巧用高考真題 培養學科素養
——以“生態系統的能量流動”一輪復習為例

林 麗 藍偉東

(1.廣西梧州市蒼梧中學 2.廣西梧州市梧州高級中學)

1.教材分析及設計理念

“生態系統的能量流動”是人教2019版高中生物教材選擇性必修2《生物與環境》第3章“生態系統及其穩定性”第2節的內容。本節內容是在第1節“生態系統的結構”的基礎上,進一步學習生態系統的功能,充分體現了生物學觀點之一的“結構決定功能”,同時為后續學習生態系統的穩定性做鋪墊。對于本節內容,教材從能量流動的過程、能量流動的特點、生態金字塔、研究能量流動的實踐意義等進行展示。

本節課是高考一輪復習課,學生已完成新課的學習。一輪復習課中在喚起學生知識記憶的同時要提高學生比較與歸納的能力,在不同的情境中提升學生的遷移運用能力、解決問題能力和創新能力,從而提高復習效率。教師通過歸納近五年全國卷相關考試內容及題型,查閱《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》確立本節課的核心素養要求,做到研究考情、精準備考。以一道改編的高考題為情境,設計層層遞進的主線問題涵蓋不同的知識考點;同時在開展的活動中以問題串為輔線,引導學生不斷建構相關模型;最后用真實案例的問題解決來完善模型,總結能量流動的實踐意義。

在整節復習課中,通過探討能量流動的特點樹立學生生命觀念、運用模型建構發展學生科學思維、通過分析討論數據提升科學探究素養、借助參與情境問題的討論培養社會責任,助推學科核心素養的培養與提升。

2.核心素養目標

(1)科學思維:運用模型建構的方法,歸納概括能量流經某一營養級的過程;分析不同營養級能量流動模型,建構生態系統能量流動示意圖;解釋生態金字塔中各營養級之間在能量、生物量、數量方面的關系,運用模型與建模、歸納與概括的方法建立模型,培養科學思維素養。

(2)生命觀念:分析真實情境中的能量數據,解釋能量流動的特點,樹立生命觀念的能量觀。

(3)科學探究:結合情境數據的分析、交流與討論,歸納出能量流動的特點,培養學生的歸納推理能力,提升科學探究素養。

(4)社會責任:參與稻田生態系統的設計,指導人們更加科學、有效地利用生態系統中的資源,培養學生社會責任感。

3.教學過程

基于學情分析,指導學生運用導學案完成預習:用教材第55頁“能量流經第二營養級的示意圖”改編的選詞填空;用表達式表示教材第56頁“思考·討論”圖的能量傳遞效率;補充完善稻田生態系統的能量流動過程圖。培養學生對知識靈活變化的處理能力,同時為課堂復習增大容量、提升難度做準備。

3.1 改編真題為情境,復習與激趣

高考真題改編情境:某棄耕地生態系統有一條食物鏈,生態學家對此食物鏈能量流動進行了研究,結果如表,單位是[J/(hm2·a)]

植物田鼠鼬固定的太陽能攝入量同化量呼吸量攝入量同化量呼吸量2.45×10111.05×1097.5×1087.15×1082.44×1072.25×1072.18×107

設計意圖：依托高考真題的嚴謹性和數據的科學性,以其為情境,學生更能感受高考題的嚴謹。設置情境激發學生學習興趣,引起學生思考已學的生態系統的成分、營養級,教師對學情作出診斷,同時為后面待解決問題做認知鋪墊。

3.2 改編真題為主線,建模與拆模

【活動一:自主構建模型】

任務:(1)根據上表寫出食物鏈。

(2)畫出能量流經田鼠種群的示意圖。

要求:3分鐘內獨立完成;同學間點評修正。

問題串:①田鼠“糞便”中的能量歸屬于哪一營養級?

②如何辨別“攝入量”和“同化量”?

設計意圖：學生課前已完成導學案,為了解學生對知識能否靈活運用,結合情境,設計學生動手自主完成模型構建活動。通過問題串問題①②引發學生對所構建模型的思考,打開思維的廣度和深度,培養學生的科學思維素養。利用白板等將初建模型上傳后呈現出來,學生在相互點評、彼此啟發、修正模型的過程中,發散思維,提高解決問題的能力。

【活動二:合作建構模型】

任務:(3)畫出該生態系統能量流動的示意圖。

要求:小組合作4分鐘內完成,組間點評修正。

問題串:③圖中每個營養級能量的來源是否相同?去向是否相同?

