關鍵能力視角下的高三生物學二輪專題復習
——以“生態系統及其穩定性”為例

四川 葛方金

《中國高考評價體系》將“核心價值、學科素養、關鍵能力、必備知識”作為考查內容。生物科關鍵能力是指即將進入高等學校的學習者在面對與生物學科相關的生活實踐或學習探索問題情境時，有效地認識問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力(圖1)。它是支撐高水平人才終身發展和適應時代要求的能力，是發展生物學科素養、培育核心價值所必須具備的能力基礎。筆者以“生態系統及其穩定性”為例，對高三生物二輪專題復習中發展學生關鍵能力進行了探討。

圖1 《中國高考評價體系》、新高考及現行高考生物科關鍵能力映射圖

1.創設情境 構建培養學生關鍵能力的載體

教師展示以中國天府農業博覽園和生態農業系統(圖2)創設的情境，整個復習過程圍繞解決生態農業系統的實際問題展開。以大情境統領課堂，促進有效學習的發生。

圖2 生態農業系統

2.構建模型 培養學生理解能力

教師提出問題：

①設計生態農業系統所運用的生態學原理是什么？為什么生態農業系統能實現能量的多級利用，提高能量的利用率？

②生態農業系統中涉及的生物成分有哪些？它們各自有什么作用？

學生思考回答，理解生態農業系統設計的生態學原理和生產者、消費者、分解者的作用。

教師提出：糧食生產(生產過程1)中，稻-鴨-萍共作是其模式之一。水生植物紅萍(滿江紅)適生于蔭蔽環境，可作為鴨的飼料，鴨控制稻田中的雜草和害蟲，鴨糞用作肥料可以促進水稻生長。請以食物鏈(食物網)的形式表示出水稻、紅萍、雜草和害蟲、鴨的關系。

學生構建生態農業系統中幾種生物形成的食物網概念模型(圖3)。

圖3 生態農業系統中幾種生物形成的食物網

教師進一步提出：生態系統中，能量流動沿食物鏈(食物網)進行。請用箭頭和文字畫出害蟲中能量流動的概念模型。

學生構建生態農業系統害蟲中能量流動的概念模型(圖4)。

圖4 害蟲中能量流動的概念模型

學生思考并回答以下問題：

1.據生態系統能量流動示意圖(圖5)分析：

圖5 生態系統能量流動示意圖

(1)初級消費者糞便中的能量在圖中①②③哪個箭頭中？

(2)A、B、C、②中，哪個(哪些)箭頭屬于初級消費者生長發育和繁殖的能量？

2.在家禽、家畜養殖(生產過程2)中，對飼料進行精細加工，為什么能夠提高家禽、家畜的生長量？

教師指出：除能量流動沿食物鏈(食物網)進行外，生態系統的物質循環也是沿著這種渠道進行的。稻-鴨-萍生態系統中主要種植水稻，圖6是水稻中的碳元素參與碳循環的概念模型，請補充完整，并在箭頭上標明碳元素的循環形式。

圖6 水稻中的碳元素參與碳循環的概念模型(部分)

學生補充完整水稻中的碳元素參與碳循環的概念模型(圖7)。

圖7 補充完整的水稻中的碳元素參與碳循環的概念模型

學生通過自主思考、小組討論，構建和修正生態系統的營養結構、能量流動、物質循環概念模型。教師引導學生對典型模型進行分析，以掌握其本質規律，并將這些模型所包含的思想和原理通過實例進行運用，達到對相關知識的整合，深刻理解生態系統的結構、能量流動和物質循環間的內在聯系，舉一反三、融會貫通，發展學生的理解能力。

3.STS教學 培養學生解決問題的能力

生態農業系統生產實踐中，需要解決一系列問題。

教師提出問題：

(1)食用菌生產(生產過程4)中，常采用“果樹-食用菌結構”“玉米-食用菌結構”“甘蔗-食用菌結構”等立體農業生產模式。該新型立體農業生產模式運用了什么生態學原理？與傳統的單一生產模式相比，其突出的優點是什么？

(2)糧食生產中用人工合成的性引誘劑結合黑光燈對害蟲進行綜合防治是利用什么信息對害蟲進行生物防治？與化學防治相比，生物防治方法的優點有哪些？體現了生態系統中信息傳遞的什么作用？運用生態系統的信息傳遞原理，在糧食生產(生產過程1)和家禽、家畜養殖(生產過程2)中可采取哪些措施來提高各類農畜產品的產量？(至少答出3點)

