“情境—問題驅(qū)動法”在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用
——以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”復(fù)習(xí)課為例

唐謹(jǐn)丁

(廣西貴港市高級中學(xué) 廣西貴港 537100)

1 教材分析

“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”是人教版高中生物學(xué)教材《選擇性必修2·生物與環(huán)境》第三章第二節(jié)的內(nèi)容。該節(jié)內(nèi)容主要包括能量流動的定義、能量流動過程、能量流動的特點、能量流動的實踐意義四個知識點。在學(xué)習(xí)該節(jié)之前,學(xué)生已經(jīng)復(fù)習(xí)了光合作用、細(xì)胞呼吸以及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),對能量的來源、能量流動渠道、能量的散失途徑有一定的了解,但對于生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的過程及其規(guī)律特點缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識,因此難以用能量流動的知識去解決生產(chǎn)實踐中的問題。因此,本節(jié)課采取“情境—問題驅(qū)動法”來突破教學(xué)難點。

2 教學(xué)目標(biāo)與重難點

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)包括:

(1)通過問題探討,初步形成能量流動的概念,在概念學(xué)習(xí)中強化生命觀念;在分析能量流動規(guī)律的過程中,強化對系統(tǒng)觀,物質(zhì)與能量觀的深度認(rèn)知。

(2)通過定量分析能量流動數(shù)據(jù),探尋數(shù)據(jù)規(guī)律,并歸納概括出能量流動的特點,在建構(gòu)能量流動模型中,提高分析綜合、抽象概括的思維能力。

(3)通過活動探究,嘗試構(gòu)建能量流動模型,在模型分析中提高問題解決能力。

(4)通過解決情境問題,提升科學(xué)實踐能力與社會責(zé)任感。

本節(jié)課的教學(xué)重難點包括:

(1)重點:建構(gòu)并解析生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型。

(2)難點:分析并運用能量流動規(guī)律來解決生產(chǎn)生活中的問題。

3 教學(xué)設(shè)計思路

本節(jié)課的教學(xué)思路如圖1所示。

圖1 “生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”復(fù)習(xí)課教學(xué)思路

4 教學(xué)過程

4.1 創(chuàng)設(shè)情境,引出問題

教師創(chuàng)設(shè)問題情境:合理密養(yǎng)、立體養(yǎng)殖是提高池塘、稻田等生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟效益的有效措施。如果你是一名農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者,以圖2 中的食物鏈為例,從生態(tài)系統(tǒng)能量流動的角度分析,可以采取哪些措施提高該稻田、魚塘生態(tài)園的經(jīng)濟效益?

圖2 池塘、稻田能量流動圖解

教師在拋出問題情境之后,再引出稻田、魚塘生態(tài)園中的能量流動,接著引導(dǎo)學(xué)生沿著面臨問題、分析問題和解決問題的思路思考以下問題:能量流動過程如何進(jìn)行? 各級營養(yǎng)級中能量流動存在什么規(guī)律和特點? 讓學(xué)生體會借助規(guī)律特點才能去解決生產(chǎn)生活中的問題,深化對能量流動意義的認(rèn)知。

設(shè)計意圖:以解決生產(chǎn)實踐問題情境入手,將提高人工生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益與能量流動的重點內(nèi)容構(gòu)建聯(lián)系。教師讓學(xué)生學(xué)會帶著問題去學(xué)習(xí)內(nèi)容,不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且能夠引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會深度思考,形成對能量流動的深刻認(rèn)知。

