基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

薛梓瑜 曹佳琪

[摘? ?要]《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》一節(jié)內(nèi)容圍繞生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)制定教學(xué)目標(biāo)，具有以下特點(diǎn)：采用播放視頻、創(chuàng)建情境等方式精心設(shè)計(jì)有助于學(xué)生自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)導(dǎo)引，讓學(xué)生自主地構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型，培養(yǎng)核心素養(yǎng)中的理性思維能力;淡化能量傳遞效率中常見(jiàn)的有關(guān)計(jì)算的問(wèn)題，著重從模型上理解能量的逐級(jí)遞減，樹(shù)立學(xué)生的物質(zhì)與能量觀，使其形成生命觀念;以生活實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)研究能量流動(dòng)的意義，培養(yǎng)核心素養(yǎng)中的社會(huì)責(zé)任。

[關(guān)鍵詞]生態(tài)系統(tǒng);能量流動(dòng);核心素養(yǎng)

[中圖分類(lèi)號(hào)]? ? G633.91? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2021）36-0039-03

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （2017年版）》指出，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。將核心素養(yǎng)從概念體系轉(zhuǎn)為課堂活動(dòng)，對(duì)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)提出了較大的挑戰(zhàn)。教學(xué)設(shè)計(jì)中如何凸顯核心素養(yǎng)本位，教學(xué)活動(dòng)中如何從“教為中心”轉(zhuǎn)向“學(xué)為中心”，本文對(duì)《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》這一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂實(shí)施過(guò)程做了一些分析，分享給各位教師。

一、教學(xué)分析

《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》是人教版高二生物必修3第5章《生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性》第2節(jié)內(nèi)容。受限于認(rèn)知水平，學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)還處于只了解結(jié)構(gòu)、不清楚各結(jié)構(gòu)之間是如何相互聯(lián)系進(jìn)而構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)這一整體的階段。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，能將生態(tài)系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)以整體的形式聯(lián)系在一起，并建立以事物的整體出發(fā)去研究問(wèn)題的思維模式。在之前的課程中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了光合作用和呼吸作用中能量的轉(zhuǎn)化，生活中對(duì)池塘、農(nóng)田等宏觀的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也有了一定的感性認(rèn)識(shí)，這都為本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)提供了分析的切入點(diǎn)。

二、教學(xué)目標(biāo)

第一，描述生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的概念、分析能量流動(dòng)的過(guò)程和特點(diǎn)、概述研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義。

第二，嘗試構(gòu)建能量流動(dòng)概念模型、學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)收集和處理，進(jìn)行理性思維的鍛煉。

第三，從能量角度認(rèn)同生態(tài)系統(tǒng)是開(kāi)放的生命系統(tǒng)、建立生命的物質(zhì)和能量觀、關(guān)注能量流動(dòng)在社會(huì)生產(chǎn)中的實(shí)踐意義。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

整節(jié)教學(xué)的設(shè)計(jì)以發(fā)展學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，通過(guò)教學(xué)活動(dòng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和理性思維。

首先，教師可從課本問(wèn)題引入，組織學(xué)生分析討論，引起學(xué)生對(duì)于利用能量的思考。由于能量是抽象的，教師在上新課之前可播放一段自己剪輯的視頻，包括植物的生長(zhǎng)、腐爛，動(dòng)物的繁殖、捕食、排泄，真菌細(xì)菌的生長(zhǎng)、分解，目的是將“能量”引入學(xué)生的日常認(rèn)知中。

其次，創(chuàng)建情境，教師可以兔子的生活史為例，用紙板、箭頭等教具讓學(xué)生嘗試構(gòu)建兔子這一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量流動(dòng)的概念模型，再通過(guò)類(lèi)比推理、整合，以“草—兔—狐貍”為例構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型，培養(yǎng)學(xué)生相互協(xié)作、科學(xué)探究的能力。

再次，教師分析賽達(dá)伯格湖能量的定量分析，總結(jié)能量流動(dòng)特點(diǎn)，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔的數(shù)學(xué)模型，發(fā)展學(xué)生的理性思維。

最后，教師播放新聞，讓學(xué)生關(guān)注東北、華北地區(qū)霧霾與秸稈燃燒的關(guān)系，嘗試用所學(xué)的知識(shí)分析如何合理利用秸稈中的能量，實(shí)現(xiàn)社會(huì)責(zé)任的教學(xué)目標(biāo)。

