“情境—問(wèn)題驅(qū)動(dòng)法”在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用
——以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”復(fù)習(xí)課為例

唐謹(jǐn)丁

(廣西貴港市高級(jí)中學(xué) 廣西貴港 537100)

1 教材分析

“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”是人教版高中生物學(xué)教材《選擇性必修2·生物與環(huán)境》第三章第二節(jié)的內(nèi)容。該節(jié)內(nèi)容主要包括能量流動(dòng)的定義、能量流動(dòng)過(guò)程、能量流動(dòng)的特點(diǎn)、能量流動(dòng)的實(shí)踐意義四個(gè)知識(shí)點(diǎn)。在學(xué)習(xí)該節(jié)之前,學(xué)生已經(jīng)復(fù)習(xí)了光合作用、細(xì)胞呼吸以及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),對(duì)能量的來(lái)源、能量流動(dòng)渠道、能量的散失途徑有一定的了解,但對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的過(guò)程及其規(guī)律特點(diǎn)缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識(shí),因此難以用能量流動(dòng)的知識(shí)去解決生產(chǎn)實(shí)踐中的問(wèn)題。因此,本節(jié)課采取“情境—問(wèn)題驅(qū)動(dòng)法”來(lái)突破教學(xué)難點(diǎn)。

2 教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)包括:

(1)通過(guò)問(wèn)題探討,初步形成能量流動(dòng)的概念,在概念學(xué)習(xí)中強(qiáng)化生命觀念;在分析能量流動(dòng)規(guī)律的過(guò)程中,強(qiáng)化對(duì)系統(tǒng)觀,物質(zhì)與能量觀的深度認(rèn)知。

(2)通過(guò)定量分析能量流動(dòng)數(shù)據(jù),探尋數(shù)據(jù)規(guī)律,并歸納概括出能量流動(dòng)的特點(diǎn),在建構(gòu)能量流動(dòng)模型中,提高分析綜合、抽象概括的思維能力。

(3)通過(guò)活動(dòng)探究,嘗試構(gòu)建能量流動(dòng)模型,在模型分析中提高問(wèn)題解決能力。

(4)通過(guò)解決情境問(wèn)題,提升科學(xué)實(shí)踐能力與社會(huì)責(zé)任感。

本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)包括:

(1)重點(diǎn):建構(gòu)并解析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型。

(2)難點(diǎn):分析并運(yùn)用能量流動(dòng)規(guī)律來(lái)解決生產(chǎn)生活中的問(wèn)題。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課的教學(xué)思路如圖1所示。

圖1 “生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”復(fù)習(xí)課教學(xué)思路

4 教學(xué)過(guò)程

4.1 創(chuàng)設(shè)情境,引出問(wèn)題

教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境:合理密養(yǎng)、立體養(yǎng)殖是提高池塘、稻田等生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。如果你是一名農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者,以圖2 中的食物鏈為例,從生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的角度分析,可以采取哪些措施提高該稻田、魚塘生態(tài)園的經(jīng)濟(jì)效益?

圖2 池塘、稻田能量流動(dòng)圖解

教師在拋出問(wèn)題情境之后,再引出稻田、魚塘生態(tài)園中的能量流動(dòng),接著引導(dǎo)學(xué)生沿著面臨問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路思考以下問(wèn)題:能量流動(dòng)過(guò)程如何進(jìn)行? 各級(jí)營(yíng)養(yǎng)級(jí)中能量流動(dòng)存在什么規(guī)律和特點(diǎn)? 讓學(xué)生體會(huì)借助規(guī)律特點(diǎn)才能去解決生產(chǎn)生活中的問(wèn)題,深化對(duì)能量流動(dòng)意義的認(rèn)知。

設(shè)計(jì)意圖:以解決生產(chǎn)實(shí)踐問(wèn)題情境入手,將提高人工生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益與能量流動(dòng)的重點(diǎn)內(nèi)容構(gòu)建聯(lián)系。教師讓學(xué)生學(xué)會(huì)帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)內(nèi)容,不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且能夠引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)深度思考,形成對(duì)能量流動(dòng)的深刻認(rèn)知。