4.2 問題驅(qū)動,形成能量流動的概念

教師根據(jù)圖2 中池塘、稻田的能量流動圖解,引導(dǎo)學(xué)生思考以下能量流動的環(huán)節(jié):①生態(tài)系統(tǒng)中能量的最終來源;②能量流動的起點;③能量流動的渠道;④能量從生產(chǎn)者到消費者中流動的形式;⑤能量散失形式。教師通過圖文分析與問題導(dǎo)向相結(jié)合的形式,與學(xué)生共同闡明生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動過程,即能量來源于太陽能,能量流動的起點是生產(chǎn)者,生產(chǎn)者通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為有機物中的化學(xué)能儲存,能量再通過捕食關(guān)系沿著食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)的渠道進(jìn)行傳遞,在這過程中能量大部分以熱能形式散失,少部分用于生長發(fā)育和繁殖。通過讓學(xué)生描述能量流動的過程,從而得出能量流動的定義是生態(tài)系統(tǒng)中能量輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。

接著,教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生深度思考問題:稻田和魚塘屬于人工生態(tài)系統(tǒng),流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量,除了太陽能,應(yīng)該還有哪里的能量補充? 通過問題層層驅(qū)動,教師引導(dǎo)學(xué)生明確,人工生態(tài)系統(tǒng)的總能量還包括以有機物輸入為代表的人為補充的能量。教師繼續(xù)提出問題:研究能量流動的單位是個體、種群、還是營養(yǎng)級? 并引導(dǎo)學(xué)生分析圖2 的食物鏈,師生共同得出能量流動是以營養(yǎng)級為研究對象。

創(chuàng)設(shè)意圖:充分利用開篇中的問題情境,初步建立能量流動的概念,在問題驅(qū)動下,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí),通過分析與綜合、抽象與概括形成對能量流動的深刻認(rèn)知。

4.3 學(xué)生活動,建構(gòu)能量流動模型

教師引導(dǎo)學(xué)生以稻田、魚塘生態(tài)園中的生產(chǎn)者到植食性昆蟲為例,描述能量沿食物鏈從一個種群流動到另一個種群時包括哪些去路。

學(xué)生在深度思考后,描述該生態(tài)園中的能量流動過程如圖3所示。接著,教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行活動探究,分別建構(gòu)流經(jīng)第一營養(yǎng)級和第二營養(yǎng)級的能量流動模型(圖4a、b)。教師對所構(gòu)建的模型作進(jìn)一步闡述,圖4a 儲存在植物體內(nèi)同化的能量,大部分以呼吸作用散失,少部分用于生長發(fā)育、繁殖;在此基礎(chǔ)上,教師進(jìn)行兩方面的分析:在定量不定時分析中,這些有機物中的能量一部分流向分解者,另一部分則被下一營養(yǎng)級攝入體內(nèi);若進(jìn)行定量定時分析,則這些用于生長、發(fā)育、繁殖的能量還有一部分是未被利用的。

圖3 水稻、紅萍、雜草、藍(lán)藻到植食性昆蟲能量流動圖解

圖4 建構(gòu)能量流動模型圖

教師引導(dǎo)學(xué)生對圖4a 和4b 進(jìn)行對比分析,明確初級消費者中攝入量、同化量、糞便量等各概念之間的關(guān)系,并歸納概括出第一營養(yǎng)級、中間營養(yǎng)級、最高營養(yǎng)級能量流動過程存在的異同點,以前后營養(yǎng)級之間的橫向?qū)Ρ确治鍪箤W(xué)生形成對能量流動的深度認(rèn)知。最后教師再通過圖4c,讓學(xué)生利用能量流動模型,綜合分析初級消費者同化能量的去向,進(jìn)一步強化各個能量之間存在的邏輯關(guān)系,形成量化認(rèn)識。

設(shè)計意圖:讓學(xué)生在問題驅(qū)動下,通過活動探究,闡明從生產(chǎn)者到初級消費者、初級消費者到次級消費者的能量傳遞過程,并了解能量不能循環(huán)利用的原因。教師通過問題導(dǎo)向,針對模型,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí),從對能量流動的定性分析過渡到定量分析,引導(dǎo)學(xué)生在案例學(xué)習(xí)中嘗試探尋能量流動的規(guī)律。案例設(shè)計符合學(xué)生的認(rèn)知特點,提高了學(xué)生的邏輯思維與綜合分析的能力。

