成培平

摘 要 敘述了將教材中的問題探討分層推進，并不斷引導學生借助建模的方法對“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”進行分析。利用模型建立分層突破難點，既激發(fā)了學生生物學習的熱情，又培養(yǎng)了學生建模分析問題的能力和科學探究的精神。

關鍵詞 生態(tài)系統(tǒng) 建模 分析 能量流動

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 教學分析

1.1 教材分析

本節(jié)內容是人教版生物必修3教科書第五章第二節(jié)教學內容，該節(jié)內容包括：生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的概念、過程、特點以及研究能量流動的實踐意義。該節(jié)對第一節(jié)和第三節(jié)內容起到承上啟下的作用。本課為第二節(jié)的第一課時，教學內容比較抽象，教學重點和難點在于通過學習建構模型的方法深入理解生態(tài)系統(tǒng)的能量激動，并系統(tǒng)分析能量流動的概念、過程及其特點，為第二節(jié)能量流動的實踐意義和應用的學習打下基礎。

1.2 學情分析

經過前兩章的學習，高二的學生對于模型建構的生物科學學習方法有了一定的認識。并且學生在第1節(jié)已經學習生態(tài)系統(tǒng)的結構，教師在學生進行能量流動模型建構時只需要創(chuàng)設情境，適當引導即可。而高中生對能量流動的定性和定量分析難度較大，所以在學生自主完成模型建構的基礎上，教師可以從生活實際出發(fā)，引導學生完成對能量流動的系統(tǒng)分析。

2 教學目標

（1） 知識目標：概述生態(tài)系統(tǒng)的能量流動；分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的過程及特點。

（2） 能力目標：通過分析能量流動的概念和過程，建構相關模型；系統(tǒng)分析能量流動的過程和特點，解決實踐問題。

（3） 情感、態(tài)度與價值觀目標：體驗系統(tǒng)分析法在能量流動探究中的一般過程，激發(fā)學生學習生物科學的興趣。

3 教學重點和難點

嘗試建構模型，分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動及其特點。

4 教學策略與手段

本課采用了分層設問、自主探究、合作學習和模型建構等多種教學模式；利用多媒體課件，幫助學生直觀、生動地完成生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念、過程及其特點的模型建構和能量流動過程的系統(tǒng)分析；借助教師引導、小組討論、學生展示等活動實現(xiàn)分層突破本節(jié)課的重、難點。

5 教學過程

5.1 導入新課

教師展示課件漫畫，引入教材第93頁“問題探討”，激發(fā)學生的學習興趣。教師引導學生用“食物鏈、食物網”分析兩種備選策略的不同之處（圖1）。

教師引導學生回憶第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的結構內容，使學生建立食物鏈與能量流動的聯(lián)系，從而導出課題，明確本節(jié)課的學習目標。

5.2 能量流動的概念

教師引導學生分析教材第93頁中能量流經一個種群的圖示，使學生初步建立定性分析能量流動的思路，由“個體”能量的輸入、輸出，推廣到對種群能量輸出、輸入的研究，初步培養(yǎng)學生建構模型的能力，引導學生建構能量流動概念的模型（圖2）：生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。

教師在落實概念教學后，針對“傳遞”提出問題：能量是如何輸入生態(tài)系統(tǒng)的？并將該問題分解成兩個小問題：（1） 生態(tài)系統(tǒng)所需要的能量來自哪里？（2） 太陽能是如何輸入生態(tài)系統(tǒng)的？

在學生根據前面已有知識回答這兩個問題后，教師隨即引出能量流動的過程研究。

5.3 能量流動的過程

（1） 在研究了能量輸入途徑后，教師提出問題：“能量在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞的途徑是什么？”這樣引導學生建構一個生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程的基本模型（圖3）。

（2） 教師要求學生閱讀課本第94頁第二段文字，引導學生利用能量流動概念的模型去建構能量流經第一營養(yǎng)級的模型（圖4）。

（3） 引導學生分析能量流經第二營養(yǎng)級與第一營養(yǎng)級的不同，并要求學生嘗試建構能量流經第二營養(yǎng)級的模型（圖5），并進一步定性分析能量流動。另外教師補充“同化作用”的概念。

（4）引導學生分析每個營養(yǎng)級能量的輸入與輸出，并建構生態(tài)系統(tǒng)的能量流動模型（圖6），使學生進一步體驗科學探究的過程，完成對能量流動的定性分析。

在模型建構完成后，教師提出問題：生態(tài)系統(tǒng)中的能量和轉化是否遵循能量守恒定律？流經某個生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個生態(tài)系統(tǒng)中來？

5.4 能量流動的特點

教師引導學生閱讀課本95頁，比較賽達伯格湖的能量流動圖解與建構的模型不同之處，學生分析數據，完成表1，計算生產者、植食性動物能量出入比，進而提高學生分析和處理數據的能力。同時教師提出問題：流入某一營養(yǎng)級的能量，為什么不能百分之百地流到下一個營養(yǎng)級？

通過小組分析討論，總結出能量流動的特點：單向流動，逐級遞減。同時根據教材，教師指出傳遞效率約為10%～20%。

教師利用能量流動的特點，完善能量流動的簡化模型（圖7），解釋模型中箭頭“方向和粗細”的意義。

5.5 解決實踐問題

（1） 教師利用多媒體課件第二次引入“問題探討”，引導學生用定量的方法更科學地幫助魯濱遜作出決策。

假設雞含有的能量是1 kJ，玉米含有的能量是15 kJ，按最大傳遞效率20%計算，且策略2中有1/5的玉米給雞吃，剩余的玉米給人吃，則兩種策略流入人體的能量各為多少？

學生計算如下：

策略1：1×20%+15×20%=3.2 kJ。

策略2：（15×1/5×20%+1）×20%+15×4/5×20%=2.72 kJ。

教師引導學生通過數據模擬、計算、比較，解決“問題探討”中的實踐問題。學生體驗了由定性分析到定量研究的方法，認同建構模型進行生物學習的價值。

（2） 應用已有模型建構的方法，嘗試建構能量流動的物理模型——能量金字塔。學生通過構建能量金字塔模型，解決“為什么食物鏈上一般不超過五個營養(yǎng)級”的問題。

5.6 知識總結

教師借助課件，引導學生回顧本節(jié)課的核心知識。學生自主總結，完善板書。

5.7 反饋練習與板設計（略）

6 教學反思

本節(jié)課中教師利用問題引導學生自主建模，并利用模型系統(tǒng)分析問題，將難點分解為多個模型的建立而得以巧妙突破。整節(jié)課教師2次引入“問題探討”中提出的實踐問題，層層深入，持續(xù)激發(fā)學生的學習興趣，活躍課堂氣氛。在學習中學生體驗到建模法對知識探究的樂趣，學生的科學探究能力在不斷解決相關問題的過程中得到提升。高中生物新課程標準指出：“提高每個高中學生的生物科學素養(yǎng)是本課程標準實施中的核心任務。”中學生物學知識點瑣碎，記憶的知識點也比較多，教師應當把模型方法應用于課堂教學之中，增強知識點之間的聯(lián)系，以提高學生的自主學習和科學探究能力。