基于“概念模型”的“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計(jì)

鄭美婷 韋紅群 韋朝滿

摘要：以人教版高中生物學(xué)教材中的3個(gè)“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”概念模型為主線，巧妙運(yùn)用同屏技術(shù)和思維導(dǎo)圖進(jìn)行生成性教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在模型建構(gòu)與模型變式的過程申對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行整合和升華，加深對(duì)“能量流動(dòng)”過程的理解，完善知識(shí)體系，培養(yǎng)科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，概念模型，同屏技術(shù)，思維導(dǎo)圖，高中生物學(xué)

中圖分類號(hào) C633.91文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”是人教版高中生物學(xué)《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第五章第二節(jié)的內(nèi)容，教材通過3個(gè)能量流動(dòng)圖來呈現(xiàn)能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)。這是本節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)為學(xué)習(xí)物質(zhì)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。考綱對(duì)該部分內(nèi)容的考查要求較高，要求學(xué)生掌握能量在生物群落中流動(dòng)的規(guī)律及運(yùn)用，解釋食物網(wǎng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間在個(gè)體數(shù)量、生物量和能量方面的聯(lián)系，幫助人們能夠更科學(xué)、更有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源。經(jīng)過新課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)過程已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)，理解了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)以及各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間能量的來源、去路以及流動(dòng)特點(diǎn)。但是，部分學(xué)生在有限的課堂時(shí)間內(nèi)對(duì)3個(gè)能量流動(dòng)圖的內(nèi)在聯(lián)系把握不足。為幫助學(xué)生在高三復(fù)習(xí)中更好地理解能量流動(dòng)的過程以及構(gòu)建知識(shí)體系，筆者借助同屏技術(shù)和模型構(gòu)建的方法引導(dǎo)學(xué)生對(duì)教材中這三個(gè)能量流動(dòng)概念模型逐個(gè)進(jìn)行透徹解讀，并在此基礎(chǔ)上變式能量流動(dòng)模型，讓學(xué)生深入理解能量流動(dòng)規(guī)律，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，巧借思維導(dǎo)圖形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

2 教學(xué)目標(biāo)

①通過對(duì)能量流動(dòng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和理解，逐步認(rèn)同能量與物質(zhì)觀。②使用圖示等方式表征和說明能量流動(dòng)的特征，并對(duì)相關(guān)的生態(tài)學(xué)實(shí)踐應(yīng)用作出合理的分析和判斷。③從能量流動(dòng)的角度預(yù)測(cè)和論證某一因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾可能引發(fā)的多種潛在變化。④分析和探討人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的影響以及人工生態(tài)系統(tǒng)帶來的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益，并嘗試提出人與環(huán)境和諧共處的合理化建議。

3 教學(xué)過程

3.1 課前準(zhǔn)備

課前，教師布置作業(yè)，要求學(xué)生根據(jù)圖1的提示，以生態(tài)系統(tǒng)的“能量流動(dòng)”為主題詞，自己總結(jié)歸納，嘗試?yán)L制詳細(xì)的思維導(dǎo)圖，構(gòu)建知識(shí)框架。

3.2 展示考查頻率，引起重視

教師展示“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”內(nèi)容在2014-2018年全國(guó)卷中的考查頻率（5年共出現(xiàn)了10題），讓學(xué)生通過數(shù)據(jù)直觀地認(rèn)識(shí)到“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”考查頻率非常高，重視對(duì)該部分內(nèi)容的復(fù)習(xí)。

3.3 能量流動(dòng)概念模型的構(gòu)建

教師按照教材中能量流動(dòng)過程圖的順序，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“能量流動(dòng)”概念模型，讓學(xué)生深入理解能量流動(dòng)規(guī)律。

3.3.1 視頻導(dǎo)入，吸引注意

教師播放剪接的關(guān)于能量流動(dòng)去路的“人與自然”相關(guān)視頻，該視頻涉及了羚羊吃草、獵豹吃羚羊、獵豹排遺、獵豹呼吸、禿鷲吃動(dòng)物遺體共6個(gè)自然現(xiàn)象。播放視頻前，教師提示學(xué)生注意觀察視頻中哪些現(xiàn)象體現(xiàn)了能量的哪些去向。視頻播放完后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析出視頻體現(xiàn)了能量可以流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，流向分解者，或以呼吸作用的形式散失。

