培養(yǎng)初中生物質(zhì)與能量觀的教學(xué)實(shí)踐策略

方許武

1 生物學(xué)科核心素養(yǎng)中的物質(zhì)與能量觀

生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任為生物學(xué)四大核心素養(yǎng)。其中，生命觀念是生物學(xué)核心素養(yǎng)的標(biāo)志，而結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等是生命觀念中的關(guān)鍵能力。

生物學(xué)科是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，初中學(xué)生要具備的物質(zhì)與能量觀，就是通過初中生物課的學(xué)習(xí)，理解生命既是物質(zhì)的，也是能量的、生物個(gè)體的生命活動(dòng)以及生物圈中處處伴隨著物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化。教師在初中生物教學(xué)中滲透物質(zhì)與能量觀，有助于引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用辯證思維更好地認(rèn)識(shí)生命，形成科學(xué)的自然觀和世界觀，指導(dǎo)探究生命活動(dòng)規(guī)律，解決實(shí)際問題。

2 初中生命觀念中的物質(zhì)與能量觀的內(nèi)涵

初中生命觀念中的物質(zhì)與能量觀包括3層含義：生物生命活動(dòng)過程中的物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化體現(xiàn)在細(xì)胞、個(gè)體以及群體三個(gè)水平上;綠色植物在生物圈中的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)中具有重要的作用;物質(zhì)是能量流動(dòng)的載體，能量是物質(zhì)代謝的動(dòng)力，二者彼此相互依存，不可分割。

3 初中生物物質(zhì)與能量觀的教學(xué)實(shí)踐

3.1 重視教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)概念學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化

教材以最簡(jiǎn)約、最概括的方式反映了生物學(xué)的特性、生命規(guī)律、生命現(xiàn)象，是科學(xué)真理的客觀反映，呈現(xiàn)出高度的邏輯結(jié)構(gòu)，初中生物教材雖然是根據(jù)概念特點(diǎn)進(jìn)行編排的，但是概念本身的結(jié)構(gòu)性并不等同于學(xué)生認(rèn)知的結(jié)構(gòu)化。奧蘇伯爾認(rèn)為認(rèn)知結(jié)構(gòu)是有意義學(xué)習(xí)的結(jié)果和條件，是書本知識(shí)在學(xué)生頭腦中的一種再現(xiàn)形式。他認(rèn)為，在學(xué)習(xí)過程中概括性強(qiáng)、清晰、牢固具有可辨和可利用性的認(rèn)知結(jié)構(gòu)有著十分重要的作用，教學(xué)的主要任務(wù)是幫助學(xué)習(xí)者樹立對(duì)教材的清晰、牢固的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

對(duì)于初中生物質(zhì)與能量觀的培養(yǎng)而言，物質(zhì)與能量觀并不等同于生物學(xué)重要概念，它具有統(tǒng)攝性和上位性，是眾多概念的歸納和總結(jié)。物質(zhì)與能量觀念的形成并不能一蹴而就，而是在學(xué)習(xí)基本概念的基礎(chǔ)上，當(dāng)眾多概念被學(xué)生真正的吸收并結(jié)構(gòu)化以后形成的。初中生物教材中有著豐富的、體現(xiàn)在不同水平上的物質(zhì)與能量觀視角下的生物學(xué)現(xiàn)象、事實(shí)及概念，但它們并沒有按照物質(zhì)或能量主題進(jìn)行排列，而是分布在不同的章節(jié)中。為了促進(jìn)學(xué)生形成物質(zhì)與能量觀，教師要在分析教材的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整體把握并形成物質(zhì)與能量視角下的知識(shí)結(jié)構(gòu)框架（圖1），并在教學(xué)過程中潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生物質(zhì)與能量觀。