④分解者分解作用產生的能量能否流入生產者再被利用?分解者能否為消費者提供能量?請說明理由。

⑤某一營養級的能量“去向”如何判斷?

設計意圖：利用問題串活躍學生的思維,小組在合作與探討中碰撞思維進而發展學生的科學思維素養。不同小組構建的模型中某一營養級能量有三個去向或四個去向,更合理的是哪種?選取典型模型用白板進行全班展示。通過對小組合作模型的質疑,培養學生的批判性思維;其他小組在交流共享、相互評價、修正模型時,歸納能量的定量不定時、定量定時。學生進行深度學習,歸納與概括的科學思維素養再次得到提升。

【活動三:能量模型圖的拆分】

任務:①假設教材第55、56頁三個圖是根據同一個生態系統制作的,用“□”圈出教材55、56頁各圖第二營養級的同化量及去向;

②構建第二營養級的能量模型,寫出每個能量塊的內容(圖1)。

圖1

要求:寫在導學案上,小組成員之間核對并修正;抽查某組的成果。

設計意圖：從依賴情境構建的模型引導學生回歸教材,結合三個重要模型圖進行第二營養級同化量去向的拆分。學生將知識內化為能力,明確如何用準確的語言表達能量的去向,并訓練了學生邏輯思維與思維推理能力。學生既能進行模型建構,也能進行模型拆分,充分展現學生科學思維素養的發展與提升。

3.3 改編真題的探討,歸納與質疑

【活動四:探討大比拼】

任務:(4)請分析真題中能量流動的特點,并說明理由。

(5)計算能量從田鼠到鼬的傳遞效率。

要求:小組內討論,小組間能質疑,4分鐘完成。

設計意圖：結合情境的數據分析、交流與討論,培養學生的推理能力,提升科學探究素養。解釋能量流動特點的問題可以提升學生獲取信息的能力和語言組織表達的能力。通過計算得出田鼠到鼬的傳遞效率為3%,并提出質疑,鼓勵學生提出問題、分析問題、解決問題,在培養問題意識的同時,培養學生的批評性思維。

3.4 改編真題的再研,推理與轉化

【活動五:構建生態金字塔模型】

任務:(6)學習小組分別繪制能量金字塔、生物量金字塔、數量金字塔。

(7)概括生態金字塔的特點。

要求:小組合作在2分鐘內完成;每種金字塔由一個小組展示,并由小組成員代表對金字塔模型作出說明。

設計意圖：對生態系統能量流動的特點,除了用數字呈現外,還能以相應面積或體積的圖形來呈現,借此培養學科交叉的意識。同時數學模型呈現方式之間的切換是對逐級遞減特點的反復強調,活躍學生的思維,培養學生的科學推理能力。

3.5 稻田生態系統的設計,遷移與指導

【活動六:展示你的奇思妙想】

任務:(8)稻田生態系統是我們南方常見的生態系統之一,請回答以下問題。

①圖2是稻田生態系統模式圖,請用文字和箭頭在圖2中畫出使稻田能量最大限度流入人類的新措施并說明其實踐意義。

圖2

②圖3是傳統農業對水稻中能量的利用模式圖,請說出提高秸稈能量利用率的措施及其實踐意義。

圖3

要求:寫在導學案上,展示,同學間點評;說出實踐意義。

設計意圖:以當地的農田生態系統為例,將學生的思緒帶到熟悉且待解決的問題情境中。通過問題①檢測學生構建模型能力是否達標;問題②要求學生對教材知識進行遷移,利用發散思維說出新措施,如廢物資源化,保護環境;增加物質利用層次,實現可持續發展等。任務將抽象的實踐意義轉變為具體化的問題解決方案,最后回歸依托教材文字的規范性表述。以此,啟發學生用發展的眼光看待農業種植,同時培養學生的勞動素養。

4.教學反思

依托一道改編的高考真題作為情境,以問題串為導向,提高復習效率。

學生通過自主學習、合作學習方式,在畫圖、展示、互評、點評、建模與拆模等活動發散思維,發展科學思維素養;對問題的分析、討論、質疑、思辨、再展評中,培養學生的科學探究素養;從題目情境到模型,學生在歸納與概括中發展了科學推理的能力。