圍繞“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”組織模型建構(gòu)教學活動

程銳創(chuàng)

摘 要 通過問題串、小組合作、情境創(chuàng)設等形式進行模型建構(gòu)教學活動，通過建構(gòu)自主、主動、交流、互進的生態(tài)課堂，幫助學生發(fā)展自主學習、模型建構(gòu)的能力。

關鍵詞 碳循環(huán) 模型建構(gòu) 教學活動

中圖分類號 G633.9B 文獻標志碼

1 教材分析

“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”是人教版高中生物教材《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第五章第三節(jié)的內(nèi)容，在《普通高中生物學課程標準（實驗）》具體內(nèi)容標準中，與本節(jié)內(nèi)容相對應的條目是“分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)的基本規(guī)律及其應用”。由此可見，學生對本節(jié)內(nèi)容的掌握需達到應用水平。第一部分內(nèi)容包括物質(zhì)循環(huán)的物質(zhì)、范圍、循環(huán)以及特點；第二部分內(nèi)容包括碳循環(huán)的過程、特點及溫室效應；第三部分內(nèi)容包括能量流動和物質(zhì)循環(huán)的區(qū)別與聯(lián)系；第四部分內(nèi)容是探究“土壤微生物的分解作用”。對第四部分內(nèi)容，教師可以安排在課后的興趣小組活動中完成。本節(jié)內(nèi)容是在初中階段生態(tài)系統(tǒng)的知識和高中階段種群、群落等知識基礎上，側(cè)重于宏觀方面探討生態(tài)系統(tǒng)的功能；以生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、能量流動、光合作用、細胞呼吸等為基礎，具有承上啟下的作用。教學重點是分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)；教學難點是正確認識物質(zhì)循環(huán)的概念，說明能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關系。本節(jié)內(nèi)容主要闡述物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能，就理解生命活動的本質(zhì)和規(guī)律而言，具有不可取代的價值，具有獨特的地位。這部分知識與目前的低碳生活、環(huán)境污染等現(xiàn)實聯(lián)系緊密，對學生建立環(huán)保意識有主要作用。

2 教學目標

2.1 知識目標

理解生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的概念；識記、應用碳循環(huán)的過程；比較得出能量流動與物質(zhì)循環(huán)的關系。

2.2 能力目標

以碳循環(huán)為例，分析生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)；學習模型的建構(gòu)；學習探究性實驗設計的一般方法和步驟。

2.3 情感、態(tài)度與價值觀目標

關注碳循環(huán)平衡失調(diào)與溫室效應的關系；培養(yǎng)環(huán)境保護意識、低碳生活的意識；在合作過程中，學會交流，尊重他人，強化團隊意識。

3 教學過程

3.1 情境導入，激趣課堂

教師播放視頻“全球變暖后北極熊瘋了”，以北極熊因為太熱而剃毛的視頻引發(fā)學生思考：為什么北極熊要剃毛？全球氣候變暖的主要原因是什么？溫室效應的主角是誰？溫室效應增強與人類哪些活動有關？

學生通過合作總結(jié)出：因為氣候變暖所以要剃毛；溫室效應是全球氣候變暖的主要原因；二氧化碳是溫室效應的主角；大量化石燃料的燃燒、植被的破壞等人類活動增強溫室效應。教師強調(diào)：大量化石燃料的燃燒，千百萬年積存的碳元素在短時間內(nèi)釋放出來。

教師引導學生討論：溫室效應對生物圈可能造成什么影響？（加快極地和高山冰川的融化，海平面上升，全球氣溫升高等）在此基礎上，教師展示圖瓦盧的圖片，明確其將成為全球第一個因海平面上升而舉國遷移的國家，50年內(nèi)其將全部消失。

小組合作、討論：如何緩解溫室效應？學習小組通過討論得出兩條措施：減少化石燃料的燃燒，選用替代能源等；保護森林、草原等生態(tài)系統(tǒng)，同時大力植物造林等。

通過上述措施可以緩解溫室效應，如果要更加深入解決問題，學生必須對二氧化碳在生物群落和無機環(huán)境中的相關知識，有更加深入的掌握，從而進入以碳為例的生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)的學習。既然是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，那么一定在生態(tài)系統(tǒng)的成分之間完成，因為結(jié)構(gòu)和功能密不可分，物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的功能之一。師生一起回憶生態(tài)系統(tǒng)的成分。

3.2 合作分享，自主建構(gòu)