例如，在復(fù)習(xí)課中，教師應(yīng)著眼于物質(zhì)與能量視角，梳理整合教學(xué)內(nèi)容，將生態(tài)系統(tǒng)、人體的消化與吸收、光合作用和呼吸作用等知識(shí)進(jìn)行有機(jī)整合，構(gòu)成不同層次生命體系中的概念聯(lián)系，促進(jìn)物質(zhì)與能量觀的形成。在評(píng)價(jià)與檢測(cè)環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)當(dāng)注重在任務(wù)情境中訓(xùn)練學(xué)生思考問題的視角，促進(jìn)物質(zhì)與能量觀念的內(nèi)化與發(fā)展。只要教師充分基于課程標(biāo)準(zhǔn)，重視教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)結(jié)構(gòu)，促使概念學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化，就能夠培養(yǎng)學(xué)生形成一定的物質(zhì)與能量觀念。

3.2 多措并舉，構(gòu)建物質(zhì)與能量觀念

物質(zhì)和能量的關(guān)系不但是物理學(xué)的研究領(lǐng)域也體現(xiàn)著生物學(xué)的基本思想：物質(zhì)的轉(zhuǎn)化通常伴隨著能量的轉(zhuǎn)化;物質(zhì)的代謝離不開能量;物質(zhì)轉(zhuǎn)化不一定與能量轉(zhuǎn)化完全重合。在具體的教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)利用多種途徑，幫助學(xué)生構(gòu)建物質(zhì)與能量觀。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中凸顯物質(zhì)與能量的變化，強(qiáng)化物質(zhì)與能量觀念。生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，初中階段最能反映物質(zhì)與能量變化的典型實(shí)驗(yàn)是光合作用實(shí)驗(yàn)和呼吸作用實(shí)驗(yàn)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)主要安排在蘇教版七年級(jí)上冊(cè)中，這對(duì)于剛剛進(jìn)入初中階段的學(xué)生來說有一定的難度，因此教師在教學(xué)過程中要結(jié)合多種手段讓學(xué)生充分參與實(shí)驗(yàn)，由宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手，分析微觀的實(shí)驗(yàn)原理，總結(jié)物質(zhì)與能量變化，從而幫助學(xué)生培養(yǎng)物質(zhì)與能量觀。例如，在植物光合作用的實(shí)驗(yàn)中，首先讓學(xué)生充分參與實(shí)驗(yàn)過程，觀察天竺葵葉片遮光部分與未遮光部分在滴加碘液后的顏色變化，總結(jié)出未遮光部分變藍(lán)的原因是因?yàn)槿~片中的葉綠體在陽光下進(jìn)行光合作用合成了淀粉，所以遇碘變藍(lán)，由此學(xué)生能夠真切地認(rèn)識(shí)到光合作用的產(chǎn)物之一是淀粉，且光是光合作用的條件。教師再結(jié)合金魚藻實(shí)驗(yàn)，分析帶火星的木條復(fù)燃的原因，總結(jié)出光合作用能夠產(chǎn)生氧氣。通過對(duì)這些宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、分析和總結(jié)，學(xué)生能夠?qū)夂献饔梦镔|(zhì)變化有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。再通過觀察種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)過程中的溫度變化實(shí)驗(yàn)，以及煅燒小麥種子的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到：有機(jī)物中儲(chǔ)存著能量，且這些能量來自于光合作用固定的太陽能。通過一系列的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)生能夠?qū)Γ汗饽苻D(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存在有機(jī)物中，這一光合作用的能量變化有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)并內(nèi)化。

