有機融入優秀傳統文化古詩文的生物學課堂設計
——以“研究能量流動的實踐意義”教學設計為例

廣東 陳 靜 陳興華

1.教材分析和設計思路

本部分內容選自人教版生物學選擇性必修2《生物與環境》第3章第2節，學習本部分內容時需要學生構建的次位概念是舉例說明利用能量流動規律，人們能夠更加科學、有效地利用生態系統中的資源。相應的學業要求是對相關的生態學實踐應用作出合理的分析和判斷(生命觀念、科學思維、社會責任)。

《完善中華優秀傳統文化教育指導綱要》(教社科〔2014〕3號)指出，要把中華優秀傳統文化教育系統融入課程和教材體系。該指導思想也在多個省、市的生物學高考試題中體現，比如2021年廣東省普通高中學業水平選擇性考試第2題以《詩經·葛覃》為情境考查了種群、群落和生態系統等概念的辨析。中國農耕文化源遠流長，在漫長的農業生產生活中，對于如何提高作物的產量，如何充分利用作物固定的太陽能，勞動人民積累了豐富的經驗，這些經驗很多都凝聚在古詩文當中，這些古詩文本身就蘊含著“能量流動的實踐意義”。因此，本節課采用的教學策略是提供給學生“能量流動的實踐意義”相關的經典古詩文作為教學情境，有機融入優秀中華傳統文化，再現古人真實的生產生活情景，既可以引導學生分析其中涉及的生物學原理和實踐意義，發展學生的生命觀念、科學思維、社會責任等學科核心素養，還可以陶冶學生的情操，幫助學生建立文化自信。

Mulligan動態松動術由兩種方法組成，分別是動態小面關節松動術——用于治療脊柱椎體關節，和動態關節松動術——用于治療四肢關節[8-9]。動態小面關節分為小面關節滑動技術(Natural ApophysealGlides, NAGS)、反NAGS、自動小面關節滑動技術(Sustained Natural ApophysealGlides，SNAGS)、自助式SNAGS技術。治療脊椎的方法稱為SNAGS,治療四肢關節的方法稱為MWM(Mobilisations With Movement)[10]。治療師實施Mulligan技術時，關節的活動是平行于關節面或垂直于關節面。

當然，傳統的農業耕作方式也有不足之處，教師可以引導同學們利用能量流動的規律，為改善生態系統原有的能量流動關系等提出合理的建議，發展學生的科學思維和社會責任，從而達到《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)的學業要求。

2.教學目標

基于《課程標準》的內容要求、學業要求和學業質量標準，以及《完善中華優秀傳統文化教育指導綱要》的要求，筆者制訂了如下教學目標：

因本次調查是在原伍姓湖水文站各斷面資料的基礎上進行的，故只對洪痕進行測量，不測河道縱橫斷面。各斷面均設于河道順直處，現今雖形狀產生變化，但河道外耕地當時就是水澆地，地形至今基本沒有變動。因此各斷面水準點選在原斷面上地形沒有變化的地方，其高程由原斷面圖上查得。

(1)通過對古文農業著作《氾勝之書》中有關“間作套種”的記載進行分析討論，學生能運用能量流動的規律，認識到將生物在時間、空間上進行合理配置，可以增大流入某個生態系統的總能量，從而提升農業生產效益，同時，認同我國古代勞動人民的智慧。

當然，也不能放養過多牛羊(牲畜)，過多牛羊(牲畜)會造成草場的退化，造成生態環境的破壞，也會造成畜產品產量的下降。因此，人們要根據草場的能量流動特點，合理調整能量流動關系，確定草場的載畜量，才能保持畜產品的持續高產，才能使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。

(2)通過對兩漢三國時期曹植的《七步詩》中涉及的“燃燒秸稈”的利弊討論，感受人文關懷，并能運用能量流動的規律，對該生態學實踐應用作出合理的分析和判斷，總結出可以通過對能量的多級利用，提高能量利用率，使能量得到最有效的利用。