3.3.2 構(gòu)建“一來二去”概念模型

教師以視頻中的羊吃草為例，引導(dǎo)學(xué)生分析能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)過程，并將能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)概念模型簡(jiǎn)化，如圖2所示，A是初級(jí)消費(fèi)者攝入量，B是初級(jí)消費(fèi)者同化量，C是用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖量，D是次級(jí)消費(fèi)者攝入量。并引導(dǎo)學(xué)生得出三個(gè)等式關(guān)系：初級(jí)消費(fèi)者攝入量=同化量+糞便中的能量;同化量：呼吸作用散失的能量+生長(zhǎng)發(fā)育繁殖量;生長(zhǎng)發(fā)育繁殖量：遺體殘骸+次級(jí)消費(fèi)者攝入量。由于主干中的能量（最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)除外）都有一個(gè)來源和兩個(gè)去路，所以將能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)示意圖簡(jiǎn)稱為“一來二去”圖，讓學(xué)生更直觀地看到主干中的能量都有一個(gè)來源（一個(gè)箭頭指進(jìn)）和兩個(gè)去路（兩個(gè)箭頭指出）。在引導(dǎo)的過程中，教師使用同屏技術(shù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)和電腦之間的同屏，利用該技術(shù)的標(biāo)注功能對(duì)所講內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)注，讓學(xué)生能及時(shí)將目光聚焦到教師講解的內(nèi)容上，快速獲取相關(guān)信息，提高教學(xué)的時(shí)效性。在接下來的教學(xué)環(huán)節(jié)中均用到該功能，不再贅述。

3.3.3 構(gòu)建“一來三去”概念模型

教師提問：“一來二去”是從微觀的角度詳細(xì)展示能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的過程。那么，從宏觀的角度整體分析，能量在流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)多個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)過程中又是如何輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的呢？從而引發(fā)學(xué)生思考，引出生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖，并將生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)概念模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，如圖3所示。D、E、F分別代表第一、第二、第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量。師生一起分析該概念模型中主干中的能量均有一個(gè)來源和三條去路（最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)除外）：呼吸作用散失，流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，分解者利用，簡(jiǎn)稱為“一來三去”圖。然后，將圖2和圖3同時(shí)展示在同一張課件中，讓學(xué)生對(duì)比分析“一來二去”和“一來三去”的區(qū)別，引導(dǎo)學(xué)生得出兩個(gè)主要區(qū)別：①主干中的能量代表的含義不同，“一來二去”有攝入量，同化量和用于生長(zhǎng)發(fā)育繁殖量，“一來三去”全是同化量。②“一來二去”關(guān)注局部，“一來三去”關(guān)注整體。

3.3.4 構(gòu)建“一來四去”概念模型

教師展示賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)概念模型，讓學(xué)生模仿“一來三去”對(duì)該概念模型進(jìn)行化簡(jiǎn)，如圖4所示。由此圖學(xué)生可以很快發(fā)現(xiàn)賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解只比“一來三去”圖多了一條去路，即“未利用”部分，因而很容易得出主干中的能量均有一個(gè)來源和四個(gè)去路。將該概念模型簡(jiǎn)稱為“一來四去”圖，D、E、F分別代表第一、第二、第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量。

較多學(xué)生對(duì)“未利用”部分的能量去向不夠明確，因而將“一來四去”再次化簡(jiǎn)，如圖5所示.教師引導(dǎo)學(xué)生得出W₁和D₁均代表同化量，W₁等于A₁、B₁、C₁、D₁之和，學(xué)生較容易判斷出D₁是流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，B₁是暫未利用的能量。由于教材和大部分習(xí)題習(xí)慣于把呼吸作用散失的能量放在圖的上方，分解者利用放在圖的下方，學(xué)生容易形成慣性思維，認(rèn)為A₁是呼吸作用，C₁是分解者利用。教師需進(jìn)一步指出生物體的同化量大部分通過呼吸作用的形式散失了，流向分解者的能量只占了少量，從而幫助學(xué)生順利得出A₁代表分解者利用，C₁代表呼吸作用。最終，學(xué)生從這個(gè)圖中直觀得看出暫未利用的能量可以有“被自身呼吸作用消耗、流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)和流向分解者”3個(gè)去向。此時(shí)，教師指出暫未利用的能量被利用完后，就回到了“一來三去”圖，讓學(xué)生更好地理解“一來三去”和“一來四去”的區(qū)別與聯(lián)系。

3.4 能量流動(dòng)概念模型的變式

高考題中很多題目源于教科書又高于教科書，因此，教師需要對(duì)課本中的圖進(jìn)行變式，讓學(xué)生深刻理解所學(xué)知識(shí)，靈活應(yīng)變。

