構建概念模型在高中生物教學中的應用

魏永強

1 教材分析

1.1 教材的地位和作用

本節(jié)是人教版高中生物必修3第五章第二節(jié)的內(nèi)容，包括能量流動的概念、過程、特點、能量流動的意義和能量傳遞效率的計算。本節(jié)內(nèi)容第一課時教學中，教師需使學生掌握能量流動的概念、過程、特點和會簡單進行能量傳遞效率的計算。這些內(nèi)容是對之前已學的細胞的能量供應和利用及生態(tài)系統(tǒng)的結構內(nèi)容的延續(xù)，又為第二節(jié)能量流動的實踐意義的學習打下基礎，同時又是學習生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和穩(wěn)定性、生態(tài)環(huán)境的保護等內(nèi)容的基礎，所以本節(jié)內(nèi)容起到了承前啟后的作用。

1.2 教學重點及難點

教學重點：能量流動的過程，能量流動的特點，能量傳遞效率的計算。

教學難點：能量流動過程中每個營養(yǎng)級同化量的去路問題；攝入量、同化量和糞便量的關系；能量傳遞效率的計算。

2 學情分析

2.1 知識基礎

學生已經(jīng)掌握了光合作用、呼吸作用、食物鏈和食物網(wǎng)等內(nèi)容；并且已經(jīng)掌握了能量、能量傳遞和能量守恒等基本概念。在之前的學習中已涉及到模型的構建，如用光合作用圖解描述光合作用的主要反應過程、甲狀腺激素的分級調(diào)節(jié)、達爾文自然選擇學說的解釋模型等。

2.2 思維基礎

學生以形象思維為主，具有一定的邏輯思維和抽象思維。

3 教學目標

3.1 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)能量流動的過程及特點。

3.2 能力目標

培養(yǎng)分析問題和解決問題能力、小組合作與交流能力、思維遷移能力、處理數(shù)據(jù)及運算能力、構建模型能力及動手能力。

3.3 情感、態(tài)度與價值觀目標

體會生物科學與生產(chǎn)生活實踐的密切聯(lián)系，激發(fā)學習生物科學的興趣。

4 教學過程

4.1 課堂導入——荒島求生，設疑激趣

教師結合教材第93頁“問題探討”，課前找三名學生（一人扮演求生者、一人扮演母雞、一人扮演玉米）彩排一個小的情景劇，上課進行表演。

求生者：我好餓啊，這里什么吃的也沒有，我只能把你們（母雞和玉米）吃了啊。

母雞：敬愛的主人，別吃我，您用一部分玉米喂我，我能給您下蛋，這樣玉米和雞蛋您就都能吃到了。

玉米：傻主人，你應該先吃雞，不然的話它就會和你搶著吃我啊。

求生者：我該聽誰的呢？誰能幫幫我??？

教師：為了幫到這位可憐的求生者，讓我們進入本節(jié)課的學習，從本節(jié)課中尋找答案。

4.2 能量流動的過程——問題導航，層層建模

教師圍繞學生熟悉的一條食物鏈“草→兔子→狼”層層設問，引導小組討論。

（1） 草的能量來自什么形式的能量，通過什么途徑獲??？

學生根據(jù)已學的光合作用相關知識回答生產(chǎn)者通過光合作用固定太陽能，并且生產(chǎn)者固定太陽能的總量就是流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量，構建能量輸入過程的模型（圖1）。

（2） 草固定的能量哪里去了？

教師通過幻燈片播放一段有關小草的Flash動畫。

小草：我是一顆小草，我最矮，我的兄弟姐妹們都笑話我，我想長大，所以我利用體內(nèi)的葉綠體拼命的進行光合作用固定太陽能，合成有機物?？晌彝⒌纳L一直在消耗我的有機物。唉，什么時候能長大呢？

老草：我是一顆老草，我馬上就要入土為安了，地球上將不再有我美麗的身影，但我無怨無悔，因為我的死將換來來年更多的生機。

死草：我是一顆死草，我死的好冤啊，我還沒來的及談一場轟轟烈烈的戀愛，就被一只山羊一口吞進了肚子里，嗚嗚嗚……

小組討論，教師點撥歸納，分析出草固定的能量去路，構建生產(chǎn)者能量去路的模型（圖2）。

（3） 兔子攝入的能量全部流入兔子體內(nèi)了嗎？

學生根據(jù)常識回答兔子攝入的能量中有一部分以糞便的形式排出體外，其余的才流入兔子體內(nèi)。教師順水推舟，告訴學生流入兔子體內(nèi)的能量稱為兔子的同化量，從而得出“攝入量-糞便量=同化量”的關系，繼續(xù)構建概念模型（圖3）。