(3)通過對田園詩人陶淵明的《歸園田居·其三》和南北朝民歌《敕勒歌》中詩句的感悟和討論，感受富有情趣的田園生活和熱愛家鄉、熱愛生活的豪情，能運用能量流動的規律，對這些生態學實踐應用作出合理的分析和判斷，總結出可以通過調整生態系統的能量流動關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。

(1)詩中的“豆”和“草”是什么關系？如果詩人任由“草盛豆苗稀”的現象發展，那么生態系統中的能量會更多流向哪里？

(4)能列舉出常見的古詩文案例，說明利用能量流動的規律，人們能夠更加科學、有效地利用生態系統中的資源。

3.教學過程

3.1導入

生態系統能量流動的特點是單向流動、逐級遞減，這是無法改變的客觀規律，那研究能量流動的過程和能量流動的規律有哪些具體的實踐意義呢？下面我們通過實例來學習。

3.2活動與體驗——在充分挖掘和尊重教材內容的基礎上，有機融入優秀傳統文化古詩文

環節一：將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態系統的總能量

以此為背景，教師可引導學生換一個角度思考：假設隨著時代的發展，在兼顧生態環境的前提下，需要大力發展畜牧業經濟，詩歌中所描繪的草原生態系統，相對于草原的承載力來說，牛羊的種群數量是多還是少？牧草中的能量有沒有被充分的利用呢？牧草中沒有被牛羊充分利用的能量流向了哪里？如何確定草場的載畜量呢？

教師向學生展示如下情境：早在兩千年前的西漢時期，我國就出現了“間作套種”的農業生產方式。據《氾勝之書》記載,在瓜田中“又種薤(xiè)十根……居瓜子外，至五月瓜熟，薤可拔賣之，與瓜相避。又可種小豆于瓜中，畝四五升，其藿可賣。此法宜平地，瓜收畝萬錢。”

然后引導學生思考如下問題：(1)瓜田中先后種植了哪些作物？(2)從能量流動角度看，這樣的種植方式有什么實踐意義？(3)結合教材分析，在農業生產中，除了間作套種，還有哪些例子能體現類似的實踐效果？(4)通過以上實例的分析，說明了研究能量流動的什么實踐意義？

【情境一】請欣賞著名田園詩人陶淵明的《歸園田居·其三》(節選)：“種豆南山下，草盛豆苗稀。晨興理荒穢，帶月荷鋤歸。”思考如下問題：

第(3)問的目的是引導學生學以致用，除了間作套種，蔬菜大棚中多層育苗、稻-萍-蛙等立體農業方式，通過充分地利用空間和資源，增大流入生態系統的總能量，獲得更大的收益。

第(4)問的目的是引導學生通過多個實例分析，總結出研究能量流動的第一個實踐意義——可以幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態系統的總能量。

環節二：通過對能量的多級利用，提高能量利用率，使能量得到最有效的利用

教師向學生展示如下古詩詞問題情境：

實驗裝置設計：采用陜西維視公司的MV-3000UC COMS數字攝像頭1臺，其分辨率最大為2 048×1 536，Computer TM公司的定焦鏡頭(焦距為5mm)。采用Intel Open CV庫函數提供的標定方法，對攝像頭進行標定。光源采用3W LED燈光源，采用背向照明方式采集雞蛋正面圖像。利用固定尺寸分割，處理單個雞蛋圖像。根據鏡頭焦距和視覺范圍及拍攝要求，計算公式設計暗箱尺寸(572mm×495mm×1 362mm)，同時采集25枚雞蛋的圖像信息，如圖1所示。

兩漢三國時期的曹植在《七步詩》中用同根而生的萁和豆來比喻同父共母的兄弟，用萁煎其豆來比喻同胞骨肉的哥哥曹丕殘害弟弟。

詩中的“萁”是豆類植物脫粒后剩下的莖，也就是人們常說的秸稈。在我國農村，相當長的一段時間，人們把秸稈當作燃料，對于田地中多余的秸稈大多也是燒掉，剩下的灰燼還田。從秸稈能量利用率的角度看，請同學們思考如下問題：

