程銳創(chuàng)

摘 要 通過問題串、小組合作、情境創(chuàng)設(shè)等形式進(jìn)行模型建構(gòu)教學(xué)活動(dòng)，通過建構(gòu)自主、主動(dòng)、交流、互進(jìn)的生態(tài)課堂，幫助學(xué)生發(fā)展自主學(xué)習(xí)、模型建構(gòu)的能力。

關(guān)鍵詞 碳循環(huán) 模型建構(gòu) 教學(xué)活動(dòng)

中圖分類號(hào) G633.9B 文獻(xiàn)標(biāo)志碼

1 教材分析

“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”是人教版高中生物教材《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第五章第三節(jié)的內(nèi)容，在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中，與本節(jié)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的條目是“分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)的基本規(guī)律及其應(yīng)用”。由此可見，學(xué)生對(duì)本節(jié)內(nèi)容的掌握需達(dá)到應(yīng)用水平。第一部分內(nèi)容包括物質(zhì)循環(huán)的物質(zhì)、范圍、循環(huán)以及特點(diǎn)；第二部分內(nèi)容包括碳循環(huán)的過程、特點(diǎn)及溫室效應(yīng)；第三部分內(nèi)容包括能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的區(qū)別與聯(lián)系；第四部分內(nèi)容是探究“土壤微生物的分解作用”。對(duì)第四部分內(nèi)容，教師可以安排在課后的興趣小組活動(dòng)中完成。本節(jié)內(nèi)容是在初中階段生態(tài)系統(tǒng)的知識(shí)和高中階段種群、群落等知識(shí)基礎(chǔ)上，側(cè)重于宏觀方面探討生態(tài)系統(tǒng)的功能；以生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、能量流動(dòng)、光合作用、細(xì)胞呼吸等為基礎(chǔ)，具有承上啟下的作用。教學(xué)重點(diǎn)是分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)；教學(xué)難點(diǎn)是正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)循環(huán)的概念，說明能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系。本節(jié)內(nèi)容主要闡述物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能，就理解生命活動(dòng)的本質(zhì)和規(guī)律而言，具有不可取代的價(jià)值，具有獨(dú)特的地位。這部分知識(shí)與目前的低碳生活、環(huán)境污染等現(xiàn)實(shí)聯(lián)系緊密，對(duì)學(xué)生建立環(huán)保意識(shí)有主要作用。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo)

理解生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的概念；識(shí)記、應(yīng)用碳循環(huán)的過程；比較得出能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系。

2.2 能力目標(biāo)

以碳循環(huán)為例，分析生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)；學(xué)習(xí)模型的建構(gòu)；學(xué)習(xí)探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟。

2.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

關(guān)注碳循環(huán)平衡失調(diào)與溫室效應(yīng)的關(guān)系；培養(yǎng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)、低碳生活的意識(shí)；在合作過程中，學(xué)會(huì)交流，尊重他人，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

3 教學(xué)過程

3.1 情境導(dǎo)入，激趣課堂

教師播放視頻“全球變暖后北極熊瘋了”，以北極熊因?yàn)樘珶岫昝囊曨l引發(fā)學(xué)生思考：為什么北極熊要剃毛？全球氣候變暖的主要原因是什么？溫室效應(yīng)的主角是誰？溫室效應(yīng)增強(qiáng)與人類哪些活動(dòng)有關(guān)？

學(xué)生通過合作總結(jié)出：因?yàn)闅夂蜃兣砸昝?；溫室效?yīng)是全球氣候變暖的主要原因；二氧化碳是溫室效應(yīng)的主角；大量化石燃料的燃燒、植被的破壞等人類活動(dòng)增強(qiáng)溫室效應(yīng)。教師強(qiáng)調(diào)：大量化石燃料的燃燒，千百萬年積存的碳元素在短時(shí)間內(nèi)釋放出來。

教師引導(dǎo)學(xué)生討論：溫室效應(yīng)對(duì)生物圈可能造成什么影響？（加快極地和高山冰川的融化，海平面上升，全球氣溫升高等）在此基礎(chǔ)上，教師展示圖瓦盧的圖片，明確其將成為全球第一個(gè)因海平面上升而舉國(guó)遷移的國(guó)家，50年內(nèi)其將全部消失。

小組合作、討論：如何緩解溫室效應(yīng)？學(xué)習(xí)小組通過討論得出兩條措施：減少化石燃料的燃燒，選用替代能源等；保護(hù)森林、草原等生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)大力植物造林等。

通過上述措施可以緩解溫室效應(yīng)，如果要更加深入解決問題，學(xué)生必須對(duì)二氧化碳在生物群落和無機(jī)環(huán)境中的相關(guān)知識(shí)，有更加深入的掌握，從而進(jìn)入以碳為例的生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)的學(xué)習(xí)。既然是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，那么一定在生態(tài)系統(tǒng)的成分之間完成，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和功能密不可分，物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的功能之一。師生一起回憶生態(tài)系統(tǒng)的成分。

3.2 合作分享，自主建構(gòu)

