圖解構(gòu)建出能量流動(dòng)圖并總結(jié)出能量流動(dòng)的特點(diǎn)。學(xué)生相互討論完成導(dǎo)學(xué)案相應(yīng)的內(nèi)容。教師可以以資料為素材，培養(yǎng)學(xué)生審題能力與獲取信息的能力，因?yàn)楝F(xiàn)在高考很大程度上是在新情境下對(duì)生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的考查、對(duì)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的考查。

3.3 關(guān)注教材的STS，通過(guò)分析生態(tài)農(nóng)業(yè)模式圖理解能量流動(dòng)的研究意義

學(xué)生閱讀教材P99的科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)中的生態(tài)農(nóng)業(yè)。教師可設(shè)置以下問(wèn)題指導(dǎo)學(xué)生讀書(shū)，回歸教材：①生態(tài)農(nóng)業(yè)的基本原理是什么？②生態(tài)農(nóng)業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是什么？③生態(tài)農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用有哪些？④生態(tài)農(nóng)業(yè)能不能改變圖1中的能量傳遞效率？教師通過(guò)設(shè)置層層遞進(jìn)的問(wèn)題串，使學(xué)生達(dá)成對(duì)知識(shí)的鞏固與應(yīng)用。學(xué)生進(jìn)一步討論生態(tài)農(nóng)業(yè)模式圖（圖1），表述出該生態(tài)農(nóng)業(yè)都有哪些環(huán)節(jié)的能量流向人，并引出物質(zhì)循環(huán)這一知識(shí)點(diǎn)。設(shè)置圖1的目的不僅可以對(duì)教材進(jìn)一步理解還可以起到承上啟下的作用，還能通過(guò)對(duì)圖片的描述，鍛煉學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)能力，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

圖1 生態(tài)農(nóng)業(yè)模式圖

3.4 回歸教材，總結(jié)物質(zhì)循環(huán)的概念和特點(diǎn)

教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P101的內(nèi)容，討論總結(jié)出物質(zhì)循環(huán)的概念和特點(diǎn)，并通過(guò)小組討論的方式完成表2物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)關(guān)系的比較，小組代表展示答案，其他小組成員進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，教師引導(dǎo)學(xué)生修正并完善結(jié)論，并對(duì)學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)小組討論分析來(lái)完成該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可以加深學(xué)生對(duì)于“能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中的兩個(gè)方面”這一觀點(diǎn)的理解。

表2 能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)比較

3.5 播放視頻，讓學(xué)生切身體會(huì)溫室效應(yīng)帶來(lái)的危害，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)

教師提供資料：全球氣候變暖是一種和自然有關(guān)的現(xiàn)象。由于人們焚燒化石燃料，如石油、煤炭等，或砍伐森林并將其焚燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，即溫室氣體。這些溫室氣體對(duì)來(lái)自太陽(yáng)輻射的可見(jiàn)光具有高度透過(guò)性，而對(duì)地球發(fā)射出來(lái)的長(zhǎng)波輻射具有高度吸收性，能強(qiáng)烈吸收地面輻射中的紅外線，導(dǎo)致地球溫度上升，即溫室效應(yīng)。而當(dāng)溫室效應(yīng)不斷積累，導(dǎo)致地氣系統(tǒng)吸收與發(fā)射的能量不平衡，能量不斷在地氣系統(tǒng)累積，從而導(dǎo)致溫度上升，造成全球氣候變暖這一現(xiàn)象。全球變暖會(huì)使全球降水量重新分配、冰川和凍土消融、海平面上升等，不僅危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，還威脅人類的生存。另一方面，由于陸地溫室氣體排放造成大陸氣溫升高，與海洋溫差變小，近而造成了空氣流動(dòng)減慢，霧霾無(wú)法短時(shí)間被吹散，造成很多城市霧霾天氣增多，影響人類健康。汽車限行、暫停生產(chǎn)等措施只有短期和局部效果，并不能從根本上改變氣候變暖和霧霾污染。