王祥被老道傷得不輕，但是也激發了他不服輸的秉性。越是在古董上跌倒，越是要這這行里找回場子。反正生意也懶得做了，王祥一咬牙就答應了錢總。

在社會經濟的高速發展的情況下，大多數的機械加工裝置都需要有高溫、高壓等高強度的特點，唯有如此才能加工一些新型難加工的材料，如金剛石、耐熱合金等等。而且隨著時代的發展，對這種機械的要求更加復雜，因此大多數的零件的形狀更加復雜，比如深孔、裂縫、彎孔等等，像這樣的形狀利用一般的加工技術是無法完成，這就要發展創新新型的加工技術，經過機械制造工作者長期的發展創新，終于創作了一種特種加工技術，它能夠利用化學能、電能、聲能等等各種能量作為原動力進行加工，它能夠對各種耐高溫、高強度等形狀復雜的零件進行精密加工，使得機械制造工藝更加的方便快捷。

本環節教師向學生展示如下古詩詞問題情境：

(2)結合教材58頁倒數第二段，舉例說明人們如何才能更好地利用秸稈中的能量。請用文字與箭頭的方式寫出你的設計方案。

(3)從以上案例的分析，研究能量流動有什么實踐意義？

【設計意圖】以學生熟悉的《七步詩》為情境，在滲透人文關懷的同時，激發學生對秸稈能量利用率的深層次思考，發展其科學思維和社會責任，學會對相關的生態學實踐應用作出合理的分析和判斷。就本情境而言，通過設問教師可以引導學生分析出：人們如果把秸稈當作燃料燒了做飯，雖然能利用秸稈中的部分能量，但并不能充分地利用秸稈中的能量；如果直接燃燒秸稈，把灰燼還田，那更是白白浪費秸稈中的能量，同時還造成了大氣污染。

通過設問，教師還可引導學生設計出充分利用秸稈能量的方案，比如：將秸稈用作飼料喂家禽、牲畜，可獲得肉、蛋、奶等；將家禽、牲畜和人的糞便作為沼氣池的原料，可以生產沼氣提供能源，沼渣也可以還田作為肥料；家禽、家畜不能食用或吃不完的秸稈，可以加工成食用菌的培養基，食用菌利用秸稈的能量生長、發育，然后食用菌把這些能量提供給人，而不是把多余的秸稈白白燒掉，浪費了其中的能量。這些設計能實現對秸稈能量的多級利用，從而大大提高能量的利用率。其中一種設計方案可以參考本節課后“練習與應用”的“二、拓展應用”的第1題圖b(如下圖)。

（3）港區功能定位有所側重。對于能產生產業帶動效益的岸線資源應布置技術、勞動、資金密集型臨港產業可建在人口較密集的港區；有污染，產業低級，不易帶動就業等產業鏈延伸不長的臨港項目建在離居民較遠的港區；集中合理布置集裝箱碼頭作業區，為“適箱貨種轉向集裝箱運輸、陸運集裝箱向水運分流”做準備；加快旅游碼頭和游艇基地的建設，打造旅游休閑中心，為深入實施“旅游國際化”和“旅游全域化”做準備。

最后，教師引導學生總結出：研究生態系統的能量流動，可以幫助人們科學地規劃和設計人工生態系統，使能量得到最有效的利用。

環節三：調整能量流動關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分

(1)分析燃燒秸稈做飯及燃燒秸稈還田的利弊。

【設計意圖】通過介紹中國古籍記錄的農業生產方式，引導學生發現我國古代人民能夠科學、有效地利用生態系統中的資源，讓學生體會我國古代勞動人民的智慧，增強學生對中華文化的自信心，并希望他們能從材料中分析出：種瓜的同時，先后間作套種了薤和小豆，這樣的生產方式相對于在同一時間和空間單獨種植一種作物來說，輸入該瓜田生態系統的總能量變大了。

裁定可撤訴說主張以可上訴對象作為指向性要素進行二審撤回起訴權利的區分和限制。根據我國民訴法的規定，能夠作為被上訴對象的裁判分為兩類，即判決和裁定。裁定可撤訴說就主張以此作為區分能否在二審程序中申請撤回起訴的依據，即只有在以裁定為對象提起上訴的案件中原審原告享有申請撤回起訴的權利。此種學說主張主要存在于我國司法實踐中，最高人民法院在處理某些案件時就明確持有此種觀點，如最高人民法院審理的神華準格爾能源有限責任公司與中國信達資產管理股份有限公司公司盈余分配糾紛案。

