《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》的教學(xué)構(gòu)思與實(shí)踐

黃綱業(yè) 薛蓮 覃彩娟

[摘???要]圍繞“生命觀念”和“科學(xué)思維”兩個(gè)視角，提出了運(yùn)用“結(jié)構(gòu)決定功能觀”和“建立系統(tǒng)化模型”來分析能量流動(dòng)過程的教學(xué)構(gòu)思，并通過教學(xué)實(shí)踐和反思，提出教學(xué)建議。

[關(guān)鍵詞]生態(tài)系統(tǒng);能量流動(dòng);教學(xué)構(gòu)思

[中圖分類號(hào)]????G633.91????????[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]????A????????[文章編號(hào)]????1674-6058（2019）35-0087-02

2017年版普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，將原必修3三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》的單元內(nèi)容《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》納入了選擇性必修1《生物與環(huán)境》模塊。《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》的教學(xué)，既滲透著“結(jié)構(gòu)決定功能”的生命觀念，又承載著模型構(gòu)建的科學(xué)思維。課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此也做出了指導(dǎo)：第一，在回顧生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)的單元教學(xué)，建立“成分組成結(jié)構(gòu)”“結(jié)構(gòu)決定功能”“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念。第二，運(yùn)用系統(tǒng)分析的方法解讀能量流動(dòng)的定義和過程，通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型和梳理物理模型定量分析和歸納能量流動(dòng)特點(diǎn)，最后上升到研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義?；谡n程標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容要求和相關(guān)指導(dǎo)，筆者對(duì)《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》教學(xué)進(jìn)行了構(gòu)思、實(shí)踐與反思。

一、?教學(xué)構(gòu)思與實(shí)踐

1.創(chuàng)設(shè)問題情境，做好鋪墊

讓學(xué)生分析生態(tài)系統(tǒng)的組分和功能。教師可利用學(xué)生最為熟悉的故事（略）創(chuàng)設(shè)相關(guān)問題情境：

（1）在城市生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)四大生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中，你認(rèn)為上述故事情節(jié)的場(chǎng)景最可能發(fā)生在哪個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中？

（2）（在黑板上演示相關(guān)故事）若把黑板當(dāng)作生態(tài)系統(tǒng)，黑板的“一部分”看作是“生物群落”，那么“另一部分”可代表哪個(gè)成分？（無機(jī)環(huán)境）從生態(tài)系統(tǒng)的組成成分來看，無機(jī)環(huán)境指的是什么？（非生物的物質(zhì)與能量）

（3）在無機(jī)環(huán)境當(dāng)中，照射到地球上的太陽光應(yīng)該屬于物理世界中的物質(zhì)還是能量？如果我們將它定義為太陽光能（太陽能），可以嗎？

實(shí)際上，生態(tài)學(xué)家研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，其本質(zhì)就是研究太陽能是如何輸入，如何傳遞、轉(zhuǎn)化和輸出給生物群落的。繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考下列問題：

（1）草原生態(tài)系統(tǒng)的生物群落包括哪些？（生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者）

（2）在研究能量流動(dòng)時(shí)，選擇怎樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究比較容易？對(duì)于狼與羊，你可寫出怎么樣的食物鏈？（草→羊→狼）

（3）在“草→羊→狼”這一食物鏈中，草代表植物，羊和狼代表動(dòng)物，它們分別屬于哪種生態(tài)組分？狼和羊?qū)儆谙M(fèi)者，哪一個(gè)是初級(jí)消費(fèi)者？哪一個(gè)是次級(jí)消費(fèi)者？若從選取食物的角度看，哪一個(gè)是植食性動(dòng)物？哪一個(gè)是肉食性動(dòng)物？若從營(yíng)養(yǎng)級(jí)的角度出發(fā)，它們當(dāng)中哪一個(gè)是第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)？哪一個(gè)是第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)哪一個(gè)是第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)？

通過對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)變化的研究，進(jìn)而揭示研究針對(duì)的是群體水平，而非個(gè)體水平，換句話說，主要是從“營(yíng)養(yǎng)級(jí)”的角度進(jìn)行探索。

2.厘清思路，針對(duì)性設(shè)問，做好能量流動(dòng)分析

在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，能量的流動(dòng)變化是一個(gè)輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和輸出的動(dòng)態(tài)過程，在每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的群體之間也不例外，故而，可按照從整體過渡到局部，再從局部過渡到整體的思路進(jìn)行能量流動(dòng)分析，進(jìn)而構(gòu)建能量流動(dòng)的概念模型。值得關(guān)注的是，在進(jìn)行局部能量流動(dòng)分析時(shí)，一要準(zhǔn)確把握相關(guān)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，特別是第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)、第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)和最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量輸入和輸出情況的對(duì)比分析以及三者間能量流動(dòng)的差異性比較。例如，可建立一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)分析表（如表1），先讓學(xué)生梳理教材知識(shí)，最后采取小組合作的方式相互交流完成表格的填寫。

