構(gòu)建概念模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

魏永強(qiáng)

摘要：本節(jié)課的重點(diǎn)及難點(diǎn)是生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過(guò)程和理解能量流動(dòng)的特點(diǎn)，為了解決重點(diǎn)突破難點(diǎn)，將教材中的問(wèn)題探討分層推進(jìn)，并不斷引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)概念模型，又通過(guò)對(duì)已建構(gòu)模型的分析和變形，理解能量流動(dòng)的特點(diǎn)和能量金字塔，既激發(fā)了學(xué)生生物學(xué)習(xí)的熱情，又培養(yǎng)了學(xué)生建模分析問(wèn)題的能力和科學(xué)探究的精神。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)；問(wèn)題導(dǎo)航；概念模型；能量流動(dòng)？

1教材分析

1.1教材的地位和作用

本節(jié)內(nèi)容是人教版高中生物必修三第五章第二節(jié)的內(nèi)容，包括能量流動(dòng)的概念、過(guò)程、特點(diǎn)、研究能量流動(dòng)的意義和能量傳遞效率的計(jì)算。作為第一課時(shí)，需解決能量流動(dòng)的概念、過(guò)程、特點(diǎn)和會(huì)簡(jiǎn)單進(jìn)行能量傳遞效率的計(jì)算，這些內(nèi)容是對(duì)之前已學(xué)的細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)容的延續(xù)，又為第二節(jié)能量流動(dòng)的實(shí)踐意義的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，同時(shí)又是學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)等內(nèi)容的基礎(chǔ)，所以本節(jié)內(nèi)容起到了承前啟后的作用。

1.2教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)

1.2.1教學(xué)重點(diǎn)：能量流動(dòng)的過(guò)程，理解能量流動(dòng)的特點(diǎn)，能量傳遞效率的計(jì)算。

1.2.2教學(xué)難點(diǎn)：能量流動(dòng)過(guò)程中每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量的去路問(wèn)題；攝入量、同化量和糞便量的關(guān)系；能量傳遞效率的計(jì)算。

2學(xué)情分析

2.1知識(shí)基礎(chǔ)

學(xué)生已經(jīng)掌握了光合作用、呼吸作用、食物鏈和食物網(wǎng)等內(nèi)容；通過(guò)物理的學(xué)習(xí)學(xué)生已經(jīng)掌握了能量、能量傳遞和能量守恒等基本概念；生物之前的學(xué)習(xí)多處涉及到模型的構(gòu)建，包括概念模型，比如用光合作用圖解描述光合作用的主要反應(yīng)過(guò)程、甲狀腺激素的分級(jí)調(diào)節(jié)、達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)的解釋模型等。

2.2思維基礎(chǔ)

學(xué)生以形象思維為主，具有一定的邏輯思維和抽象思維。

3教學(xué)目標(biāo)

3.1知識(shí)目標(biāo)

概述生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)；分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)的過(guò)程及特點(diǎn)。

3.2能力目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力、小組合作與交流能力、思維遷移能力、處理數(shù)據(jù)及運(yùn)算能力、構(gòu)建模型及動(dòng)手能力。

3.3情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

體會(huì)生物科學(xué)與生產(chǎn)生活實(shí)踐密切聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物科學(xué)的興趣。

4教學(xué)過(guò)程

4.1 課堂導(dǎo)入 荒島求生，設(shè)疑激趣

結(jié)合教材第93頁(yè)“問(wèn)題探討”向?qū)W生提出問(wèn)題，如何選擇才能生存時(shí)間更長(zhǎng)。讓學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

4.2能量流動(dòng)的過(guò)程 問(wèn)題導(dǎo)航，層層建模

草→兔子→狼，圍繞大家熟悉的一條食物鏈層層設(shè)問(wèn)，小組討論，教師引導(dǎo)。

問(wèn)題1：草的能量來(lái)自什么形式的能量，通過(guò)什么途徑獲??？

學(xué)生根據(jù)已學(xué)的光合作用相關(guān)知識(shí)回答生產(chǎn)者通過(guò)光合作用固定太陽(yáng)能，并且生產(chǎn)者固定太陽(yáng)能的總量就是流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量，構(gòu)建能量輸入過(guò)程的模型（見圖1）。

問(wèn)題2：草固定的能量哪里去了？

教師通過(guò)幻燈片播放一段有關(guān)小草的flash視頻。此視頻講述了草固定太陽(yáng)能之后的能量去路。小組討論，分析出草固定的能量去路，構(gòu)建生產(chǎn)者能量去路的模型（見圖2、圖3）。