四、教學(xué)過(guò)程

1.新課導(dǎo)入

以課本中的主題“魯濱遜流落荒島上的生存策略”導(dǎo)入新課，組織學(xué)生相互討論，擺出自己思考的生存策略并說(shuō)明理由。設(shè)計(jì)目的：充分利用課本提供的素材，使學(xué)生準(zhǔn)確、快速地進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，明確要解決這一問(wèn)題，要對(duì)能量的流動(dòng)進(jìn)行研究。

教師采用多媒體播放視頻，視頻內(nèi)容包括植物的生長(zhǎng)、腐爛，動(dòng)物的繁殖、捕食、排泄，真菌細(xì)菌的生長(zhǎng)、分解等，提問(wèn)：同學(xué)們看到了哪些生命活動(dòng)？這些生命活動(dòng)的能量流動(dòng)過(guò)程是怎樣的？設(shè)計(jì)目的：由于“能量”在日常生活中比較抽象，不直觀，學(xué)生通過(guò)觀看視頻和回答問(wèn)題，雖然不能全部說(shuō)出這些活動(dòng)的能量流動(dòng)過(guò)程，但對(duì)于生命活動(dòng)離不開(kāi)能量有了直接的認(rèn)識(shí)，形成了生命系統(tǒng)的能量觀。

2.構(gòu)建能量流動(dòng)的概念模型

以回顧知識(shí)的形式引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量流動(dòng)過(guò)程模型;以討論合作的形式引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量流動(dòng)概念模型;利用類(lèi)比、推理、整合、歸納的方法引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過(guò)程模型。并且，以具體的生物代替營(yíng)養(yǎng)級(jí)，先分別研究，再整體歸類(lèi)的遞進(jìn)過(guò)程讓學(xué)生構(gòu)建了以事物的整體出發(fā)研究問(wèn)題的思維模式。

（1）第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)過(guò)程

提出問(wèn)題：現(xiàn)在我們以“草”為例，研究第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量流動(dòng)過(guò)程。草的能量從哪里來(lái)？

草的固定能量以什么形式儲(chǔ)存？

生長(zhǎng)發(fā)育繁殖所需的直接能源物質(zhì)是什么？

草的能量又會(huì)流向哪里？

學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)構(gòu)建概念模型（見(jiàn)圖1）。設(shè)計(jì)目的：該部分內(nèi)容涉及以前的知識(shí)，學(xué)生可以自主整理，實(shí)現(xiàn)“溫故”;同時(shí)，以此概念圖為基礎(chǔ)，學(xué)生在下一個(gè)情境中可以類(lèi)推出兔子的能量流動(dòng)過(guò)程。

（2）第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)過(guò)程

根據(jù)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)過(guò)程的內(nèi)容提出問(wèn)題：當(dāng)能量流入食草動(dòng)物體內(nèi)后，會(huì)有哪些去路呢？

教師采用多媒體展示圖片，內(nèi)容為一些兔子的生命活動(dòng)，包括取食、生長(zhǎng)、繁殖、排泄、被捕食和分解者分解。提問(wèn)：攝入的能量能否全部被吸收？

引出能量關(guān)系：攝入量=同化量+糞便量。

提問(wèn)：同化的能量在生命活動(dòng)中有損失么？

引出能量關(guān)系：同化量=生長(zhǎng)發(fā)育繁殖+呼吸散失。

提問(wèn)：用于生長(zhǎng)的能量又會(huì)流向哪里？

引出能量關(guān)系：生長(zhǎng)發(fā)育繁殖量=被捕食+分解者利用。

此時(shí)安排學(xué)生活動(dòng)，利用總結(jié)出的能量流動(dòng)關(guān)系和教師提供的（表示能量的形式，表示能量來(lái)源或去路），以小組為單位，拼出兔子的能量流動(dòng)過(guò)程概念模型（見(jiàn)圖2）。設(shè)計(jì)目的：利用生活化的例子將抽象的概念轉(zhuǎn)化為具象、可編輯的模型，提升學(xué)生的合作學(xué)習(xí)、模型構(gòu)建能力（學(xué)生的成果見(jiàn)圖3）。（3）生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過(guò)程