美國(guó)學(xué)者愛德加戴爾提出，學(xué)習(xí)效果要達(dá)到50%以上，都是通過團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)和參與式學(xué)習(xí)等方式獲得。教師僅僅做為指導(dǎo)者，把課堂還給學(xué)生，使其成為課堂的主人，教師僅是指導(dǎo)，從而給學(xué)生充分的“表演空間”。

教師明確了物質(zhì)循環(huán)是在生態(tài)系統(tǒng)的各成分之間循環(huán)的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生分組用準(zhǔn)備好的材料構(gòu)建模型，最后各組學(xué)生展示結(jié)果。學(xué)生分成5或6人一組為宜，人數(shù)太多容易引起部分學(xué)生注意力分散；要明確組長(zhǎng)，使其有效帶領(lǐng)組員進(jìn)行有效活動(dòng)。教師必須在活動(dòng)時(shí)明確任務(wù)，使活動(dòng)真實(shí)有效。教師可以預(yù)先打印組號(hào)和名單，制作好會(huì)牌，粘貼在討論桌上。

活動(dòng)一：

學(xué)生討論碳究竟是如何進(jìn)、出無機(jī)環(huán)境、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者各種生態(tài)系統(tǒng)成分的？（以什么形式、通過哪種生命活動(dòng)、形成哪些產(chǎn)物、這些產(chǎn)物的去向怎樣等）。

第一、二組從無機(jī)環(huán)境的角度來考慮，第三、四組從生產(chǎn)者（比如綠色植物）的角度來考慮，第五、六組從消費(fèi)者（比如牛）的角度來考慮，第七、八組從分解者（比如蚯蚓或者腐生性的細(xì)菌和真菌）的角度來考慮。

各小組依據(jù)提示，進(jìn)行討論，得出相關(guān)結(jié)論。小組代表展示小組結(jié)論，從而明確每一種生態(tài)系統(tǒng)成分在物質(zhì)循環(huán)中的作用。

要突破碳循環(huán)，教師應(yīng)該圍繞兩個(gè)核心問題展開：① 能夠利用大氣中的二氧化碳的途徑有哪些？② 大氣中的二氧化碳來源有哪些？為了解決以上兩個(gè)問題，教師可以把問題細(xì)化為以下問題：

碳通過什么生理過程從無機(jī)環(huán)境進(jìn)入生物群落？

碳以什么形式從無機(jī)環(huán)境進(jìn)入生物群落？

碳在生物群落內(nèi)部以什么形式傳遞？通過什么渠道進(jìn)行傳遞？

碳通過什么生理過程從生物群落返還無機(jī)環(huán)境？

碳以什么形式從生物群落進(jìn)入無機(jī)環(huán)境？

碳在無機(jī)環(huán)境與生物群落之間主要是以什么形式進(jìn)行循環(huán)？

教師呈現(xiàn)以上問題，在學(xué)生討論結(jié)果的基礎(chǔ)上，再用問題串的形式啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步的思考和總結(jié)，引領(lǐng)學(xué)生思維的發(fā)展。教師也可通過搶答的形式，增強(qiáng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

活動(dòng)二：

每組準(zhǔn)備小白板一塊，紅黑色馬克筆各一支，板擦一塊。小白板上放好生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者、大氣中的CO2庫（無機(jī)環(huán)境）等磁性貼（放在頂端，橫排）。

小組活動(dòng)：用文字和黑色箭頭在白板上構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)模型，并注明碳元素的轉(zhuǎn)移方向及過程名稱。

白板布置如圖1所示，學(xué)生分組活動(dòng)，自由安排四個(gè)磁性貼的位置。

學(xué)生展示白板并解釋如此安排的理由，其他小組可以進(jìn)一步補(bǔ)充完善。師生互動(dòng)突破碳循環(huán)：先看雙箭頭，“多進(jìn)一出”為大氣中的二氧化碳，“一進(jìn)多出”為生產(chǎn)者和消費(fèi)者；再看單箭頭“多進(jìn)一出”為分解者。在碳循環(huán)模型構(gòu)建過程中，教師還要強(qiáng)調(diào)化石燃燒的問題以及各級(jí)消費(fèi)者的圖解。最后，師生歸納碳循環(huán)模型圖（圖2），并生成板書。

本部分內(nèi)容并不晦澀難懂，教師可平鋪直敘的講授，甚至讓學(xué)生自學(xué)，也能達(dá)成知識(shí)目標(biāo)。但是教師通過探究問題以及活動(dòng)創(chuàng)設(shè)課堂情境，使學(xué)生深入思考，讓學(xué)生動(dòng)起來，使課堂“活”起來，增強(qiáng)了課堂的有效性。

3.3 依據(jù)活動(dòng)，演繹概念

依據(jù)以上學(xué)生活動(dòng)，教師請(qǐng)學(xué)生思考回答下列問題：這里的生態(tài)系統(tǒng)指的是什么生態(tài)系統(tǒng)？這里的物質(zhì)是指什么？物質(zhì)在哪兩者之間循環(huán)？

