模型建构在高中生物教学中的应用

成培平

摘 要 叙述了将教材中的问题探讨分层推进，并不断引导学生借助建模的方法对“生态系统的能量流动”进行分析。利用模型建立分层突破难点，既激发了学生生物学习的热情，又培养了学生建模分析问题的能力和科学探究的精神。

关键词 生态系统 建模 分析 能量流动

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

1 教学分析

1.1 教材分析

本节内容是人教版生物必修3教科书第五章第二节教学内容，该节内容包括：生态系统的能量流动的概念、过程、特点以及研究能量流动的实践意义。该节对第一节和第三节内容起到承上启下的作用。本课为第二节的第一课时，教学内容比较抽象，教学重点和难点在于通过学习建构模型的方法深入理解生态系统的能量激动，并系统分析能量流动的概念、过程及其特点，为第二节能量流动的实践意义和应用的学习打下基础。

1.2 学情分析

经过前两章的学习，高二的学生对于模型建构的生物科学学习方法有了一定的认识。并且学生在第1节已经学习生态系统的结构，教师在学生进行能量流动模型建构时只需要创设情境，适当引导即可。而高中生对能量流动的定性和定量分析难度较大，所以在学生自主完成模型建构的基础上，教师可以从生活实际出发，引导学生完成对能量流动的系统分析。

2 教学目标

（1） 知识目标：概述生态系统的能量流动；分析生态系统的能量流动的过程及特点。

（2） 能力目标：通过分析能量流动的概念和过程，建构相关模型；系统分析能量流动的过程和特点，解决实践问题。

（3） 情感、态度与价值观目标：体验系统分析法在能量流动探究中的一般过程，激发学生学习生物科学的兴趣。

3 教学重点和难点

尝试建构模型，分析生态系统的能量流动及其特点。

4 教学策略与手段

本课采用了分层设问、自主探究、合作学习和模型建构等多种教学模式；利用多媒体课件，帮助学生直观、生动地完成生态系统能量流动的概念、过程及其特点的模型建构和能量流动过程的系统分析；借助教师引导、小组讨论、学生展示等活动实现分层突破本节课的重、难点。

5 教学过程

5.1 导入新课

教师展示课件漫画，引入教材第93页“问题探讨”，激发学生的学习兴趣。教师引导学生用“食物链、食物网”分析两种备选策略的不同之处（图1）。

教师引导学生回忆第一节生态系统的结构内容，使学生建立食物链与能量流动的联系，从而导出课题，明确本节课的学习目标。

5.2 能量流动的概念

教师引导学生分析教材第93页中能量流经一个种群的图示，使学生初步建立定性分析能量流动的思路，由“个体”能量的输入、输出，推广到对种群能量输出、输入的研究，初步培养学生建构模型的能力，引导学生建构能量流动概念的模型（图2）：生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

教师在落实概念教学后，针对“传递”提出问题：能量是如何输入生态系统的？并将该问题分解成两个小问题：（1） 生态系统所需要的能量来自哪里？（2） 太阳能是如何输入生态系统的？

在学生根据前面已有知识回答这两个问题后，教师随即引出能量流动的过程研究。

5.3 能量流动的过程

（1） 在研究了能量输入途径后，教师提出问题：“能量在生态系统中传递的途径是什么？”这样引导学生建构一个生态系统能量流动过程的基本模型（图3）。

（2） 教师要求学生阅读课本第94页第二段文字，引导学生利用能量流动概念的模型去建构能量流经第一营养级的模型（图4）。

（3） 引导学生分析能量流经第二营养级与第一营养级的不同，并要求学生尝试建构能量流经第二营养级的模型（图5），并进一步定性分析能量流动。另外教师补充“同化作用”的概念。

（4）引导学生分析每个营养级能量的输入与输出，并建构生态系统的能量流动模型（图6），使学生进一步体验科学探究的过程，完成对能量流动的定性分析。

在模型建构完成后，教师提出问题：生态系统中的能量和转化是否遵循能量守恒定律？流经某个生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？

5.4 能量流动的特点

教师引导学生阅读课本95页，比较赛达伯格湖的能量流动图解与建构的模型不同之处，学生分析数据，完成表1，计算生产者、植食性动物能量出入比，进而提高学生分析和处理数据的能力。同时教师提出问题：流入某一营养级的能量，为什么不能百分之百地流到下一个营养级？

通过小组分析讨论，总结出能量流动的特点：单向流动，逐级递减。同时根据教材，教师指出传递效率约为10%～20%。

教师利用能量流动的特点，完善能量流动的简化模型（图7），解释模型中箭头“方向和粗细”的意义。

5.5 解决实践问题

（1） 教师利用多媒体课件第二次引入“问题探讨”，引导学生用定量的方法更科学地帮助鲁滨逊作出决策。

假设鸡含有的能量是1 kJ，玉米含有的能量是15 kJ，按最大传递效率20%计算，且策略2中有1/5的玉米给鸡吃，剩余的玉米给人吃，则两种策略流入人体的能量各为多少？

学生计算如下：

策略1：1×20%+15×20%=3.2 kJ。

策略2：（15×1/5×20%+1）×20%+15×4/5×20%=2.72 kJ。

教师引导学生通过数据模拟、计算、比较，解决“问题探讨”中的实践问题。学生体验了由定性分析到定量研究的方法，认同建构模型进行生物学习的价值。

（2） 应用已有模型建构的方法，尝试建构能量流动的物理模型——能量金字塔。学生通过构建能量金字塔模型，解决“为什么食物链上一般不超过五个营养级”的问题。

5.6 知识总结

教师借助课件，引导学生回顾本节课的核心知识。学生自主总结，完善板书。

5.7 反馈练习与板设计（略）

6 教学反思

本节课中教师利用问题引导学生自主建模，并利用模型系统分析问题，将难点分解为多个模型的建立而得以巧妙突破。整节课教师2次引入“问题探讨”中提出的实践问题，层层深入，持续激发学生的学习兴趣，活跃课堂气氛。在学习中学生体验到建模法对知识探究的乐趣，学生的科学探究能力在不断解决相关问题的过程中得到提升。高中生物新课程标准指出：“提高每个高中学生的生物科学素养是本课程标准实施中的核心任务。”中学生物学知识点琐碎，记忆的知识点也比较多，教师应当把模型方法应用于课堂教学之中，增强知识点之间的联系，以提高学生的自主学习和科学探究能力。