4.4 深化剖析能量流動模型,探尋能量流動規(guī)律

在教材圖解的基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步深化對定量分析的認(rèn)知,教師引導(dǎo)學(xué)生分析能量流動變式圖(圖5a),理清變式圖中每部分代表的意義。接著,教師以賽達(dá)伯格湖的自然生態(tài)系統(tǒng)例,引導(dǎo)學(xué)生分析圖5b 中的能量流動過程,并通過設(shè)置問題串:輸入每一營養(yǎng)級同化的能量如何計算? 第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級、第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的能量傳遞效率分別是多少? 流入某一營養(yǎng)級的能量,為什么不能百分之百的流入下一營養(yǎng)級?能量流動存在什么規(guī)律? 通過問題串驅(qū)動,讓學(xué)生通過活動探究回答問題,進(jìn)一步深化對能量守恒的認(rèn)知。

圖5 定量分析能量流動圖解

在此基礎(chǔ)上,教師繼續(xù)拋出問題:在圖5c 的人工生態(tài)系統(tǒng)中,能量的輸入、輸出、每一營養(yǎng)級的傳遞效率與自然生態(tài)系統(tǒng)有什么區(qū)別? 教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入深度思考,明確由于人工生態(tài)系統(tǒng)存在有機物輸入,其同化量與能量傳遞效率的相關(guān)計算與自然生態(tài)系統(tǒng)存在差異,使學(xué)生在對比分析中深化對兩種不同生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識。最后教師讓學(xué)生嘗試從能量流動特點的角度解釋:為什么食物鏈一般不超過5 個營養(yǎng)級? 一山為什么不能容二虎? 豬肉為什么比白菜貴?以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

設(shè)計意圖:通過引導(dǎo)學(xué)生對能量流動變式圖、某自然生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解和人工生態(tài)系統(tǒng)圖解進(jìn)行深度分析,實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的定性分析過渡至定量分析。在問題驅(qū)動下,學(xué)生學(xué)會分析處理數(shù)據(jù),歸納概括出能量流動的特點,提高了分析問題,解決問題的能力,進(jìn)一步強化物質(zhì)與能量觀。

4.5 應(yīng)用能量流動模型,解決生產(chǎn)實踐問題

在明確了能量流動過程與規(guī)律后,教師回顧課堂最初所提出的問題情境,引導(dǎo)學(xué)生針對稻田,魚塘等人工生態(tài)系統(tǒng),利用生態(tài)系統(tǒng)能量流動的相關(guān)知識,從能量的去路、種間競爭等角度分析,有哪些措施可以提高生態(tài)園的收益。通過這種方式讓學(xué)生完成稻田生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解(圖6)。

圖6 構(gòu)建稻田、魚塘能量多級利用圖解

設(shè)計意圖:通過解決問題情境,訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決生產(chǎn)生活中問題的能力,明確能量流動的實踐意義,理解能量流動在生產(chǎn)生活中是如何實現(xiàn)多級利用的。該環(huán)節(jié)強化了各個知識點間的聯(lián)系,同時在解決生產(chǎn)生活問題中升華主旨、首尾呼應(yīng),提升了學(xué)生的科學(xué)實踐能力和社會責(zé)任感。

6 教學(xué)反思

本節(jié)課從能量流動的角度創(chuàng)設(shè)問題情境,引導(dǎo)學(xué)生思考如何提高稻田、魚塘的經(jīng)濟效益,接著教師以問題層層驅(qū)動的形式,帶領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的能量流動模型,采用定性、定量兩種方式剖析能量流動圖解,再通過分析自然與人工生態(tài)系統(tǒng)的能量流動實例數(shù)據(jù),歸納概括并形成重要概念,理清能量流動的規(guī)律與特點,明確能量流動的意義。學(xué)生在概念學(xué)習(xí)中強化系統(tǒng)觀,物質(zhì)與能量觀,最后再通過問題解決來提升思維水平和科學(xué)實踐能力,強化社會責(zé)任感。