“生态系统的能量流动”教学设计

——非多媒体环境下的“裸课”教学

安徽省宣城市第三中学（242000）    夏焦兵

摘要   教学围绕“提高生物科学素养”制定并实施三维目标，呈现3个特点：1.在教学资源利用上，有机统整学生知识经验和教材正文、插图（不限本节）、问题探讨、思考与讨论、课后习题等，突出“用教材教”；2.在教学手段选择上，放弃使用课件，精心设计有助于学生自主建构的学习导引，着力营造“原生态”课堂。3.在教学内容挖掘上，对于能量传递效率，淡化常见有关最值问题的计算，另辟蹊径，着眼于对能量流动的深层思考，剖析其影响因素。

关键词  生态系统   能量流动   裸课教学

1   教学分析

本节是人教版课标教科书必修3《稳态与环境》第5章第2节。生态系统的能流和物流、信息流使生态系统各组分有机统一成为整体，因而能量流动的过程和特点是本节乃至本章的重点和难点。学生学习本节前已有生态系统的类型和结构、光合作用和呼吸作用等相关知识，对池塘、农田等生态系统的能量流动有一定感性认识，教学应充分考虑和利用这些课程资源。教学以提高学生生物科学素养为宗旨，首先例析研究能量流动的分析思路，建立能流分析架构；然后设置问题串引导学生阅读教材，自主建构能流过程，定性分析其特点，进而对赛达伯格湖能流数据进行定量分析，证实生态系统的能量流动单向递减；接着引导学生模拟种群年龄组成图解对各营养级获得能量进行直观表达，从而构建能量金字塔，组织学生讨论“为什么生态系统的营养级一般不超过5个？”等；最后创设问题情境，讨论如何应用能流规律提出个人生活的营养对策以及优化农牧业等生产方式的合理建议。

2   教学目标

2.1  知识方面  描述生态系统能量流动的概念，并指出其研究思路；分析能量流动过程和特点；概述研究能量流动的实践意义。

2.2  能力方面  有关能量流动的系统分析、数据处理和综合思维的锻炼；应用生态系统能量流动的基本规律解释现象、解决问题。

2.3  情感态度与价值观方面  从能量方面认同生态系统是开放的生命系统；认同能流规律对社会生产实践的指导作用。

3   教学过程

3.1  情境导入   以教材P81图4-17 密集的羊群为背景设问：生物需要不断从外界获取能量才能维持生存，草原上牧草和羊如何获取和利用能量？获得的能量能被其生命活动全部利用吗？由此引出生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失。教师讲述并设问：牧民在草原上放牧，经常遇到“高产”和“持续”的矛盾。一片草场究竟载畜多少才能获得持续高产呢？

3.2  定性分析  系统分析是“稳态与环境”模块科学方法教育的侧重点之一。先让学生阅读教材P93框中“能量流动的分析”，感知系统分析的基本思想，然后通过P97技能训练：分析处理一块玉米田的能流数据，在种群层次上获得解决能流问题的经验。教师讲述：在生态系统层次上分析能量流动，是把每个物种依据其主要食性归属于一个特定的营养级中。接着指导学生带着课前下发的表中问题阅读教材P94“能量流动的过程”图文并讨论。

教师讲述：我们知道，狼的能量不能流入羊，更不能流入草再经羊流回狼；至今科学家都未发现任何生物能利用散失到环境中的热能合成有机物。提问：①这些事实说明了生态系统的能量流动是否可逆？是否可以循环利用？②输入某一营养级的能量去向有哪些？输入某一营养级的能量能否全部流入下一营养级？生态系统的能量流动和转化是否与能量守恒定律相矛盾？通过定性分析，生态系统的能量“单向流动、逐级递减”的特点已经呼之欲出。

3.3  定量研究及拓展   从定性分析到定量研究是科学深入发展的必然，由此引出林德曼的研究。指导学生处理教材P95赛达伯格湖能流数据，揭示其“单向流动、逐级递减”的能流特点。                                                                                                                    

值得一提的是，10%~20%的能量传递效率虽然十分适用于水域生态系统，但在其他类型生态系统中，其值高则可达30%，低则可能只有1%或更低。因此，建议淡化相关最值问题的计算。但对于后面所讲“科学设计人工生态系统提高的是能量的传递还是利用效率？”学生往往模糊不清，教师可借图1引导学生探讨影响能量传递效率高低的因素，以做铺垫。

                                    http://s6/middle/505c5b57nc822a5f08255&690

                            图1（引自苏明学¹）

教师点拨：上一营养级生物呼吸速率越低，或是下一营养级的捕食、同化效率越高，相邻营养级之间的能量传递效率就会越高。代谢所需的酶由生物的遗传基础决定，环境条件会影响生物的代谢和捕食效率。若此，便能巧妙沟通“生态”与“代谢”、“遗传”知识的内在联系，有效锻炼学生的分析和综合思维。

要求学生模拟教材P63种群年龄组成图解，借用P98基础题1表中各营养级能量数据构建能量金字塔，并据此解释：① 食物链的营养级数一般不超过5。②肉的价格一般比粮食贵。教师然后设问：如果把各个营养级的生物数量关系，用绘制能量金字塔的方式表达出来，是不是也是金字塔形？

分组讨论：①从能量角度谈对生态系统开放性的理解。②溶于水中的方糖为何不能自行变回原来的形状？硅藻靠什么力量建造自己精美的硅壳？教师提示，使学生认同生态系统在能量方面是一个开放的系统，加深对核心科学概念“能量”的理解。

3.4  研究意义   教师讲述：科学规律的揭示，价值不仅在于提升人类对于世界的理解，还必将带来实践上的应用，从而使生活变得更加美好！生态系统能量流动的原理就在指导人们发展生态农、林、牧、渔等产业方面发挥着重要作用。

分组讨论：①解释P98拓展题1中图a和图b两个农业生态系统的优劣，帮助改进桑基鱼塘的生产方式。②呼应本节开始提出的问题，展示牧草净产量与载畜量的关系（图2），探讨“如何合理确定草原载畜量，才能保持畜产品的持续高产？”在此基础上总结研究能量流                 图2

动的实践意义。

辨别思考：①科学设计人工生态系统是为提高能量的________（传递、利用）效率。是如何提高的？②人类利用生态系统的能量的途径有：用于_____作用和用作____能源。（答案：①利用  ②同化  生活）

4  教学反思                                                                                                                                                          

教学围绕“提高生物科学素养”制定和实施三维目标，呈现3个特点：1.在教学资源利用上，有机统整学生的知识经验和教材正文、插图、问题探讨、思考与讨论、课后习题等，突出“用教材教”；2.在教学手段选择上，放弃使用课件，而是精心设计有助于学生自主建构的学习导引，使课堂回归本真，营造一个原生态的课堂。课件虽直观形象，但对本节似无多大必要，且在展示时容易一晃而过，对于一些深层次问题，不利学生思考。3.在教学内容挖掘上，对于能量传递效率，有意回避常见最值（对很多类型生态系统而言并非10%~20%）问题的计算，另辟蹊径，着眼于对能量流动的深层思考，剖析其影响因素。考虑教学时间和学生基础，可酌情取舍本设计的相关拓展和活动。

参考文献

[1]  苏明学．“生态系统能量流动”的教学分析与设计[J]．生物学通报，2010（12）：22-24．