教師引導學生進一步分析，兔子產(chǎn)生的糞便最終也是被分解者利用，所以對生產(chǎn)者能量的去路進行了進一步調(diào)整（圖4）。

（4） 流入兔子體內(nèi)的能量又有哪些去向？

學生借鑒生產(chǎn)者同化量的去向分析初級消費者同化量的去路，并構建模型（圖5）。

（5） 每個營養(yǎng)級的同化量的去路都一樣嗎？

教師引導學生：狼作為此食物鏈的最高營養(yǎng)級，它的同化量沒有哪個去路？這樣進一步引導學生去構建一個完整的能量流動的模型（圖6）。

4.3 能量流動的概念——過程小結，生成概念

通過以上5個問題，學生掌握了能量流動的過程。教師利用幻燈片進行小結：

（1） 能量輸入：生產(chǎn)者通過光合作用固定太陽能。

（2） 傳遞渠道：食物鏈（網(wǎng)）

（3） 能量轉化：太陽能→化學能→熱能

（4） 能量散失：呼吸作用以熱能散失

教師引導學生歸納：生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。

4.4 能量流動的特點——分析案例，巧構模型

教師用幻燈片呈現(xiàn)賽達伯格湖的能量流動圖解。每個小組有九塊木板（圖7），A1至A4四塊木板之和表示生產(chǎn)者的同化量；B1至B4四塊木板之和表示初級消費者的同化量；C木板表示次級消費者同化量。結合本圖解寫出每個小木板表示的能量去路及其數(shù)值，寫完后將同一營養(yǎng)級的四塊木板拼成一個規(guī)則的長方形，最后將拼成的三塊長方形木板按食物鏈的相對位置擺放。小組對構建的模型進行展示，師生共同評價并修正模型（圖8）。

通過模型演示，學生定性分析能量流動過程的特點并定量計算此案例中相鄰營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率。

學生通過變換模型的位置，構建能量金字塔（見圖9）。

4.5 解決實踐問題——釋疑解惑，首尾呼應

為了更科學地幫助魯賓遜做出決策，教師用課件提供以下實例：假設雞自身重1.5 kg，按最大傳遞效率20%計算，策略1先吃母雞；策略2中有1/5的玉米給雞吃，剩余的玉米給人吃。則兩種策略人的體重各可以增加多少？

學生計算如下：

策略1：1.5×20%+15×20%=3.3 kg。

策略2：（15×1/5×20%+1.5）×20%+15×4/5×20%=2.82 kg。

教師引導學生通過數(shù)據(jù)模擬，解決了實際問題，體驗了由定性分析到定量研究的方法。

5 教學反思

課堂導入采用角色扮演，創(chuàng)設荒島求生的情境，設疑激趣，最后釋疑解惑收尾，首尾呼應。

問題導航，層層設問，教師引導，小組討論，使學生在構建概念模型的過程中掌握了能量流動的過程，同時也攻克了每個營養(yǎng)級同化量的去路和攝入量、同化量和糞便量關系這兩大難題。

教師引導學生分析實例賽達伯格湖的能量流動圖解，利用簡易材料構建模型，既加深了學生對能量流動過程的理解，同時定性和定量相結合分析出能量流動的特點和進行能量傳遞效率的計算，最后再利用模型構建能量金字塔。

教師注重學生的評價環(huán)節(jié)，采用小組競爭機制，在提問環(huán)節(jié)，學習委員記錄各組答對問題的次數(shù)，評出最佳小組，模型構建環(huán)節(jié)，組組之間展示、評價及修正。

參考文獻：

[1] 成培平.模型建構在高中生物教學中的應用—“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”（第一課時）的教學案例分析[J].中學生物學，2015，（2）：25-27.

[2] 黃志堅.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動（第1課時）的教學設計[J].生物學通報，2012，（12）：18-20.