通過(guò)該資料閱讀與分析，學(xué)生了解了溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因與危害，也知道與人類的生活息息相關(guān)，實(shí)現(xiàn)了生物課堂的育人教育。“全球變暖的視頻”讓學(xué)生的情感進(jìn)一步在視覺(jué)沖擊上得以升華，更好地牢記自己身上肩負(fù)的社會(huì)責(zé)任，將生物學(xué)核心素養(yǎng)教育滲透到課堂的點(diǎn)滴中。

3.6 重溫賽達(dá)伯格湖模型，了解生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞，并完成學(xué)案

教師重新展示林德曼的賽達(dá)伯格湖圖片，結(jié)合導(dǎo)學(xué)案，指導(dǎo)學(xué)生完成生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生分組完成導(dǎo)學(xué)案，每組派一名代表公布答案，師生共同進(jìn)行核對(duì)與評(píng)價(jià)。

4 講練結(jié)合，重現(xiàn)高頻考點(diǎn)

教師展示題目：假如某棄耕地只存在食物鏈：植物→鼠→鼬。圖2所示為生態(tài)學(xué)家對(duì)該生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行能量流動(dòng)研究的結(jié)果［單位為×107J/（hm2·a）］，請(qǐng)據(jù)此回答問(wèn)題：

（1）圖中流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為_(kāi)_J/（hm2·a）。

（2）能量從鼠傳遞到鼬的能量傳遞效率為_(kāi)__。鼬糞便中的能量屬于________（填“鼠”或“鼬”）同化的能量。

（3）在食物鏈“植物→鼠→鼬”中，不含有生態(tài)系統(tǒng)的哪種生物成分：_______。

（4）不同的生物群落豐富度不同，豐富度是指____________________。

（5）碳對(duì)生物和生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義，碳在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間的循環(huán)主要是以________的形式進(jìn)行。生態(tài)學(xué)家不能以該生態(tài)系統(tǒng)為單位進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)的研究，試從物質(zhì)循環(huán)特點(diǎn)的角度進(jìn)行解釋，其原因是___________________。

（6）鼬在遇到危險(xiǎn)時(shí)常從肛腺放出臭氣以趨避敵害，排放的臭氣屬于_____________信息，該信息對(duì)于生物的種間關(guān)系具有____________作用，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

該選題無(wú)論在形式上還是在內(nèi)容上都緊扣整節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在獨(dú)立完成該題的過(guò)程中，知道自己的欠缺，以便于課后做有針對(duì)性的復(fù)習(xí)。一道經(jīng)典習(xí)題的正確選擇往往對(duì)于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成起到事半功倍的作用。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課通過(guò)視頻圖片引領(lǐng)以學(xué)生活動(dòng)為主線，采用了學(xué)生分組合作學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)的方式進(jìn)行教學(xué)，同時(shí)結(jié)合導(dǎo)學(xué)案的形式很好地完成了教學(xué)內(nèi)容。雖然課堂安排稍顯緊湊，但課后從學(xué)生反應(yīng)、習(xí)題完成情況等方面看效果理想。在教學(xué)中，教師通過(guò)質(zhì)疑引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、歸納概括，讓學(xué)生親歷知識(shí)的形成過(guò)程，既品嘗成功的喜悅，又掌握了整合信息、歸納概括的學(xué)習(xí)方法。整個(gè)教學(xué)過(guò)程充分體現(xiàn)以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)觀念，使每一個(gè)學(xué)生都能積極主動(dòng)地參與其中。在課堂教學(xué)中既有師生互動(dòng)，又有生生互動(dòng)，最終達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，要掌握生態(tài)系統(tǒng)的功能尤其重視能量流動(dòng)的相關(guān)知識(shí)；通過(guò)練習(xí)，了解本節(jié)課在高考題中的考查形式，有助于學(xué)生有目的性地復(fù)習(xí)，起到事半功倍的效果。