“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程”教學研究

慕曉茹，楊東輝

（1.大連教育學院 高中教師教育中心，遼寧 大連 116021；2.大連市第二中學，遼寧 大連 116013）

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“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程”教學研究

慕曉茹1，楊東輝2*

（1.大連教育學院 高中教師教育中心，遼寧 大連 116021；2.大連市第二中學，遼寧 大連 116013）

從認知結構、過程和功能三個維度對“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程”進行系統(tǒng)教學研究，并據此設計與實施教學，使得學習起點設置、內容及活動序列與認知過程更加合理，知識的認知價值得以運用與體現，教學時空得到優(yōu)化配置。

能量流動；認知結構；認知過程；認知功能；教學研究

“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程”是人教版普通高中課程標準實驗教材（教科書）高中生物必修3第5章第2節(jié)“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”中的一個知識點。多數教師在教學中存在著學習起點設置與認知過程不合理、沒有利用已有知識的認識價值、沒有體現這一知識的認識價值等教學問題。我們基于認知原理對“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程”這一知識點進行系統(tǒng)教學研究，并形成解決這些教學問題的方案范例。

一、基于認知原理的教學分析

認知有廣義與狹義之分，廣義的認知與認識是同一概念，是人腦反映客觀事物的特性與聯系，揭露事物對人的意義與作用的心理活動［1］，本文中不刻意區(qū)別認識與認知兩個術語的使用?，F代認知心理學認為，認知作為復雜心理系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，具有結構、過程和功能三個維度［2］，下面將從認知結構、過程和功能三個維度對“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程”進行教學分析。

1.認知結構維度的教學分析

認知結構維度主要有兩個教學問題：一是學生的已有相關知識經驗作為認知結構變量的可利用性、分辨性與穩(wěn)固性如何；二是關于一個生命系統(tǒng)的能量輸入、傳遞、轉化、輸出知識，學生是否已有認知以及認知水平如何。

圍繞認知結構維度的主要教學問題作出系統(tǒng)分析如下：教材中的生態(tài)系統(tǒng)的結構模型與能量流動模型（示意圖）內在一致，是能量流動過程認知的重要認知結構變量；對“營養(yǎng)級”概念，學生尚處于食物鏈水平的認識與理解，而不是本知識點需要的食物網或生態(tài)系統(tǒng)層次的認識與理解；對“同化”的概念，學生認識尚不清晰，學生已知“不同形式的能量之間可以通過物理效應或化學反應而相互轉化”，在細胞、個體水平上建立了“有機物儲存化學能，能量傳遞與轉化通過物質傳遞與轉化而實現”的觀念，這是學生認識與理解生態(tài)系統(tǒng)層次的能量流動過程的基礎。

根據上述分析，我們提出了認知結構維度的教學設計要點：（1）課前布置學生復習生態(tài)系統(tǒng)結構模型，以提高其穩(wěn)固性及可利用性。（2）利用認知結構變量來設計認知發(fā)展點，引導學生將細胞、個體水平的能量觀念置于生態(tài)系統(tǒng)水平上，依據生態(tài)系統(tǒng)的結構模型來嘗試概括生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的大致過程。（3）在能量流動的大致過程的概括過程中提升學生對“營養(yǎng)級”概念的認識水平，并在第二營養(yǎng)級的能量流動過程分析中先讓學生對“同化”概念建立清晰的認識與理解。

2.認知過程維度的教學分析

認知過程維度主要有三個教學問題：一是學生現有認知階段（從現象到本質、從感性到理性、從具體到抽象等）及狀態(tài)如何；二是在認知過程處理上，學生更好的認知建構方式是什么，需要怎樣的認知建構情境；三是什么樣的活動及序列安排是必要且合理的，什么樣的具體行為組織方式會更有利于促進學生認識與理解。

圍繞認知過程維度的主要教學問題作出系統(tǒng)分析如下：學生已具備“細胞生命系統(tǒng)只有不斷輸入能量，才能維持生命活動的有序性”和“太陽能是所有生命系統(tǒng)能量的最終源頭”的理性認識，但這種認識是建立在具體的細胞與個體水平上的，在本節(jié)學習中需要明確定位在抽象的生態(tài)系統(tǒng)層次水平。從生態(tài)系統(tǒng)層次分析能量流動是把每個物種都歸屬于一個特定的營養(yǎng)級（依據物種的主要食性），分析每個營養(yǎng)級的能量輸入和輸出，這就必需對“營養(yǎng)級”概念有食物網或生態(tài)系統(tǒng)層次水平的認識與理解。由于上一節(jié)“生態(tài)系統(tǒng)的結構”的教材文本是以食物鏈來說明營養(yǎng)級的，教師通常將營養(yǎng)級處理成食物鏈水平的認識與理解，本知識點教學中應適機適時提升學生對營養(yǎng)級的認識與理解水平?！巴备拍钜灿芯唧w的生物個體及抽象的種群與營養(yǎng)級（生態(tài)系統(tǒng)層次）水平的認識，教學中輔以真實情境并作出適時且合理的轉換是必要的。教材呈現順序及形式是：生產者（文本）→第二營養(yǎng)級（示意圖）→生態(tài)系統(tǒng)（示意圖）。根據前面認知結構分析確定的認知結構變量及認知發(fā)展點，學習內容呈現順序需要調整。學生已逐步建立了能量、能量傳遞、能量形式轉化、能量守恒等一些感性認識，可以很好地回答教材第94頁的“問題探討”欄目的問題。