(2)從能量流動的角度分析詩人“晨興理荒穢，帶月荷鋤歸”的行為有什么實踐意義。

【設計意圖】以學生熟悉的《歸園田居·其三》入手，引導學生感受陶淵明富有情趣的田園生活與勞作的同時，啟發學生從生物學能量流動的角度去思考問題，這對發展學生的科學思維很有幫助。通過以上設問教師可以引導學生分析出：詩中的“豆”和“草”是競爭關系，它們競爭陽光、土壤中的礦質元素等資源。從“草盛豆苗稀”可以看出，豆苗在與野草的競爭中處于劣勢，草會把大部分陽光遮住，如果詩人任由“草盛豆苗稀”的現象發展，草將獲得比較多的陽光，而豆獲得的陽光比較少，這樣能量就比較多地流向了草，但是草無法被人食用，也就是草中的能量無法流向人。

幸好詩人“晨興理荒穢,帶月荷鋤歸”，即除去了草，豆苗少了競爭者，可以獲得足夠的陽光、水分、礦質元素等能量和營養條件，使本來流向草的光能調整為更多地流向豆苗，豆苗就可以通過光合作用，把更多的光能轉化為有機物中的化學能，從而使人獲得更多的能量。

最后，教師引導學生通過以上詩作及問題情境，總結出：研究能量流動，還可以幫助人們合理地調整能量流動關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。

【情境二】南北朝時期流傳一首非常壯美的民歌《敕勒歌》：“敕勒川，陰山下。天似穹廬，籠蓋四野。天蒼蒼，野茫茫。風吹草低見牛羊。”民歌描述的是草原生態系統，勾勒出了北國草原壯麗富饒的風光，抒寫敕勒人熱愛家鄉、熱愛生活的豪情，體現了人與自然的和諧共生。

式（4）中的Rt為動態相關系數矩陣，h11,t、h22,t分別為深圳和香港市場收益率的條件方差。至于條件協方差h12,t和h21,t，分別需要通過動態相關系數矩陣Rt的元素ρ12,t和ρ21,t估計而得，以h12,t為例，表示如下：

【設計意圖】引導學生在感受詩歌美的同時，挖掘其中涉及的生物學原理，發展科學思維和社會責任。通過設問，希望同學們學以致用，鞏固從情境一學到的研究能量流動的實踐意義，并用來分析問題，引導學生通過討論、分析得出：從“風吹草低見牛羊”的描述來看，草很多，長勢很茂盛，相對于草原的承載力來說，牛羊的種群數量是比較少的，牧草中的能量沒有被充分地利用。那么，牧草中沒有被充分利用的能量流向了哪里？很多一年生草本植物的葉子會在冬天來臨的時候枯萎，形成枯枝敗葉，然后被分解者分解，這樣，沒有被牛羊吃掉的草的能量就流向了分解者。針對這種情況，可以適當增加牛羊的數目，提高載畜量，調整能量流動關系，使本來流向分解者的能量重新流向牛羊，充分利用草場中牧草提供的能量。

本文雖短，卻拿“一個億”做噱頭，主要傳達兩個觀點。傳統化妝品企業無論是鄙視還是渴望微商，都應該走進微商圈子（目前微商的圈子還是非常封閉的）看一看。在泛渠道的發展趨勢下，微商肯定會和傳統化妝品企業進一步融合。無論是競爭還是借力，都需要了解真實的微商狀況，而不只是站在圈外面著急；微商在“碎片化”、“圈層化”的信息時代具有先天性的營銷傳播優勢，結合飛速發展的互聯網傳播手段能創造非常多的機會點，而且現在微商已經被迫走向良性零售的道路上（比如2018年出現各類的沙龍會和線下體驗店），所以依然能為傳統化妝品企業帶來更多可能。

如果說，還有什么不足的地方，那就是書中個別用詞值得斟酌，如第61頁“下雨天背稻桿——越背越重”，第163頁的“未下雨，先帶傘”中的“下雨”甌語中通常都說成“落雨”。

