薛梓瑜 曹佳琪

[摘   要]《生态系统的能量流动》一节内容围绕生物学学科核心素养制定教学目标，具有以下特点：采用播放视频、创建情境等方式精心设计有助于学生自主建构的学习导引，让学生自主地构建生态系统能量流动模型，培养核心素养中的理性思维能力;淡化能量传递效率中常见的有关计算的问题，着重从模型上理解能量的逐级递减，树立学生的物质与能量观，使其形成生命观念;以生活实例引导学生总结研究能量流动的意义，培养核心素养中的社会责任。

[关键词]生态系统;能量流动;核心素养

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）36-0039-03

《普通高中生物学课程标准 （2017年版）》指出，生物学学科核心素养包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任。将核心素养从概念体系转为课堂活动，对教师的教学设计提出了较大的挑战。教学设计中如何凸显核心素养本位，教学活动中如何从“教为中心”转向“学为中心”，本文对《生态系统的能量流动》这一节的教学设计与课堂实施过程做了一些分析，分享给各位教师。

一、教学分析

《生态系统的能量流动》是人教版高二生物必修3第5章《生态系统及其稳定性》第2节内容。受限于认知水平，学生对生态系统的认识还处于只了解结构、不清楚各结构之间是如何相互联系进而构成生态系统这一整体的阶段。学生通过学习本节内容，能将生态系统各结构以整体的形式联系在一起，并建立以事物的整体出发去研究问题的思维模式。在之前的课程中，学生已经学习了光合作用和呼吸作用中能量的转化，生活中对池塘、农田等宏观的生态系统结构也有了一定的感性认识，这都为本节教学设计提供了分析的切入点。

二、教学目标

第一，描述生态系统能量流动的概念、分析能量流动的过程和特点、概述研究能量流动的实践意义。

第二，尝试构建能量流动概念模型、学会数据收集和处理，进行理性思维的锻炼。

第三，从能量角度认同生态系统是开放的生命系统、建立生命的物质和能量观、关注能量流动在社会生产中的实践意义。

三、教学设计思路

整节教学的设计以发展学生生物学学科核心素养为目標，通过教学活动重点培养学生的科学探究精神和理性思维。

首先，教师可从课本问题引入，组织学生分析讨论，引起学生对于利用能量的思考。由于能量是抽象的，教师在上新课之前可播放一段自己剪辑的视频，包括植物的生长、腐烂，动物的繁殖、捕食、排泄，真菌细菌的生长、分解，目的是将“能量”引入学生的日常认知中。

其次，创建情境，教师可以兔子的生活史为例，用纸板、箭头等教具让学生尝试构建兔子这一营养级的能量流动的概念模型，再通过类比推理、整合，以“草—兔—狐狸”为例构建生态系统能量流动模型，培养学生相互协作、科学探究的能力。

再次，教师分析赛达伯格湖能量的定量分析，总结能量流动特点，构建生态系统的能量金字塔的数学模型，发展学生的理性思维。

最后，教师播放新闻，让学生关注东北、华北地区雾霾与秸秆燃烧的关系，尝试用所学的知识分析如何合理利用秸秆中的能量，实现社会责任的教学目标。

四、教学过程

1.新课导入

以课本中的主题“鲁滨逊流落荒岛上的生存策略”导入新课，组织学生相互讨论，摆出自己思考的生存策略并说明理由。设计目的：充分利用课本提供的素材，使学生准确、快速地进入学习状态，明确要解决这一问题，要对能量的流动进行研究。

教师采用多媒体播放视频，视频内容包括植物的生长、腐烂，动物的繁殖、捕食、排泄，真菌细菌的生长、分解等，提问：同学们看到了哪些生命活动？这些生命活动的能量流动过程是怎样的？设计目的：由于“能量”在日常生活中比较抽象，不直观，学生通过观看视频和回答问题，虽然不能全部说出这些活动的能量流动过程，但对于生命活动离不开能量有了直接的认识，形成了生命系统的能量观。

2.构建能量流动的概念模型

以回顾知识的形式引导学生构建第一营养级的能量流动过程模型;以讨论合作的形式引导学生构建第二营养级的能量流动概念模型;利用类比、推理、整合、归纳的方法引导学生构建生态系统的能量流动过程模型。并且，以具体的生物代替营养级，先分别研究，再整体归类的递进过程让学生构建了以事物的整体出发研究问题的思维模式。