根據上述分析，我們提出了認知過程維度的教學設計要點：（1）整體及具體教學內容呈現遵循從已知到未知的認識思路。（2）為學生的認知發(fā)展提供足夠的現象或體驗，必要時以具體替代抽象，搭建必要的支架，以幫助學生認識與理解。將生產者分析內容的教材文本以示意圖來呈現，在進行第二營養(yǎng)級分析時，要適時進行具體與抽象的轉換。（3）設計必要且合理的認知序列，合理的內容呈現序列是先分析能量流動的大致過程，再分析第一營養(yǎng)級（生產者）、第二營養(yǎng)級的能量流動。（4）在呈現教材第94頁圖5-7（生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程示意圖）后，在圖示中補充加標“營養(yǎng)級”，以幫助學生獲得“生態(tài)系統(tǒng)層次能量流動過程”分析中生態(tài)系統(tǒng)層次的“營養(yǎng)級”概念的穩(wěn)定認知，也使其后分析第一、二營養(yǎng)級更加順利合理。（5）根據學生能力水平，在學生分析表達后，教師進行點撥，之后學生再進行復述，以提升能量流動過程分析表達的邏輯與精煉水平。（6）放手讓學生回答教材第94頁的“思考與討論”欄目的問題。

3.認知功能維度的教學分析

認知功能維度主要有兩個教學問題：一是學生已有知識經驗對當前內容學習的認知發(fā)展價值是什么，在學習中如何運用。二是當前學習內容對后續(xù)學習的其它認知對象的認知發(fā)展價值是什么，在學習中如何體現。

圍繞認知功能維度的主要教學問題作出系統(tǒng)分析如下：教材中的生態(tài)系統(tǒng)的結構模型與能量流動模型（示意圖）內在一致，如果從已知的結構模型來認識未知的能量流動過程，將有利于學生在生態(tài)系統(tǒng)這一生命系統(tǒng)層次上認識與理解結構與功能相適應的生物學觀點。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程示意圖對具體分析生產者與第二營養(yǎng)級能量流動的學習而言，具有先行組織者的認知價值。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程是能量流動特點學習的認知基礎，對過程的認識與理解水平將影響能量流動特點的學習，可以利用生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖作為能量流動特點學習的認知發(fā)展點。教材第94頁“問題探討”欄目的問題，有助于擴展與深化學生對能量這一重要科學概念的認識與理解。

根據上述分析，我們提出了認知功能維度的教學設計要點：（1）將結構模型作為能量流動過程分析的認知發(fā)展點。（2）先分析能量流動的大致過程，再分析流經具體營養(yǎng)級的過程。（3）生產者能量流動過程以示意圖形式呈現，將“未固定”“未利用”術語在這里先行學習，在教材第94頁圖5-7中補充標注營養(yǎng)級，使過程學習對特點學習的認知價值得到更好體現，也使接下來的能量流動特點內容的學習更聚集于數據計算與分析的學習任務。（4）“問題探討”欄目需要留置時間、空間給學生，讓學生能夠放飛思維，教師應適機點撥，幫助學生建立自然科學整體水平的能量觀念。

二、課堂教學設計與實施案例

學生的每一次認識都只能在先前形成的認知結構、思維框架和認識模式的基礎上進行，并在新的教學環(huán)境條件下不斷地突破原有的認知結構、思維框架和認識模式，形成新的更有序的認識結構［3］。根據認知結構、過程與功能三個維度的教學設計要點，在對相關的認知結構、思維框架和認識模式進行教學邏輯整合后，我們理清了從已知到未知、從具體到抽象的基本教學思路，并設計與實施了教學。

“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程”的學習可以由三個具體學習任務來落實，學生學習與教師助學活動設計如下。

學習任務1：分析并概括生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程。學生的具體學習活動及序列為：（1）預習：畫生態(tài)系統(tǒng)結構模型。（2）課堂展評：展示預習案中學生作品。（3）根據生態(tài)系統(tǒng)結構模型（教材圖5-3），分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動的大致過程，并嘗試著表述。（4）根據教材第94頁圖5-7（能量流動過程示意圖）修正所表述的能量流動的大致過程，并再次嘗試表述。教師的助學活動及序列為：（1）以教師為主，對照教材圖5-3生態(tài)系統(tǒng)結構模型，對學生的習作做點評。（2）根據學生表現，適機給予提示（太陽能輸入切入，太陽能如何傳遞、發(fā)生怎樣轉化、散失等）。（3）在呈現的能量流動過程的示意圖中補加營養(yǎng)級。教師引導學生修正表述的問題，在學生再次嘗試表述時要關注表述的邏輯與精煉水平。