環節四：課堂總結升華，科學與藝術相得益彰，真與美融入人心

學生通過回答以下問題，總結本節內容，繼續感受優秀傳統古詩文與生物學相結合的魅力：

1.通過對本節內容實例的探討與學習，我們總結了研究能量流動的哪些實踐意義？

2.針對以上實踐意義，還能想到哪些相關的古詩文？請同學們討論后進行解讀與分享活動。

(3)反應溫度越低，甲烷氣體消耗量越多，甲烷水合反應的轉化率越大，說明溫度越低，水合物的生成條件越溫和，水合物的生成量越多。

【設計意圖】第1個問題主要是希望學生通過學習，能落實教材的基本知識點：(1)研究生態系統的能量流動可以幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態系統的總能量；(2)可以幫助人們科學地規劃和設計人工生態系統，使能量得到最有效的利用；(3)還可以幫助人們合理地調整能量流動關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。

第2個問題主要是希望學生能學以致用，參考教師課上提供的古詩文案例，也能想到一些與本節研究能量流動實踐意義相關的古詩文，并用本節學到的知識進行生物學原理的解讀。如果說古詩文講究的主要是藝術和美，生物學講究的是理科的科學知識與求真，那么，學生在日后欣賞古詩文的時候，能不經意地想起相關的生物學知識和原理，就是科學與藝術相得益彰，真與美融入人心，這也是生物學課堂目標之一。從課堂反饋的情況來看，學生能在教師的啟發下想到一些與本節內容相關的古詩文，比如：

(1)南宋陳敷在《農書》中總結長江下游栽桑經驗時說“若桑圃近家,卻可作墻籬,仍更疏植桑，令畦壟差闊，其下偏栽苧，因糞苧即桑亦獲肥益矣，是兩得之也。桑根植深，苧根植淺，并不相妨，而利倍差……誠用力少而見功多也。”(摘自網絡)這段古文描述的情景體現了“幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態系統的總能量”的實踐意義，原因是他利用了“桑根植深、芋根植淺”這種植物層片結構的規律，取得了“并不相妨,而利倍差”的良好結果。

作為深度學習在計算機視覺領域應用的關鍵技術，卷積神經網絡是通過設計仿生結構來模擬大腦皮層的人工神經網絡，可實現多層網絡結構的訓練學習。同傳統的圖像處理算法相比較，卷積神經網絡可以利用局部感受野，獲得自主學習能力，以應對大規模圖像處理數據，同時權值共享和池化函數設計減少了圖像特征點的維數，降低了參數調整的復雜度，稀疏連接提高了網絡結構的穩定性，最終產生用于分類的高級語義特征，因此被廣泛應用于目標檢測、圖像分類領域。

(2)南宋辛棄疾的《西江月·夜行黃沙道中》中的“稻花香里說豐年，聽取蛙聲一片。”能體現出“幫助人們合理地調整能量流動關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分”的實踐意義，原因是青蛙捕食了害蟲，控制了害蟲的泛濫，減少水稻被害蟲捕食，從而使水稻通過光合作用制造的有機物及其存儲的能量更多地流向人類，而不是流向害蟲，這里蘊含了調整能量流動關系的深意。

4.教學反思

本節教學設計的亮點是以學生喜聞樂見的古詩文為教學情境，引導學生感受我國優秀傳統文化中古詩文的精彩的同時，充分挖掘其中與研究能量流動實踐意義有關的生物學現象與原理，并設置層層深入的問題引發學生思考，引導學生自己建構及形成《課程標準》要求的次位概念，比如《氾勝之書》記載的間作套種等；也水到渠成地達到了《課程標準》學業質量的要求，比如引導學生辨別“煮豆燃豆萁”的能量利用率問題，再比如探討“風吹草低見牛羊”的草場中的牧草中的能量是否被充分利用問題等等。

通過以上教學設計，教師就可以將優秀傳統文化的古詩文有機地融入生物課堂，在此過程中發展學生的科學思維、生命觀念以及社會責任，也提升了學生人文底蘊和科學精神，使科學與藝術相得益彰，真與美融入人心。