黃綱業(yè) 薛蓮 覃彩娟

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

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

[中圖分類號]????G633.91????????[文獻標(biāo)識碼]????A????????[文章編號]????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》納入了選擇性必修1《生物與環(huán)境》模塊?！渡鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動》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，運用系統(tǒng)分析的方法解讀能量流動的定義和過程，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特點，最后上升到研究能量流動的實踐意義。基于課程標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容要求和相關(guān)指導(dǎo)，筆者對《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動》教學(xué)進行了構(gòu)思、實踐與反思。

一、?教學(xué)構(gòu)思與實踐

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，你認為上述故事情節(jié)的場景最可能發(fā)生在哪個生態(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”可代表哪個成分？（無機環(huán)境）從生態(tài)系統(tǒng)的組成成分來看，無機環(huán)境指的是什么？（非生物的物質(zhì)與能量）

（3）在無機環(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？

實際上，生態(tài)學(xué)家研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，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、消費者和分解者）

（2）在研究能量流動時，選擇怎樣的結(jié)構(gòu)進行研究比較容易？對于狼與羊，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，羊和狼代表動物，它們分別屬于哪種生態(tài)組分？狼和羊?qū)儆谙M者，哪一個是初級消費者？哪一個是次級消費者？若從選取食物的角度看，哪一個是植食性動物？哪一個是肉食性動物？若從營養(yǎng)級的角度出發(fā)，它們當(dāng)中哪一個是第一營養(yǎng)級？哪一個是第二營養(yǎng)級哪一個是第三營養(yǎng)級？

通過對生態(tài)系統(tǒng)的能量流動變化的研究，進而揭示研究針對的是群體水平，而非個體水平，換句話說，主要是從“營養(yǎng)級”的角度進行探索。

2.厘清思路，針對性設(shè)問，做好能量流動分析

在整個生態(tài)系統(tǒng)中，能量的流動變化是一個輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和輸出的動態(tài)過程，在每個營養(yǎng)級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行能量流動分析，進而構(gòu)建能量流動的概念模型。值得關(guān)注的是，在進行局部能量流動分析時，一要準(zhǔn)確把握相關(guān)營養(yǎng)級，特別是第一營養(yǎng)級、第二營養(yǎng)級和最高營養(yǎng)級的能量輸入和輸出情況的對比分析以及三者間能量流動的差異性比較。例如，可建立一個營養(yǎng)級能量流動分析表（如表1），先讓學(xué)生梳理教材知識，最后采取小組合作的方式相互交流完成表格的填寫。

二要分析各個營養(yǎng)級之間的能量流動的變化關(guān)系，這是分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動特點的關(guān)鍵。對此，教師可對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圖解進行適當(dāng)修改，然后詳細分析并設(shè)問導(dǎo)學(xué)。

問題1：（針對第一營養(yǎng)級的能量輸入進行設(shè)問）太陽光能是通過生態(tài)系統(tǒng)中的哪種成分進入生物群落中的？（生產(chǎn)者）隸屬于哪一個營養(yǎng)級？（第一營養(yǎng)級）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：（針對第一營養(yǎng)級的能量輸出進行設(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、發(fā)育和繁殖等生命活動的消耗。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致分析過程，這里的同化，即對應(yīng)營養(yǎng)級的同化量，具體是指次級消費者消化吸收的能量，這是真正流入第二營養(yǎng)級的能量）

在對應(yīng)營養(yǎng)級的未食入部分，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未被利用的能量，其本質(zhì)是與時間的長短相關(guān)。時間如果很短，就會有該部分能量，如果時間足夠長則最終會被分解者分解利用掉。從而可將第一營養(yǎng)級的能量輸出歸納為3/4條基本路徑。針對生產(chǎn)者的總光合、凈光合和呼吸三者間的關(guān)系，理解總初級生產(chǎn)量、凈初級生產(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，重點把握能量流動變化規(guī)律

從局部上分析，把握各個營養(yǎng)級的能量輸入和輸出要遵從思維的遞進關(guān)系。如輸入第一營養(yǎng)級的能量，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？輸出第一營養(yǎng)級的能量可以分為哪些去路？流入第二營養(yǎng)級的能量到底是攝入量還是同化量？要通過能量流動分析的概念模型加以突破，并明確輸入、轉(zhuǎn)化和輸出三個量間的關(guān)系。

從整體上分析，生態(tài)系統(tǒng)中能量流動包括三部分：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。在進行由局部到整體的能量流動分析時，要緊密結(jié)合教材中的“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動示意圖”，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)生了解能量流動的特點和意義;同時要具體關(guān)注是定量分析還是定性分析，從而為能量流動特點的理解和能量金字塔類型的對比做好前提性鋪墊。

二、教學(xué)反思

本節(jié)課以能量流動的輸入、轉(zhuǎn)化和輸出為焦點，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)生細心觀察、理解問題、分析問題和解決問題的能力，有效強化學(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)合作和組間競爭等方式，深化了學(xué)生對知識的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的溝通能力、推理能力和語言表達能力。

本節(jié)課的教學(xué)在生活化和活動化上設(shè)計較為充分。不過，在課堂的形成性評價上關(guān)注不夠，如果時間允許，應(yīng)在情感態(tài)度與價值觀方面做進一步滲透和引導(dǎo)，讓學(xué)生在認知、行為和情感上有更大的收獲與發(fā)展。

（責(zé)任編輯????黃春香）