4.2 問(wèn)題驅(qū)動(dòng),形成能量流動(dòng)的概念

教師根據(jù)圖2 中池塘、稻田的能量流動(dòng)圖解,引導(dǎo)學(xué)生思考以下能量流動(dòng)的環(huán)節(jié):①生態(tài)系統(tǒng)中能量的最終來(lái)源;②能量流動(dòng)的起點(diǎn);③能量流動(dòng)的渠道;④能量從生產(chǎn)者到消費(fèi)者中流動(dòng)的形式;⑤能量散失形式。教師通過(guò)圖文分析與問(wèn)題導(dǎo)向相結(jié)合的形式,與學(xué)生共同闡明生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動(dòng)過(guò)程,即能量來(lái)源于太陽(yáng)能,能量流動(dòng)的起點(diǎn)是生產(chǎn)者,生產(chǎn)者通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中的化學(xué)能儲(chǔ)存,能量再通過(guò)捕食關(guān)系沿著食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)的渠道進(jìn)行傳遞,在這過(guò)程中能量大部分以熱能形式散失,少部分用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。通過(guò)讓學(xué)生描述能量流動(dòng)的過(guò)程,從而得出能量流動(dòng)的定義是生態(tài)系統(tǒng)中能量輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過(guò)程。

接著,教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生深度思考問(wèn)題:稻田和魚塘屬于人工生態(tài)系統(tǒng),流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量,除了太陽(yáng)能,應(yīng)該還有哪里的能量補(bǔ)充? 通過(guò)問(wèn)題層層驅(qū)動(dòng),教師引導(dǎo)學(xué)生明確,人工生態(tài)系統(tǒng)的總能量還包括以有機(jī)物輸入為代表的人為補(bǔ)充的能量。教師繼續(xù)提出問(wèn)題:研究能量流動(dòng)的單位是個(gè)體、種群、還是營(yíng)養(yǎng)級(jí)? 并引導(dǎo)學(xué)生分析圖2 的食物鏈,師生共同得出能量流動(dòng)是以營(yíng)養(yǎng)級(jí)為研究對(duì)象。

創(chuàng)設(shè)意圖:充分利用開篇中的問(wèn)題情境,初步建立能量流動(dòng)的概念,在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí),通過(guò)分析與綜合、抽象與概括形成對(duì)能量流動(dòng)的深刻認(rèn)知。

4.3 學(xué)生活動(dòng),建構(gòu)能量流動(dòng)模型

教師引導(dǎo)學(xué)生以稻田、魚塘生態(tài)園中的生產(chǎn)者到植食性昆蟲為例,描述能量沿食物鏈從一個(gè)種群流動(dòng)到另一個(gè)種群時(shí)包括哪些去路。

學(xué)生在深度思考后,描述該生態(tài)園中的能量流動(dòng)過(guò)程如圖3所示。接著,教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行活動(dòng)探究,分別建構(gòu)流經(jīng)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)和第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量流動(dòng)模型(圖4a、b)。教師對(duì)所構(gòu)建的模型作進(jìn)一步闡述,圖4a 儲(chǔ)存在植物體內(nèi)同化的能量,大部分以呼吸作用散失,少部分用于生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖;在此基礎(chǔ)上,教師進(jìn)行兩方面的分析:在定量不定時(shí)分析中,這些有機(jī)物中的能量一部分流向分解者,另一部分則被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)攝入體內(nèi);若進(jìn)行定量定時(shí)分析,則這些用于生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖的能量還有一部分是未被利用的。

圖3 水稻、紅萍、雜草、藍(lán)藻到植食性昆蟲能量流動(dòng)圖解

圖4 建構(gòu)能量流動(dòng)模型圖

教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)圖4a 和4b 進(jìn)行對(duì)比分析,明確初級(jí)消費(fèi)者中攝入量、同化量、糞便量等各概念之間的關(guān)系,并歸納概括出第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)、中間營(yíng)養(yǎng)級(jí)、最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)過(guò)程存在的異同點(diǎn),以前后營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的橫向?qū)Ρ确治鍪箤W(xué)生形成對(duì)能量流動(dòng)的深度認(rèn)知。最后教師再通過(guò)圖4c,讓學(xué)生利用能量流動(dòng)模型,綜合分析初級(jí)消費(fèi)者同化能量的去向,進(jìn)一步強(qiáng)化各個(gè)能量之間存在的邏輯關(guān)系,形成量化認(rèn)識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下,通過(guò)活動(dòng)探究,闡明從生產(chǎn)者到初級(jí)消費(fèi)者、初級(jí)消費(fèi)者到次級(jí)消費(fèi)者的能量傳遞過(guò)程,并了解能量不能循環(huán)利用的原因。教師通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)向,針對(duì)模型,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí),從對(duì)能量流動(dòng)的定性分析過(guò)渡到定量分析,引導(dǎo)學(xué)生在案例學(xué)習(xí)中嘗試探尋能量流動(dòng)的規(guī)律。案例設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),提高了學(xué)生的邏輯思維與綜合分析的能力。