問(wèn)題3：兔子攝入的能量全部流入兔子體內(nèi)了嗎？

學(xué)生根據(jù)常識(shí)回答兔子攝入的能量中有一部分以糞便的形式排出體內(nèi)，其余的才流入兔子體內(nèi)。教師順?biāo)浦?，告訴學(xué)生流入兔子體內(nèi)的能量稱為兔子的同化量，從而得出攝入量—糞便量=同化量的關(guān)系，繼續(xù)構(gòu)建概念模型（見圖4、圖5）。

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析，兔子產(chǎn)生的糞便最終也是被分解者利用，所以生產(chǎn)者能量的去路進(jìn)行了一下調(diào)整（見圖6、圖7）。

問(wèn)題4：流入兔子體內(nèi)的能量又有哪些去向？

學(xué)生借鑒生產(chǎn)者同化量的去向分析初級(jí)消費(fèi)者同化量的去路，并構(gòu)建模型（見圖8）

問(wèn)題5：每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量的去路都一樣嗎？

教師引導(dǎo)學(xué)生，狼作為此食物鏈的最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)，它的同化量沒有哪個(gè)去路？進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生去構(gòu)建一個(gè)完整的能量流動(dòng)的概念圖（見圖9）。

4.3 能量流動(dòng)的概念 過(guò)程小結(jié)，生成概念

教師利用幻燈片讓學(xué)生對(duì)過(guò)程進(jìn)行小結(jié)并生成能量流動(dòng)的概念。

4.4 能量流動(dòng)的特點(diǎn) 分析案例，巧構(gòu)模型

用幻燈片呈現(xiàn)賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解。每個(gè)小組有九塊木板（見圖10），A1至A4四塊木板之和表示生產(chǎn)者的同化量；B1至B4四塊木板之和表示初級(jí)消費(fèi)者的同化量；C木板表示次級(jí)消費(fèi)者同化量。結(jié)合本圖解寫出每個(gè)小木板表示的能量去路及其數(shù)值，寫完后將同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的四塊木板拼成一個(gè)規(guī)則的長(zhǎng)方形，最后將拼成的三塊長(zhǎng)方形木板按食物鏈的相對(duì)位置擺放。小組對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行展示，師生共同評(píng)價(jià)并修正模型（見圖11）。

通過(guò)模型演示，學(xué)生定性分析能量流動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)并定量計(jì)算此案例中相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率。

學(xué)生通過(guò)變換模型的位置，構(gòu)建能量金字塔（見圖12）。

4.5 解決實(shí)踐問(wèn)題 釋疑解惑，首尾呼應(yīng)

為了更科學(xué)地幫助魯賓遜做出決策，教師用課件提供以下實(shí)例：假設(shè)雞自身重1.5Kg，按最大傳遞效率20%計(jì)算，策略1先吃母雞，策略2中有1/5的玉米給雞吃，剩余的玉米給人吃，則兩種策略人的體重各可以增加多少？

學(xué)生計(jì)算如下：

策略1：1.5×20%+15×20%=3.3（Kg）

策略2：（15×1/5×20%+1.5）×20%+15×4/5×20%=2.82（Kg）

教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)模擬，解決了實(shí)際問(wèn)題，體驗(yàn)了由定性分析到定量研究的方法。

5 教學(xué)反思

課堂導(dǎo)入，角色扮演，荒島求生，設(shè)疑激趣，荒島求生導(dǎo)入，釋疑解惑收尾，首尾呼應(yīng)；

問(wèn)題導(dǎo)航，層層設(shè)問(wèn)，教師引導(dǎo)，小組討論，使學(xué)生在構(gòu)建概念模型的過(guò)程中掌握了能量流動(dòng)的過(guò)程，同時(shí)也攻克了每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量的去路和攝入量、同化量和糞便量關(guān)系這兩大難題；

分析實(shí)例賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解，利用簡(jiǎn)易材料再去構(gòu)建模型，既加深對(duì)能量流動(dòng)過(guò)程的理解，同時(shí)定性和定量相結(jié)合分析出能量流動(dòng)的特點(diǎn)和進(jìn)行能量傳遞效率的計(jì)算，最后再利用模型構(gòu)建能量金字塔；

注重多媒體應(yīng)用，幻燈片和實(shí)物投影儀；注重學(xué)生的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，采用小組競(jìng)爭(zhēng)制，在提問(wèn)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)委員記錄各組答對(duì)問(wèn)題的次數(shù)，評(píng)出最佳小組，模型構(gòu)建環(huán)節(jié)，組組之間展示、評(píng)價(jià)及修正。