二要分析各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量流動(dòng)的變化關(guān)系，這是分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)特點(diǎn)的關(guān)鍵。對(duì)此，教師可對(duì)人民教育出版社出版的高中生物教師參考用書中提供的能量流動(dòng)圖解進(jìn)行適當(dāng)修改，然后詳細(xì)分析并設(shè)問導(dǎo)學(xué)。

問題1：（針對(duì)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量輸入進(jìn)行設(shè)問）太陽光能是通過生態(tài)系統(tǒng)中的哪種成分進(jìn)入生物群落中的？（生產(chǎn)者）隸屬于哪一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？（第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)）從代謝的生理過程看，生產(chǎn)者是通過哪種過程利用太陽光能的？（光合作用）輸入生物群落的能量是全部照射到地面上的能量，還是照射到生產(chǎn)者上的能量，或者是生產(chǎn)者吸收的光能？

問題2：（針對(duì)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量輸出進(jìn)行設(shè)問）從生產(chǎn)者的能量輸出過程來看，具體可分為哪些路徑？（一是生產(chǎn)者通過呼吸作用以熱能的形式消耗，二是生產(chǎn)者生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等生命活動(dòng)的消耗。其中第二條去路可從被捕食與未被捕食、被食入與未食入、被同化與未同化等角度細(xì)致分析過程，這里的同化，即對(duì)應(yīng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量，具體是指次級(jí)消費(fèi)者消化吸收的能量，這是真正流入第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量）

在對(duì)應(yīng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的未食入部分，其最終的能量去向是被分解者分解，而未被捕食部分則可以歸為暫時(shí)未被利用的能量，其本質(zhì)是與時(shí)間的長(zhǎng)短相關(guān)。時(shí)間如果很短，就會(huì)有該部分能量，如果時(shí)間足夠長(zhǎng)則最終會(huì)被分解者分解利用掉。從而可將第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量輸出歸納為3/4條基本路徑。針對(duì)生產(chǎn)者的總光合、凈光合和呼吸三者間的關(guān)系，理解總初級(jí)生產(chǎn)量、凈初級(jí)生產(chǎn)量和呼吸消耗量。這三者間的關(guān)系是闡明生產(chǎn)者固定太陽光能的總量、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖量及呼吸作用釋放的能量的本質(zhì)所在。

3.合理把握局部與整體的統(tǒng)一，重點(diǎn)把握能量流動(dòng)變化規(guī)律

從局部上分析，把握各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量輸入和輸出要遵從思維的遞進(jìn)關(guān)系。如輸入第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，也就是生產(chǎn)者的能量，是來源于太陽光，抑或是太陽光能？能量輸入的過程是怎么樣的？輸入的能量是照射到地球上的所有太陽光能，還是照射到該生態(tài)系統(tǒng)上的全部太陽能？生產(chǎn)者固定的太陽光能總量是不是生產(chǎn)者自身攝入的能量？輸出第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量可以分為哪些去路？流入第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量到底是攝入量還是同化量？要通過能量流動(dòng)分析的概念模型加以突破，并明確輸入、轉(zhuǎn)化和輸出三個(gè)量間的關(guān)系。

從整體上分析，生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)包括三部分：一是能量輸入過程;二是能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過程;三是能量的輸出過程。在進(jìn)行由局部到整體的能量流動(dòng)分析時(shí)，要緊密結(jié)合教材中的“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)示意圖”，牢牢抓住圖解中方框的大小、箭頭的方向與大小的具體含義，引導(dǎo)學(xué)生了解能量流動(dòng)的特點(diǎn)和意義;同時(shí)要具體關(guān)注是定量分析還是定性分析，從而為能量流動(dòng)特點(diǎn)的理解和能量金字塔類型的對(duì)比做好前提性鋪墊。

二、教學(xué)反思

本節(jié)課以能量流動(dòng)的輸入、轉(zhuǎn)化和輸出為焦點(diǎn)，通過創(chuàng)設(shè)生活化的情境，給予問題引領(lǐng)，較好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教學(xué)中，教師以教材圖解作為問題和模型構(gòu)建的支架，培養(yǎng)了學(xué)生細(xì)心觀察、理解問題、分析問題和解決問題的能力，有效強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)方法的訓(xùn)練。

通過自主探索、組內(nèi)合作和組間競(jìng)爭(zhēng)等方式，深化了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的溝通能力、推理能力和語言表達(dá)能力。

本節(jié)課的教學(xué)在生活化和活動(dòng)化上設(shè)計(jì)較為充分。不過，在課堂的形成性評(píng)價(jià)上關(guān)注不夠，如果時(shí)間允許，應(yīng)在情感態(tài)度與價(jià)值觀方面做進(jìn)一步滲透和引導(dǎo)，讓學(xué)生在認(rèn)知、行為和情感上有更大的收獲與發(fā)展。

（責(zé)任編輯????黃春香）