（1）變式“一來二去”概念模型。

教材出現(xiàn)的是能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)示意圖，教師可提問：若將初級(jí)消費(fèi)者攝入量改為生產(chǎn)者同化量，“一來二去”圖該如何變化？引導(dǎo)學(xué)生畫出能量流經(jīng)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)示意圖，如圖6所示。

（2）變式“一來三去”概念模型。

教材中出現(xiàn)的全是自然生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)圖解，教師可引入人工生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)“一來三去”圖進(jìn)行變式，如圖7所示。

在出示圖7之前，教師可提問：從“一來三去”圖中可以看出，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)呈現(xiàn)出“單向流動(dòng)，逐級(jí)遞減”的特點(diǎn)，那后一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量一定比前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量少嗎？引發(fā)學(xué)生思考，并引出圖7，促進(jìn)學(xué)生分析出：在人工生態(tài)系統(tǒng)中，由于存在人為的補(bǔ)償輸入量，后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量可能比前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量更多，如圖7中的肉食動(dòng)物的同化量比植食動(dòng)物和生產(chǎn)者的同化量更多。接著，讓學(xué)生計(jì)算圖7中第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量傳遞效率，大多數(shù)高考復(fù)習(xí)資料書將能量傳遞效率的計(jì)算公式寫為：（下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量/上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量）x100%，因此很多學(xué)生會(huì)錯(cuò)誤地將第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的補(bǔ)償輸入量列入計(jì)算范圍，或者第二第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的補(bǔ)償輸入量均不考慮，導(dǎo)致計(jì)算失誤。因此，教師需強(qiáng)調(diào)：能量傳遞效率應(yīng)等于（下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量/上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量）x100%。學(xué)生得出圖7中第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量傳遞效率為[2.5x103kJ·m-2·a^-1/（85+14）x103kJ·m^-2·a^{-1-]x100%，從而學(xué)會(huì)正確的計(jì)算方法。}

教材中還出現(xiàn)了一個(gè)重要的人工生態(tài)系統(tǒng)——桑基魚塘，教師可借此生態(tài)系統(tǒng)說明能量利用率可以提高，能量傳遞效率不能提高。再通過分析桑基魚塘是一種將種桑、養(yǎng)蠶與池塘養(yǎng)魚相結(jié)合的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式，引導(dǎo)學(xué)生得出科學(xué)規(guī)劃、設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)的意義是：幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)和能量的多級(jí)利用，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?/p>

3.5 思維導(dǎo)圖小結(jié)課堂

高三復(fù)習(xí)注重夯實(shí)教材基礎(chǔ)知識(shí)，全面覆蓋所有考點(diǎn)，完善相應(yīng)知識(shí)體系，因而通過思維導(dǎo)圖的形式進(jìn)行課堂小結(jié)，如圖l所示。在小結(jié)時(shí)，教師通過同屏技術(shù)，利用希沃授課助手中的拍照上傳功能將幾個(gè)學(xué)生繪制的思維導(dǎo)圖展示到屏幕中，并進(jìn)行實(shí)時(shí)點(diǎn)評(píng)，讓學(xué)生看到自己繪制的思維導(dǎo)圖中存在的優(yōu)點(diǎn)與不足。在點(diǎn)評(píng)的過程中，其他學(xué)生對(duì)自己繪制的思維導(dǎo)圖的優(yōu)缺點(diǎn)也有了清晰的認(rèn)識(shí)。最后，學(xué)生課后繼續(xù)拓展和完善思維導(dǎo)圖，對(duì)能量流動(dòng)涉及的知識(shí)進(jìn)行有意義的建構(gòu)。

4 教學(xué)反思

本節(jié)內(nèi)容考查頻率高，內(nèi)容繁雜，且學(xué)生容易混淆能量流動(dòng)圖解。教師通過引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念模型，并進(jìn)行簡(jiǎn)化，讓學(xué)生通過模型規(guī)律區(qū)別三個(gè)能量流動(dòng)模型示意圖，快速判斷能量流動(dòng)類型，提高解題效率;再對(duì)模型進(jìn)行變式，減少學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)知識(shí)的片面認(rèn)識(shí)，使學(xué)生循序漸進(jìn)地完善認(rèn)知，并能夠活學(xué)活用。教師通過讓學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖自主梳理教材知識(shí)點(diǎn)，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將零散知識(shí)重新優(yōu)化組合，建構(gòu)起更加堅(jiān)實(shí)的知識(shí)體系。在整個(gè)教學(xué)過程中均使用同屏技術(shù)，將學(xué)生所學(xué)知識(shí)和出現(xiàn)的問題及時(shí)呈現(xiàn)在屏幕中，實(shí)時(shí)解決，提高了教學(xué)的時(shí)效性。