教師提示：在農(nóng)田中大量使用DDT有機(jī)農(nóng)藥后，為什么會(huì)殃及南極的企鵝？學(xué)生總結(jié)此地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)是生物圈，從而明確物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)之一是全球性。因此生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)又叫生物地球化學(xué)循環(huán)。關(guān)于物質(zhì)，教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)：生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的“物質(zhì)”是指組成生物體的基本元素，而非其組成的化合物；在物質(zhì)循環(huán)過程中，伴隨著復(fù)雜的物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化。通過碳循環(huán)的模型建構(gòu)過程，學(xué)生很容易明確物質(zhì)在生物群落和無機(jī)環(huán)境之間循環(huán)往復(fù)，從而明確物質(zhì)循環(huán)的另一個(gè)特點(diǎn)是循環(huán)性。

在完成以上的三個(gè)問題后，生態(tài)系統(tǒng)的概念很自然地就由學(xué)生演繹成功。這樣由學(xué)生自主構(gòu)建知識(shí)，依據(jù)活動(dòng)從而演繹概念的方法，避免了教師直接給出概念，靠死記硬背掌握概念的內(nèi)涵和外延，易遺忘且難以理解其實(shí)質(zhì)的不足。

3.4 依托模型，列表辨析

活動(dòng)三：在白板上已構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型上，用紅色箭頭畫出能量流動(dòng)模型。

學(xué)生展示白板，并解釋如此安排的理由，其他小組可以進(jìn)一步補(bǔ)充完善。師生共同總結(jié)物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的關(guān)系模型，并列表（表1）完成辨析。

教師需要強(qiáng)調(diào)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化過程的兩個(gè)方面，生態(tài)系統(tǒng)的各種成分，正是通過能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，才能夠緊密的聯(lián)系在一起，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，再次強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)和功能間的關(guān)系。

4 小結(jié)

教師由碳循環(huán)的特點(diǎn)聯(lián)系到現(xiàn)實(shí)生活中的流行語——低碳生活，播放CCTV公益廣告《選擇低碳 綠色生活》，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)，關(guān)注霧霾，關(guān)注環(huán)保熱點(diǎn)，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行生態(tài)文明建設(shè)的教育，讓學(xué)生從自身做起，明確一些環(huán)保措施。

5 課堂拓展

教師要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)的碳循環(huán)的相關(guān)知識(shí)，繼續(xù)探究氮循環(huán)、磷循環(huán)、硫循環(huán)、水循環(huán)的相關(guān)知識(shí)，調(diào)查身邊造成溫室效應(yīng)、水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化、酸雨等的具體事例，并尋找可行的緩解的方法。學(xué)生可選擇其一寫一份調(diào)查報(bào)告。

教師提出問題樹葉每年都會(huì)掉，但是沒有看見樹葉堆積如山的場(chǎng)面呢？樹葉到哪兒去了？是分解者的分解作用，是氣候的作用，還是土壤中的化學(xué)物質(zhì)的作用？……究竟是什么在起作用呢？學(xué)生可以依據(jù)探究實(shí)驗(yàn)的一般步驟設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

6 教學(xué)反思

本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)以活動(dòng)貫穿課堂。對(duì)于教學(xué)重點(diǎn)“分析生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”的突破，以碳循環(huán)為例，教師采用“圖形分析、模型構(gòu)建”的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。對(duì)于教學(xué)難點(diǎn)“說明物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的關(guān)系”采用列表辨析法，對(duì)于教學(xué)難點(diǎn)“正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)循環(huán)的概念”，采用依據(jù)相關(guān)活動(dòng)，以學(xué)生自主演繹、教師點(diǎn)撥的方法，突破難點(diǎn)。

本節(jié)內(nèi)容與社會(huì)、與學(xué)生的生活緊密相關(guān)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行生態(tài)文明建設(shè)是本節(jié)內(nèi)容所遵循的理念，節(jié)約資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)形成人與自然和諧發(fā)展新格局。在農(nóng)田中大量使用DDT有機(jī)農(nóng)藥會(huì)殃及到南極的企鵝、碳循環(huán)和溫室效應(yīng)這些生活化的實(shí)例不僅可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境意識(shí)，增強(qiáng)其生態(tài)文明建設(shè)的意識(shí)。最后，以課外繼續(xù)探究氮循環(huán)、磷循環(huán)和水體富營(yíng)養(yǎng)化，水華赤潮現(xiàn)象、硫循環(huán)與酸雨、土壤微生物的分解作用等結(jié)束課程。

皮亞杰：“一切真知都應(yīng)由學(xué)生自己獲得，或由他重新發(fā)現(xiàn)，至少由他重新構(gòu)建，而不是草率地傳遞給他?！北竟?jié)內(nèi)容采用問題串、小組合作、情境創(chuàng)設(shè)等形式進(jìn)行模型建構(gòu)教學(xué)活動(dòng)，通過建構(gòu)自主、主動(dòng)、交流、互進(jìn)的生態(tài)課堂，尊重并發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的主體地位，給每一位學(xué)生同等的機(jī)會(huì)，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)的意識(shí)，幫助學(xué)生發(fā)展自主學(xué)習(xí)、模型建構(gòu)的能力。