4.4 深化剖析能量流動(dòng)模型,探尋能量流動(dòng)規(guī)律

在教材圖解的基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步深化對(duì)定量分析的認(rèn)知,教師引導(dǎo)學(xué)生分析能量流動(dòng)變式圖(圖5a),理清變式圖中每部分代表的意義。接著,教師以賽達(dá)伯格湖的自然生態(tài)系統(tǒng)例,引導(dǎo)學(xué)生分析圖5b 中的能量流動(dòng)過(guò)程,并通過(guò)設(shè)置問(wèn)題串:輸入每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化的能量如何計(jì)算? 第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)、第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量傳遞效率分別是多少? 流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量,為什么不能百分之百的流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)?能量流動(dòng)存在什么規(guī)律? 通過(guò)問(wèn)題串驅(qū)動(dòng),讓學(xué)生通過(guò)活動(dòng)探究回答問(wèn)題,進(jìn)一步深化對(duì)能量守恒的認(rèn)知。

圖5 定量分析能量流動(dòng)圖解

在此基礎(chǔ)上,教師繼續(xù)拋出問(wèn)題:在圖5c 的人工生態(tài)系統(tǒng)中,能量的輸入、輸出、每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的傳遞效率與自然生態(tài)系統(tǒng)有什么區(qū)別? 教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入深度思考,明確由于人工生態(tài)系統(tǒng)存在有機(jī)物輸入,其同化量與能量傳遞效率的相關(guān)計(jì)算與自然生態(tài)系統(tǒng)存在差異,使學(xué)生在對(duì)比分析中深化對(duì)兩種不同生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。最后教師讓學(xué)生嘗試從能量流動(dòng)特點(diǎn)的角度解釋:為什么食物鏈一般不超過(guò)5 個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)? 一山為什么不能容二虎? 豬肉為什么比白菜貴?以提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)能量流動(dòng)變式圖、某自然生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)圖解和人工生態(tài)系統(tǒng)圖解進(jìn)行深度分析,實(shí)現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的定性分析過(guò)渡至定量分析。在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下,學(xué)生學(xué)會(huì)分析處理數(shù)據(jù),歸納概括出能量流動(dòng)的特點(diǎn),提高了分析問(wèn)題,解決問(wèn)題的能力,進(jìn)一步強(qiáng)化物質(zhì)與能量觀。

4.5 應(yīng)用能量流動(dòng)模型,解決生產(chǎn)實(shí)踐問(wèn)題

在明確了能量流動(dòng)過(guò)程與規(guī)律后,教師回顧課堂最初所提出的問(wèn)題情境,引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)稻田,魚塘等人工生態(tài)系統(tǒng),利用生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的相關(guān)知識(shí),從能量的去路、種間競(jìng)爭(zhēng)等角度分析,有哪些措施可以提高生態(tài)園的收益。通過(guò)這種方式讓學(xué)生完成稻田生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)圖解(圖6)。

圖6 構(gòu)建稻田、魚塘能量多級(jí)利用圖解

設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)解決問(wèn)題情境,訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)生活中問(wèn)題的能力,明確能量流動(dòng)的實(shí)踐意義,理解能量流動(dòng)在生產(chǎn)生活中是如何實(shí)現(xiàn)多級(jí)利用的。該環(huán)節(jié)強(qiáng)化了各個(gè)知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系,同時(shí)在解決生產(chǎn)生活問(wèn)題中升華主旨、首尾呼應(yīng),提升了學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力和社會(huì)責(zé)任感。

6 教學(xué)反思

本節(jié)課從能量流動(dòng)的角度創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,引導(dǎo)學(xué)生思考如何提高稻田、魚塘的經(jīng)濟(jì)效益,接著教師以問(wèn)題層層驅(qū)動(dòng)的形式,帶領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)模型,采用定性、定量?jī)煞N方式剖析能量流動(dòng)圖解,再通過(guò)分析自然與人工生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)實(shí)例數(shù)據(jù),歸納概括并形成重要概念,理清能量流動(dòng)的規(guī)律與特點(diǎn),明確能量流動(dòng)的意義。學(xué)生在概念學(xué)習(xí)中強(qiáng)化系統(tǒng)觀,物質(zhì)與能量觀,最后再通過(guò)問(wèn)題解決來(lái)提升思維水平和科學(xué)實(shí)踐能力,強(qiáng)化社會(huì)責(zé)任感。