利用類(lèi)比推理的方式，學(xué)生可以描述出第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)（狐貍）的能量流動(dòng)過(guò)程。教師此時(shí)可安排小組活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生觀察草和兔子的能量流動(dòng)過(guò)程，找出相似之處，以圖4左邊的食物鏈為基礎(chǔ)，嘗試將生產(chǎn)者、初級(jí)消費(fèi)者和次級(jí)消費(fèi)者的能量流動(dòng)過(guò)程整合到一起，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過(guò)程模型（見(jiàn)圖4）。

通過(guò)以上的教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)能量流動(dòng)過(guò)程層層遞進(jìn)的講授，將抽象的能量流動(dòng)過(guò)程具體化，加深了學(xué)生對(duì)能量流動(dòng)過(guò)程的理解，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.能量流動(dòng)的特點(diǎn)

以上的教學(xué)設(shè)計(jì)是對(duì)能量流動(dòng)的定性分析，并沒(méi)有對(duì)能量進(jìn)行定量分析，為了突出能量流動(dòng)的特點(diǎn)，教師可提出以下問(wèn)題：在關(guān)于魯濱遜的實(shí)例里，能否計(jì)算出不同策略的選擇分別獲得了多少能量？引導(dǎo)學(xué)生對(duì)能量的定量分析進(jìn)行思考。教師可列出問(wèn)題提綱：

①生產(chǎn)者固定多少能量？有幾個(gè)去處？

②初級(jí)消費(fèi)者和生產(chǎn)者之間能量傳遞的效率如何？

③能量流動(dòng)在數(shù)量上有什么特點(diǎn)？

④能量在食物鏈中能否逆向流動(dòng)？

根據(jù)問(wèn)題的引導(dǎo)，學(xué)生總結(jié)出了能量流動(dòng)的兩個(gè)特點(diǎn)。此時(shí)，教師可提問(wèn)：如果箭頭表示能量流動(dòng)的方向，方框面積表示能量的多少，能量流動(dòng)過(guò)程圖解可以同時(shí)體現(xiàn)能量流動(dòng)的特點(diǎn)嗎？該如何改進(jìn)呢？學(xué)生通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，按照食物鏈，各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量應(yīng)該越來(lái)越少，則修改成圖5，如果將營(yíng)養(yǎng)級(jí)按照由低到高的順序排列，可獲得能量金字塔（見(jiàn)圖6）。

4.研究能量流動(dòng)的意義

課程結(jié)束前，教師重提關(guān)于魯濱遜的問(wèn)題，問(wèn)學(xué)生應(yīng)選擇哪一種生存策略？如何科學(xué)地解釋所做的選擇？學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，都可以利用能量流動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行解答，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)中關(guān)于社會(huì)責(zé)任的教學(xué)目標(biāo)，教師可利用多媒體播放新聞，讓學(xué)生關(guān)注東北、華北地區(qū)霧霾與秸稈燃燒的關(guān)系，嘗試用所學(xué)的知識(shí)分析如何合理利用秸稈中的能量。學(xué)生進(jìn)行分析討論，嘗試用生物學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題，教師可適時(shí)引入生態(tài)農(nóng)業(yè)的相關(guān)知識(shí)，達(dá)到滲透社會(huì)責(zé)任和中國(guó)傳統(tǒng)文化的教育目的。

五、課后反思

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （2017年版） 》的實(shí)施建議中指出，組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)在形式上和內(nèi)容上貼近核心素養(yǎng)的要求，設(shè)計(jì)活動(dòng)達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，使抽象的能量流動(dòng)過(guò)程具體化，并根據(jù)具體情境讓學(xué)生直觀體會(huì)研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的意義，取得了良好的教學(xué)效果。只是由于時(shí)間和課時(shí)的設(shè)置，某些環(huán)節(jié)存在時(shí)間緊、任務(wù)重的情況，在考慮教學(xué)時(shí)間和學(xué)生基礎(chǔ)后，教師可酌情取舍本設(shè)計(jì)的相關(guān)拓展和活動(dòng)環(huán)節(jié)。

總之，教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的合理性影響教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度。教師應(yīng)加深對(duì)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的理解，以培養(yǎng)學(xué)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，根據(jù)學(xué)情，合理利用各種教學(xué)手段整合資源，創(chuàng)設(shè)適合學(xué)生發(fā)展的課堂環(huán)境，推動(dòng)學(xué)生的綜合發(fā)展，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。

（責(zé)任編輯? ? 黃諾依）