指向科學(xué)探究的“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”教學(xué)設(shè)計(jì)

黃淑峰

摘要：本節(jié)課通過學(xué)生分析林德曼賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而自主探究、生成并掌握能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)，并模擬繪制能量金字塔。將靜態(tài)的科學(xué)史轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的科學(xué)探究過程，將教材知識的傳授與生物學(xué)核心素養(yǎng)的培育相結(jié)合，在課堂教學(xué)的實(shí)踐中落實(shí)新課標(biāo)的要求。

關(guān)鍵詞：能量流動(dòng);實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);科學(xué)探究;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1992-7711（2021）07-093

一、設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課通過學(xué)生分析林德曼的賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而自主探究、生成并掌握能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)。

二、教學(xué)目標(biāo)

（1）通過賽達(dá)伯格湖生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的數(shù)據(jù)分析，掌握生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)，闡述生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的概念。

（2）通過賽達(dá)伯格湖生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的數(shù)據(jù)分析，提高分析數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的能力，逐漸培養(yǎng)與人合作及科學(xué)探究的能力。

（3）通過分析、推算生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率，培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)算能力和思維推理能力。

三、教學(xué)過程

第1環(huán)節(jié)：溫故而知新，由食物鏈導(dǎo)入新課

首先請一位學(xué)生在黑板上書寫出任意一條生活中常見的食物鏈。教師點(diǎn)評并設(shè)疑：食物鏈的這種表達(dá)方式體現(xiàn)了它具有怎樣的功能呢？能量流動(dòng)的起點(diǎn)是什么？為什么起點(diǎn)不可以是動(dòng)物？學(xué)生根據(jù)這條食物鏈及已有知識可以得出能量流動(dòng)的起點(diǎn)是生產(chǎn)者。教師：我們知道了能量流動(dòng)的起點(diǎn)，但是能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動(dòng)過程及特點(diǎn)還不清楚，下面以賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解（圖1）為例，首先分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)具有什么特點(diǎn)？由此將學(xué)生的思緒引入所要學(xué)習(xí)的知識情境中，從而導(dǎo)入第2環(huán)節(jié)。

第2環(huán)節(jié)：根據(jù)賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)數(shù)據(jù)，探究能量流動(dòng)的特點(diǎn)

根據(jù)圖1所提供的數(shù)據(jù)，學(xué)生完成表1。分析圖1的數(shù)據(jù)能得出什么規(guī)律？學(xué)生回答：從圖1可以看出能量流動(dòng)方向只能由第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級，再流向第三營養(yǎng)級，而不能逆向進(jìn)行，所以能量流動(dòng)具有單向性的特點(diǎn);同時(shí)，圖1還顯示了生產(chǎn)者（第一營養(yǎng)級）固定的太陽能為464.6，而流入植食性動(dòng)物（第二營養(yǎng)級）的能量為62.8，流入肉食性動(dòng)物（第三營養(yǎng)級）的能量為12.6，可以看出能量流動(dòng)具有逐級遞減的特點(diǎn)。并且由表1可以得出能量傳遞效率約為10%—20%。教師引入能量流動(dòng)的特點(diǎn)——能量金字塔，并設(shè)疑：如果第三營養(yǎng)級中的肉食性動(dòng)物增加1千克，至少（多）需浮游植物多少千克？學(xué)生思考并作答，教師作規(guī)律性總結(jié)。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)營養(yǎng)級與能量的關(guān)系模擬繪制能量金字塔，并解釋能量金字塔的生物學(xué)意義。教師提問：從圖1能否看出能量流動(dòng)具有遞減性的原因？從而引出第3環(huán)節(jié)。

學(xué)生（在教師的引導(dǎo)下）對第一營養(yǎng)級所同化的能量的去向進(jìn)行分析：首先，第一營養(yǎng)級的生物需進(jìn)行呼吸作用，其中部分能量以熱能的形式散失掉了，其余能量用于自身的生長、發(fā)育、繁殖等生命活動(dòng);第二個(gè)去向是以被攝食的形式而流向第二個(gè)營養(yǎng)級，第三個(gè)去向是殘枝敗葉被分解者利用而流向分解者，從圖1可以看出還有一個(gè)去向，即未被利用的能量，這里教師要強(qiáng)調(diào)：未被利用的能量只是暫時(shí)的，最終還是將以上述三種途徑被利用，聯(lián)系自然界的生物自身，學(xué)生會(huì)很容易理解，接著讓學(xué)生自主分析第二、第三營養(yǎng)級能量的去向。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生模擬構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)金字塔和數(shù)量金字塔，并表征其意義、指出其個(gè)例。最后，教師總結(jié)并設(shè)疑。

四、教學(xué)反思

1.完成教學(xué)目標(biāo)。

在目標(biāo)達(dá)成方面，本節(jié)課的知識點(diǎn)主要包括三個(gè)主題內(nèi)容：“生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的過程、能量流動(dòng)的特點(diǎn)”。教材中以賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)的圖解為中心的知識框架，很適于學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。教學(xué)實(shí)踐證明，通過本節(jié)課學(xué)生的探究性活動(dòng)，較好地完成了教學(xué)目標(biāo)。

2.突破重、難點(diǎn)。

在突破重難點(diǎn)方面，本節(jié)教學(xué)以問題為載體，將靜態(tài)的科學(xué)史轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的科學(xué)探究過程，以賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)數(shù)據(jù)為探究中心，讓學(xué)生體驗(yàn)整理數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，以及用數(shù)據(jù)說明能量流動(dòng)的特點(diǎn)及其形成原因，學(xué)生通過理解能量流動(dòng)特點(diǎn)的形成原因，從而自然生成了能量流動(dòng)的過程，化難為易，有效地突破了重、難點(diǎn)，并且培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)的邏輯思維能力。

3.體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)對“生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)過程、特點(diǎn)”進(jìn)行探究，這不僅充分體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且培養(yǎng)了學(xué)生“分析、處理數(shù)據(jù)和識圖”的能力，這種能力的獲得將會(huì)促進(jìn)學(xué)生今后的學(xué)習(xí)與思考，提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（基金項(xiàng)目：江蘇省泰州市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2017年度重點(diǎn)立項(xiàng)課題《模擬實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的實(shí)踐研究》階段性研究成果，課題號：tjkzdlx2017025）

（作者單位：泰州市第三高級中學(xué)，江蘇 泰州225323）