◎ 夏 季

一、設計依據與思路

“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”是人教版必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第5章第2 節(jié)的內容。它基于生態(tài)系統(tǒng)的組分與營養(yǎng)結構,依賴呼吸、光合等細胞代謝過程,對生態(tài)工程產生指導[1]。也為物質循環(huán)提供動力,連同信息傳遞一起,構成生態(tài)系統(tǒng)的功能,起到承前啟后的重要作用?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準(2017 年版2020年修訂)》中指出學生應能夠分析出能量流動的具體規(guī)律并以此指導資源的合理、高效利用,理解各類型生態(tài)金字塔的聯(lián)系,并能夠用圖示等方式表征出生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程、特點。

自主探究對達成生物學學科核心素養(yǎng)來說至關重要。在已經掌握生態(tài)系統(tǒng)的類型和結構,對呼吸、光合等細胞代謝過程有系統(tǒng)學習的基礎上,學生具備分析各營養(yǎng)級能量的來源與去路的能力,但要理清抽象的能量流動過程及特點仍有較大難度。依據上述情況,課堂上以“荒島求生策略”創(chuàng)設情境,引出能量流動分析,將各營養(yǎng)級所同化的能量類比成“拼圖”進行分割,助力建模,逐步樹立結構與功能觀、物質與能量觀。關注學生最近發(fā)展區(qū),通過定性分割和比例量化逐步分割“能量拼圖”,引導學生圖示表征生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程,自主總結出概念和特征,培養(yǎng)學生的科學思維。指導學生從能量流動角度分析農業(yè)生產問題,提升學生社會責任意識。

二、教學目標

1.通過“拼圖法”構建生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型并總結概念。

2.總結生態(tài)系統(tǒng)的能量流動規(guī)律。

3.結合情境探討能量流動規(guī)律的實踐指導作用。

三、重難點分析

各營養(yǎng)級“能量拼圖”的分割與能量流動過程的圖示表征。

四、教學過程

1.導入

教師播放電影《魯濱遜漂流記》片段,創(chuàng)設情境:假如你也遭遇魯濱遜的窘境,面對課本93 頁“問題探討”中兩種生存策略,應該如何選擇? 學生各抒己見,造成觀點沖突。教師繼續(xù)引導:要具體分析兩種策略能量流動的情況才可弄清哪種策略能使人獲得更多的能量,引出能量流動的分析。

2.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動研究方法

教師提問:研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動一般在個體水平還是群體水平? 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動通過什么渠道進行? 學生思考并回答渠道為食物鏈(網),研究應處于群體水平。教師總結理清每個營養(yǎng)級的能量變化情況將使我們明確生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程,為模型構建做鋪墊。

3.用“拼圖法”構建生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型,總結概念,探索規(guī)律

(1)探究“拼圖”,拆分問題。

教師提問:地球上生態(tài)系統(tǒng)所需能量最終來自哪里? 輻射到地球的太陽能是否全部進入生態(tài)系統(tǒng)? 學生在教師引導下回答出來自太陽能,但僅約1%被生產者固定,進入生態(tài)系統(tǒng)。

教師提問:假如每個小組面前的白紙代表第一營養(yǎng)級獲得的能量,要將其進行分割以表示能量流動的情況,則需要明確哪兩個關鍵問題? 學生討論后總結出要明確分為幾部分以及各部分占比。教師引導說明解決上述問題需要對該營養(yǎng)級輸入的能量進行定性分割和比例量化,從而關注到學生的最近發(fā)展區(qū),將分割難題進行拆分,使其適合于認知規(guī)律。

(2)各營養(yǎng)級“能量拼圖”的定性分割。

教師提問:輸入第一營養(yǎng)級的能量,可劃分為幾條去向? 學生分組討論并在白紙背面嘗試定性分割。絕大部分小組能夠劃分出呼吸耗散、流入下一營養(yǎng)級和被分解者利用三條去向。繼續(xù)提問:一般情況下,生產者可否全部被下一營養(yǎng)級吃掉? 或者全部死亡? 學生思考作答后繼續(xù)引導:在某個確定的時間點應存在未利用的能量,從而將“能量拼圖”劃分成上述四個部分。

教師提問:第二營養(yǎng)級的能量來自哪里? 初級消費者攝入的食物可否全部被吸收利用? 該營養(yǎng)級的“能量拼圖”又該怎樣定性分割? 第三、四營養(yǎng)級的情況是與之類似嗎? 學生在問題引導下討論總結出:攝入量=糞便量+同化量[呼吸耗散量+用于生長發(fā)育繁殖的能量(被下一營養(yǎng)級的同化+分解者利用+未利用)],類比可知后續(xù)各營養(yǎng)級的情況與之類似。

教師提問:明確了各營養(yǎng)級的能量流動劃分,各部分占比如何? 承前啟后。

(3)量化“能量拼圖”比例,完成建模,總結概念。

教師展示林德曼的量化分析圖(課本95 頁圖5-8),設計表格讓學生總結圖中各項數(shù)值。根據表格中的數(shù)據,讓各小組完成各營養(yǎng)級“能量拼圖”的逐級分割,并以“拼圖模型”對該生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程進行表征。通過總結量化分析表中各項數(shù)據可明確“能量拼圖”中四部分的各自占比,進而完成“能量拼圖”的逐級分割,構建出“拼圖模型”,引導學生概括出生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念。

(4)總結生態(tài)系統(tǒng)能量流動的規(guī)律。

教師提問:模型中箭頭的方向能否調轉? 你能從中看出什么規(guī)律? 學生總結出能量流向總是單向的。

教師提問:表格中某個營養(yǎng)級同化的能量占其上一營養(yǎng)級同化量的比例是多少? 學生計算得出數(shù)據分別為13.5%、20%,教師總結能量傳遞效率的概念并指出一般范圍。繼續(xù)提問:根據上述數(shù)據并觀察模型中每個營養(yǎng)級“能量拼圖”的大小和箭頭粗細,你能得出什么規(guī)律? 學生在引導下答出逐級遞減的特點。

教師提問:如果用金字塔圖表明能量流動的情況,各營養(yǎng)級應處于什么位置? 如果換成數(shù)量或者生物量,金字塔會不會有變化呢? 學生思考并在教師引導下梳理各類生態(tài)金字塔的聯(lián)系和特點。

4.結合情境探討能量流動規(guī)律的實踐指導作用

教師提問:根據生態(tài)系統(tǒng)的能量流動規(guī)律,導入中的問題應當選擇哪個策略? 為何說“一山不容二虎”? 食物鏈中的營養(yǎng)級數(shù)量總是有限? 學生思考作答,檢驗對能量流動特點的理解。

教師提問:“桑基魚塘”較傳統(tǒng)農業(yè)具有哪些進步意義? 學生討論作答。

五、教學反思

本課以情境討論為切入點,造成觀點沖突,引出能量流動分析。關注學生最近發(fā)展區(qū),通過定性分割和比例量化逐級分割“能量拼圖”,完成建模,逐步樹立結構與功能觀、物質與能量觀。根據數(shù)據分析并結合模型觀察自主總結生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念和特點,并解釋農業(yè)生產問題,從而鍛煉科學思維,培養(yǎng)社會責任,落實學科核心素養(yǎng)。頗為遺憾的是對于未利用的能量沒有進一步分析,需要課下輔導。課堂上層層遞進的問題是驅動任務環(huán)環(huán)相扣和思維節(jié)節(jié)攀升的關鍵,本課的問題設計還需要更加精巧。