教師要幫助學(xué)生建立物質(zhì)與能量觀思維模式。思維模式的形成并不是一蹴而就的，需要建立在對(duì)概念有著深刻的理解以及有效應(yīng)用的基礎(chǔ)上。在生態(tài)系統(tǒng)這一章節(jié)中，教材安排了兩個(gè)重要的討論環(huán)節(jié)：討論生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)、討論生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)。教師在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)該遵循物質(zhì)變化與能量變化兩條主線，幫助學(xué)生建立物質(zhì)與能量觀思維模式。例如在結(jié)合“草→兔→狼”這一食物鏈討論能量變化的時(shí)候，教師可以設(shè)計(jì)以下問題：能量的最終來源是什么？該食物鏈能量流動(dòng)的起點(diǎn)是什么？太陽能是如何進(jìn)入草體內(nèi)的？前一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量會(huì)全部流入下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)嗎？為什么？能量是通過什么方式流入下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的？在討論生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)過程中可以設(shè)計(jì)如下問題：碳循環(huán)的主要形式是什么？綠色植物、動(dòng)物和微生物在碳循環(huán)中分別發(fā)揮著怎樣的作用？通過對(duì)上述問題的討論和分析，學(xué)生能夠?qū)δ芰苛鲃?dòng)的特點(diǎn)以及物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律有著一定的認(rèn)識(shí)，并在教師的引導(dǎo)下得出：物質(zhì)轉(zhuǎn)化不一定與能量轉(zhuǎn)化完全重合，物質(zhì)可以循環(huán)往復(fù)，但能量只能單向流動(dòng)，兩者既互相依存又有所區(qū)別。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生分組討論、設(shè)計(jì)、制作生態(tài)瓶并交流設(shè)計(jì)方案。這些教學(xué)活動(dòng)可以幫助學(xué)生建立物質(zhì)與能量觀思維模式。

教師只有對(duì)初中階段生物教材有著整體的把握，并在教學(xué)過程中時(shí)刻注重物質(zhì)與能量觀，才能夠幫助學(xué)生形成科學(xué)的物質(zhì)與能量觀：物質(zhì)是能量流動(dòng)的載體，能量是物質(zhì)代謝的動(dòng)力，二者彼此相互依存，不可分割。另外，學(xué)生才會(huì)進(jìn)一步對(duì)綠色植物在生物圈中的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)中具有的重要作用有深刻認(rèn)識(shí)。

3.3 加強(qiáng)應(yīng)用與實(shí)踐，鞏固內(nèi)化物質(zhì)與能量觀念

在學(xué)生初步形成物質(zhì)與能量觀的基礎(chǔ)上，教師要進(jìn)一步鞏固和加深其對(duì)“物質(zhì)與能量”的認(rèn)識(shí)。此時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用物質(zhì)與能量觀念分析、解決問題，便可內(nèi)化升華、鞏固觀念。例如，結(jié)合校園里“開心農(nóng)場(chǎng)”試驗(yàn)田，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合物質(zhì)與能量視角，自主設(shè)計(jì)并親身體驗(yàn)作物通風(fēng)透光、合理密植、套種間作等物質(zhì)與能量觀原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。其次是通過設(shè)計(jì)相關(guān)試題讓學(xué)生在應(yīng)用中加深認(rèn)識(shí)。例如，課上展示桑、蠶、魚塘生態(tài)農(nóng)業(yè)示意圖，教師提問：該生態(tài)農(nóng)業(yè)中物質(zhì)是如何循環(huán)利用的？該生態(tài)農(nóng)業(yè)中能量流動(dòng)的途徑是什么？該生態(tài)農(nóng)業(yè)中還存在什么不足，如何改進(jìn)？請(qǐng)結(jié)合示意圖思考。這樣讓學(xué)生在應(yīng)用觀念解決問題的過程中鞏固物質(zhì)與能量觀念。

物質(zhì)與能量代謝是生命的本質(zhì)特征，物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是生態(tài)系統(tǒng)維持和運(yùn)轉(zhuǎn)的鏈條，自然生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，但對(duì)于生物圈這個(gè)特殊生態(tài)系統(tǒng)而言，人類活動(dòng)有著不可低估的影響。培養(yǎng)形成物質(zhì)與能量觀的價(jià)值還在于提供解決個(gè)人和社會(huì)問題的視角和方法策略，即指向社會(huì)責(zé)任，讓學(xué)生在日常生活實(shí)踐中以物質(zhì)與能量觀念指導(dǎo)自身的一言一行。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠重新審視周圍的環(huán)境問題，每當(dāng)學(xué)生在生活中努力踐行低碳生活、節(jié)約用電用水等良好生活習(xí)慣時(shí)，都能夠不斷內(nèi)化并形成物質(zhì)與能量觀念。

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