美國學者愛德加戴爾提出，學習效果要達到50%以上，都是通過團隊學習、主動學習和參與式學習等方式獲得。教師僅僅做為指導者，把課堂還給學生，使其成為課堂的主人，教師僅是指導，從而給學生充分的“表演空間”。

教師明確了物質(zhì)循環(huán)是在生態(tài)系統(tǒng)的各成分之間循環(huán)的基礎上，組織學生活動，引導學生分組用準備好的材料構(gòu)建模型，最后各組學生展示結(jié)果。學生分成5或6人一組為宜，人數(shù)太多容易引起部分學生注意力分散；要明確組長，使其有效帶領組員進行有效活動。教師必須在活動時明確任務，使活動真實有效。教師可以預先打印組號和名單，制作好會牌，粘貼在討論桌上。

活動一：

學生討論碳究竟是如何進、出無機環(huán)境、生產(chǎn)者、消費者、分解者各種生態(tài)系統(tǒng)成分的？（以什么形式、通過哪種生命活動、形成哪些產(chǎn)物、這些產(chǎn)物的去向怎樣等）。

第一、二組從無機環(huán)境的角度來考慮，第三、四組從生產(chǎn)者（比如綠色植物）的角度來考慮，第五、六組從消費者（比如牛）的角度來考慮，第七、八組從分解者（比如蚯蚓或者腐生性的細菌和真菌）的角度來考慮。

各小組依據(jù)提示，進行討論，得出相關結(jié)論。小組代表展示小組結(jié)論，從而明確每一種生態(tài)系統(tǒng)成分在物質(zhì)循環(huán)中的作用。

要突破碳循環(huán)，教師應該圍繞兩個核心問題展開：① 能夠利用大氣中的二氧化碳的途徑有哪些？② 大氣中的二氧化碳來源有哪些？為了解決以上兩個問題，教師可以把問題細化為以下問題：

碳通過什么生理過程從無機環(huán)境進入生物群落？

碳以什么形式從無機環(huán)境進入生物群落？

碳在生物群落內(nèi)部以什么形式傳遞？通過什么渠道進行傳遞？

碳通過什么生理過程從生物群落返還無機環(huán)境？

碳以什么形式從生物群落進入無機環(huán)境？

碳在無機環(huán)境與生物群落之間主要是以什么形式進行循環(huán)？

教師呈現(xiàn)以上問題，在學生討論結(jié)果的基礎上，再用問題串的形式啟發(fā)學生進一步的思考和總結(jié)，引領學生思維的發(fā)展。教師也可通過搶答的形式，增強學生的競爭意識。

活動二：

每組準備小白板一塊，紅黑色馬克筆各一支，板擦一塊。小白板上放好生產(chǎn)者、消費者、分解者、大氣中的CO2庫（無機環(huán)境）等磁性貼（放在頂端，橫排）。

小組活動：用文字和黑色箭頭在白板上構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)模型，并注明碳元素的轉(zhuǎn)移方向及過程名稱。

白板布置如圖1所示，學生分組活動，自由安排四個磁性貼的位置。

學生展示白板并解釋如此安排的理由，其他小組可以進一步補充完善。師生互動突破碳循環(huán)：先看雙箭頭，“多進一出”為大氣中的二氧化碳，“一進多出”為生產(chǎn)者和消費者；再看單箭頭“多進一出”為分解者。在碳循環(huán)模型構(gòu)建過程中，教師還要強調(diào)化石燃燒的問題以及各級消費者的圖解。最后，師生歸納碳循環(huán)模型圖（圖2），并生成板書。

本部分內(nèi)容并不晦澀難懂，教師可平鋪直敘的講授，甚至讓學生自學，也能達成知識目標。但是教師通過探究問題以及活動創(chuàng)設課堂情境，使學生深入思考，讓學生動起來，使課堂“活”起來，增強了課堂的有效性。

3.3 依據(jù)活動，演繹概念

依據(jù)以上學生活動，教師請學生思考回答下列問題：這里的生態(tài)系統(tǒng)指的是什么生態(tài)系統(tǒng)？這里的物質(zhì)是指什么？物質(zhì)在哪兩者之間循環(huán)？