（1）第一营养级能量流动过程

提出问题：现在我们以“草”为例，研究第一营养级的能量流动过程。草的能量从哪里来？

草的固定能量以什么形式储存？

生长发育繁殖所需的直接能源物质是什么？

草的能量又会流向哪里？

学生根据所学的知识构建概念模型（见图1）。设计目的：该部分内容涉及以前的知识，学生可以自主整理，实现“温故”;同时，以此概念图为基础，学生在下一个情境中可以类推出兔子的能量流动过程。

（2）第二营养级能量流动过程

根据第一营养级能量流动过程的内容提出问题：当能量流入食草动物体内后，会有哪些去路呢？

教师采用多媒体展示图片，内容为一些兔子的生命活动，包括取食、生长、繁殖、排泄、被捕食和分解者分解。提问：摄入的能量能否全部被吸收？

引出能量关系：摄入量=同化量+粪便量。

提问：同化的能量在生命活动中有损失么？

引出能量关系：同化量=生长发育繁殖+呼吸散失。

提问：用于生长的能量又会流向哪里？

引出能量关系：生长发育繁殖量=被捕食+分解者利用。

此时安排学生活动，利用总结出的能量流动关系和教师提供的（表示能量的形式，表示能量来源或去路），以小组为单位，拼出兔子的能量流动过程概念模型（见图2）。设计目的：利用生活化的例子将抽象的概念转化为具象、可编辑的模型，提升学生的合作学习、模型构建能力（学生的成果见图3）。（3）生态系统的能量流动过程

利用类比推理的方式，学生可以描述出第三营养级（狐狸）的能量流动过程。教师此时可安排小组活动，引导学生观察草和兔子的能量流动过程，找出相似之处，以图4左边的食物链为基础，尝试将生产者、初级消费者和次级消费者的能量流动过程整合到一起，构建生态系统的能量流动过程模型（见图4）。

通过以上的教学设计，实现了对能量流动过程层层递进的讲授，将抽象的能量流动过程具体化，加深了学生对能量流动过程的理解，培养了学生科学探究的生物学科核心素养。

3.能量流动的特点

以上的教学设计是对能量流动的定性分析，并没有对能量进行定量分析，为了突出能量流动的特点，教师可提出以下问题：在关于鲁滨逊的实例里，能否计算出不同策略的选择分别获得了多少能量？引导学生对能量的定量分析进行思考。教师可列出问题提纲：

①生产者固定多少能量？有几个去处？

②初级消费者和生产者之间能量传递的效率如何？

③能量流动在数量上有什么特点？

④能量在食物鏈中能否逆向流动？

根据问题的引导，学生总结出了能量流动的两个特点。此时，教师可提问：如果箭头表示能量流动的方向，方框面积表示能量的多少，能量流动过程图解可以同时体现能量流动的特点吗？该如何改进呢？学生通过观察发现，按照食物链，各营养级的能量应该越来越少，则修改成图5，如果将营养级按照由低到高的顺序排列，可获得能量金字塔（见图6）。

4.研究能量流动的意义

课程结束前，教师重提关于鲁滨逊的问题，问学生应选择哪一种生存策略？如何科学地解释所做的选择？学生通过学习本节内容，都可以利用能量流动的特点进行解答，实现了教学目标。为了实现核心素养中关于社会责任的教学目标，教师可利用多媒体播放新闻，让学生关注东北、华北地区雾霾与秸秆燃烧的关系，尝试用所学的知识分析如何合理利用秸秆中的能量。学生进行分析讨论，尝试用生物学知识解决生产生活中的实际问题，教师可适时引入生态农业的相关知识，达到渗透社会责任和中国传统文化的教育目的。

五、课后反思

《普通高中生物学课程标准 （2017年版） 》的实施建议中指出，组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键。本节教学设计在形式上和内容上贴近核心素养的要求，设计活动达到预期的教学目标，使抽象的能量流动过程具体化，并根据具体情境让学生直观体会研究生态系统能量流动的意义，取得了良好的教学效果。只是由于时间和课时的设置，某些环节存在时间紧、任务重的情况，在考虑教学时间和学生基础后，教师可酌情取舍本设计的相关拓展和活动环节。

总之，教学内容设计的合理性影响教学目标的实现程度。教师应加深对生物学学科核心素养的理解，以培养学生物学学科核心素养为目标，根据学情，合理利用各种教学手段整合资源，创设适合学生发展的课堂环境，推动学生的综合发展，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

（责任编辑    黄诺依）