(3)在農田生態系統中，人的作用非常關鍵。農田棄耕后會迅速退化，為什么？

學生分析、思考、討論并回答。

如學生運用“群落的空間結構”原理分析立體農業可充分利用空間和環境資源。運用“生態系統的信息傳遞”的科學原理分析、討論，認識到生物防治可減少農藥施用量，減輕環境污染；避免有害動物產生抗藥性，防治效果持久而穩定。列舉出以下提高農畜產品產量的措施：①利用趨光性對害蟲進行誘殺；②延長光照時間，提高家禽產蛋率；③用一定頻率聲波處理，提高蔬菜、谷類作物種子的發芽率；④釋放過量人工合成的性引誘劑，干擾害蟲的正常交尾；⑤利用人工合成的各種化學信息素吸引傳粉昆蟲，提高果樹及作物的傳粉率和結實率……運用“生態系統的穩定性”原理分析，農田生態系統中生物種類少、營養結構簡單、自我調節能力弱、抵抗力穩定性低，因此，農田棄耕后會迅速退化，認識到要加強對農田生態系統的科學管理。

通過STS教學，運用生態系統的能量流動、物質循環、信息傳遞和穩定性等生態學原理，學生分析、討論，解決生態農業系統生產實踐中的一系列實際問題，實現對生態系統的信息傳遞和穩定性的深刻理解以及靈活運用，增強學生解決生產生活中的生物學問題的意識和能力。

4.設計實驗 培養學生實驗探究能力

生態農業系統中，用生物學方法處理生產、生活垃圾。

教師提出問題：根據生態系統中分解者的作用，采用生物學方法處理生活垃圾，在確定處理生活垃圾的方案時，通常需要考慮的因素可概括為哪三個方面？

學生思考、討論并回答。理解采用生物學方法處理生活垃圾的意義。在確定處理生活垃圾的方案時，通常需要考慮的因素：待分解垃圾的性質、引進的分解者生物的種類、處理環境的理化條件。

采用生物學方法處理生產、生活垃圾的微生物大多可從土壤中篩選。請設計實驗驗證土壤微生物能分解淀粉。(要求：寫出實驗思路、預期結果并說明實驗的原理)

學生分析思考、小組討論、合作學習、設計并完善實驗。

小組1：取淀粉溶液分為兩組，一組加入滅菌的土壤浸出液作為實驗組，另一組加入土壤浸出液作為對照組，一段時間后，分別取出兩組反應液加碘液進行檢測并觀察溶液顏色變化。預期結果為實驗組溶液變藍，對照組溶液不變藍。

實驗原理：土壤微生物能分泌淀粉酶分解淀粉，淀粉遇碘變藍，可用碘液檢測淀粉是否被分解。

小組2：取淀粉溶液分為兩組，一組加入滅菌的土壤浸出液作為實驗組，另一組加入土壤浸出液作為對照組，一段時間后，分別取出兩組反應液用斐林試劑檢測是否產生還原糖并觀察溶液顏色變化。預期結果為實驗組不出現磚紅色沉淀，對照組出現磚紅色沉淀。

實驗原理：土壤微生物能分泌淀粉酶分解淀粉，產生還原糖，還原糖與斐林試劑發生反應產生磚紅色沉淀。

學生根據生態系統中分解者的作用，討論、分析，確定采用生物學方法處理生活垃圾的方案時通常需要考慮的因素，培養學生進化與適應的生命觀念。根據實驗目的，分析、討論，選擇合適的材料和試劑設計實驗；在設計、修正、完善實驗方案中充分表達和交流，訓練學生的創造性思維和批判性思維，提高科學探究能力。

5.綜合運用 培養學生創新能力

教師提出：運用生物學原理，為中國天府農業博覽園的建設提出合理的建議或意見。

學生運用生物學原理，充分討論、交流和表達，為中國天府農業博覽園的建設提出建議：①利用生態系統的信息傳遞原理對養殖的家禽、家畜進行科學管理，對農業害蟲進行生物防治；②利用生物多樣性的直接價值，發展觀光農業；③建立農業科技博物館，進行農業科普宣傳教育……

學生從生態系統中局部與整體、個體與群體的關系出發，整體認識生態系統的結構和功能等基本規律，認同人與自然和諧共生，為中國天府農業博覽園的建設提出合理的建議或意見，培養學生的系統觀和生態觀，發展學生的系統思維，培養學生的創新能力。

6.教學反思

專題復習中，教師可以結合教材中的各種典型模型，有目的地讓學生進行模型分析和重建，并注重在新情境中利用“建模思想”解決實際問題。促進學生深度理解生態系統的結構和功能。

以實際問題的多個方面相聯系的知識來構建專題復習體系，可以實現實際問題與專題知識體系的有機結合。每一個知識都是在有意義、有價值的具體問題情境中相互聯系、構建的，學生靈活運用所學的知識和能力，解決真實、具體、富有價值的問題，發展關鍵能力。