學習任務2：分析能量經第一營養(yǎng)級（生產者）的流動過程。學生的具體學習活動及序列為：（1）從能量流動過程示意圖進入到具體營養(yǎng)級分析。（2）閱讀教材能量流動的“分析思路”欄目，明確分析基本思路。（3）嘗試分析，回應教師的補充講解。教師助學活動及序列為：（1）以能量流動過程示意圖為先行組織者，切入到具體營養(yǎng)級分析，先進行第一營養(yǎng)級（生產者）分析。（2）簡要說明分析思路方法、生態(tài)系統(tǒng)能量分析是將營養(yǎng)級作為一個整體進行分析。（3）將教材文本內容以示意圖形式呈現，以草和兔子為例，分析能量流動的過程，并說明“未固定”“未利用”的能量。

學習任務3：分析能量經第二營養(yǎng)級的流動過程。學生的具體學習活動為：（1）回應教師的分析講解。（2）嘗試用關系圖的形式表示能量流動過程。教師助學活動為：講解能量流經第二營養(yǎng)級的過程，并說明攝入量、同化量以及糞便量的關系，說明未利用能量，同時標示在教材圖5-6（通過PPT呈現）中。講解過程中，適時進行個體（兔子）、種群（草食動物）、第二營養(yǎng)級的從具體到抽象水平的轉換。

以上三個具體學習任務完成后，教師應對“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程”這一知識點學習進行小結。教師在呈現的圖5-7（生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖，并已補標營養(yǎng)級）上，標示“未固定”“未利用”，學生則參照圖5-7表述能量流動的過程，在學生表述過程中，教師要傾聽，及時反饋，并給予語言組織與邏輯表達的引導與點撥。

這一教學設計，以促進學生認知發(fā)展為教學追求，依據認知原理安排與呈現教學內容，教學中的每個新知識的學習起點都是建立在已有知識經驗基礎之上，即便是新學習的知識也成為下一個新知識學習的起點或認知發(fā)展點，發(fā)揮了其對下一個知識學習的認知價值。教材內容呈現順序的調整可以充分體現上節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)結構模型的認知價值，概括的示意圖是第一、第二營養(yǎng)級分析的先行組織者，第一營養(yǎng)級分析為第二營養(yǎng)級分析提供了認知模式及思維框架，再次的能量流動過程的概括則在關注表達邏輯與精煉水平的同時，也成為下一個知識點“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點”學習的認知起點。

在能量流動過程示意圖中補充加標營養(yǎng)級，將營養(yǎng)級作為一個整體進行分析，對營養(yǎng)級的認識與理解已超越了食物鏈水平。在能量流動過程分析同時明確“未固定”“未利用”的含義，使接下來的“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點”的學習任務能更聚焦于數據整理與分析，也使“生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程”這一知識點的認知價值能更好體現與發(fā)揮。

課堂教學表明，學習起點設置與認知過程更合理，知識的認知價值得以運用與體現，教學任務及活動序列組合更有利于學生的認知建構與發(fā)展，教學時空得到了優(yōu)化配置。課堂教學也因認知邏輯流暢、轉換銜接自然、結構層次分明而如行云流水般一氣呵成，使本文初始提到的教學問題得到很好解決。

［1］朱智賢.心理學大辭典［M］.北京：北京師范大學出版社，1959：536.

［2］邢強.認知發(fā)展研究的新趨勢與貢獻［J］.湖南師范大學：教育科學學報，2003（1）：73-75.

［3］李松林.論學生認識發(fā)展的活動機制［J］.教育學報，2008（5）：53-57.

［責任編輯：知然］

On Teaching of“The Process of Energy Flow in Ecosystem”

MU Xiao-ru1，YANG Dong-hui2
（Center of Senior High School Teacher Education，Dalian Education University，Dalian，116021，China；2.Dalian No.2 Mid dle School，Dalian，116013，China）

From the points of recognition structure，procedure and function，the article studies the teaching of“The Process of Energy Flow in Ecosystem”.If teachers design and implement teaching in the light of the study，they will make beginning points，contents，activity sequence，and recognition procedure more reasonable；recognition value of knowledge can be applied and embodied，and the allocation of teaching time and space can be optimized.

energy flow；recognition structure；recognition procedure；recognition function；teaching study

G633.91

A

1008-388X（2016）02-0047-03

2016-03-22

慕曉茹（1963-），女，陜西吳堡人，教授。