教師提示：在農(nóng)田中大量使用DDT有機農(nóng)藥后，為什么會殃及南極的企鵝？學生總結(jié)此地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)是生物圈，從而明確物質(zhì)循環(huán)的特點之一是全球性。因此生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)又叫生物地球化學循環(huán)。關于物質(zhì)，教師應強調(diào)：生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的“物質(zhì)”是指組成生物體的基本元素，而非其組成的化合物；在物質(zhì)循環(huán)過程中，伴隨著復雜的物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化。通過碳循環(huán)的模型建構(gòu)過程，學生很容易明確物質(zhì)在生物群落和無機環(huán)境之間循環(huán)往復，從而明確物質(zhì)循環(huán)的另一個特點是循環(huán)性。

在完成以上的三個問題后，生態(tài)系統(tǒng)的概念很自然地就由學生演繹成功。這樣由學生自主構(gòu)建知識，依據(jù)活動從而演繹概念的方法，避免了教師直接給出概念，靠死記硬背掌握概念的內(nèi)涵和外延，易遺忘且難以理解其實質(zhì)的不足。

3.4 依托模型，列表辨析

活動三：在白板上已構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型上，用紅色箭頭畫出能量流動模型。

學生展示白板，并解釋如此安排的理由，其他小組可以進一步補充完善。師生共同總結(jié)物質(zhì)循環(huán)與能量流動的關系模型，并列表（表1）完成辨析。

教師需要強調(diào)能量流動和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化過程的兩個方面，生態(tài)系統(tǒng)的各種成分，正是通過能量流動和物質(zhì)循環(huán)，才能夠緊密的聯(lián)系在一起，形成一個統(tǒng)一的整體，再次強調(diào)結(jié)構(gòu)和功能間的關系。

4 小結(jié)

教師由碳循環(huán)的特點聯(lián)系到現(xiàn)實生活中的流行語——低碳生活，播放CCTV公益廣告《選擇低碳 綠色生活》，引導學生關注社會，關注霧霾，關注環(huán)保熱點，提高學生的環(huán)保意識，對學生進行生態(tài)文明建設的教育，讓學生從自身做起，明確一些環(huán)保措施。

5 課堂拓展

教師要求學生根據(jù)所學的碳循環(huán)的相關知識，繼續(xù)探究氮循環(huán)、磷循環(huán)、硫循環(huán)、水循環(huán)的相關知識，調(diào)查身邊造成溫室效應、水質(zhì)富營養(yǎng)化、酸雨等的具體事例，并尋找可行的緩解的方法。學生可選擇其一寫一份調(diào)查報告。

教師提出問題樹葉每年都會掉，但是沒有看見樹葉堆積如山的場面呢？樹葉到哪兒去了？是分解者的分解作用，是氣候的作用，還是土壤中的化學物質(zhì)的作用？……究竟是什么在起作用呢？學生可以依據(jù)探究實驗的一般步驟設計實驗，然后進行實驗。

6 教學反思

本節(jié)內(nèi)容的學習以活動貫穿課堂。對于教學重點“分析生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”的突破，以碳循環(huán)為例，教師采用“圖形分析、模型構(gòu)建”的方式進行學習。對于教學難點“說明物質(zhì)循環(huán)與能量流動的關系”采用列表辨析法，對于教學難點“正確認識物質(zhì)循環(huán)的概念”，采用依據(jù)相關活動，以學生自主演繹、教師點撥的方法，突破難點。

本節(jié)內(nèi)容與社會、與學生的生活緊密相關，對學生進行生態(tài)文明建設是本節(jié)內(nèi)容所遵循的理念，節(jié)約資源，保護生態(tài)環(huán)境，推動形成人與自然和諧發(fā)展新格局。在農(nóng)田中大量使用DDT有機農(nóng)藥會殃及到南極的企鵝、碳循環(huán)和溫室效應這些生活化的實例不僅可激發(fā)學生學習興趣，還能培養(yǎng)學生保護環(huán)境意識，增強其生態(tài)文明建設的意識。最后，以課外繼續(xù)探究氮循環(huán)、磷循環(huán)和水體富營養(yǎng)化，水華赤潮現(xiàn)象、硫循環(huán)與酸雨、土壤微生物的分解作用等結(jié)束課程。

皮亞杰：“一切真知都應由學生自己獲得，或由他重新發(fā)現(xiàn)，至少由他重新構(gòu)建，而不是草率地傳遞給他?！北竟?jié)內(nèi)容采用問題串、小組合作、情境創(chuàng)設等形式進行模型建構(gòu)教學活動，通過建構(gòu)自主、主動、交流、互進的生態(tài)課堂，尊重并發(fā)揮學生在學習活動中的主體地位，給每一位學生同等的機會，強化團隊的意識，幫助學生發(fā)展自主學習、模型建構(gòu)的能力。