围绕“生态系统的物质循环”组织模型建构教学活动

程锐创

摘 要 通过问题串、小组合作、情境创设等形式进行模型建构教学活动，通过建构自主、主动、交流、互进的生态课堂，帮助学生发展自主学习、模型建构的能力。

关键词 碳循环 模型建构 教学活动

中图分类号 G633.9B 文献标志码

1 教材分析

“生态系统的物质循环”是人教版高中生物教材《必修3·稳态与环境》第五章第三节的内容，在《普通高中生物学课程标准（实验）》具体内容标准中，与本节内容相对应的条目是“分析生态系统中的物质循环的基本规律及其应用”。由此可见，学生对本节内容的掌握需达到应用水平。第一部分内容包括物质循环的物质、范围、循环以及特点；第二部分内容包括碳循环的过程、特點及温室效应；第三部分内容包括能量流动和物质循环的区别与联系；第四部分内容是探究“土壤微生物的分解作用”。对第四部分内容，教师可以安排在课后的兴趣小组活动中完成。本节内容是在初中阶段生态系统的知识和高中阶段种群、群落等知识基础上，侧重于宏观方面探讨生态系统的功能；以生态系统的结构、能量流动、光合作用、细胞呼吸等为基础，具有承上启下的作用。教学重点是分析生态系统中的物质循环；教学难点是正确认识物质循环的概念，说明能量流动和物质循环的关系。本节内容主要阐述物质循环是生态系统的重要功能，就理解生命活动的本质和规律而言，具有不可取代的价值，具有独特的地位。这部分知识与目前的低碳生活、环境污染等现实联系紧密，对学生建立环保意识有主要作用。

2 教学目标

2.1 知识目标

理解生态系统物质循环的概念；识记、应用碳循环的过程；比较得出能量流动与物质循环的关系。

2.2 能力目标

以碳循环为例，分析生态系统的物质循环；学习模型的建构；学习探究性实验设计的一般方法和步骤。

2.3 情感、态度与价值观目标

关注碳循环平衡失调与温室效应的关系；培养环境保护意识、低碳生活的意识；在合作过程中，学会交流，尊重他人，强化团队意识。

3 教学过程

3.1 情境导入，激趣课堂

教师播放视频“全球变暖后北极熊疯了”，以北极熊因为太热而剃毛的视频引发学生思考：为什么北极熊要剃毛？全球气候变暖的主要原因是什么？温室效应的主角是谁？温室效应增强与人类哪些活动有关？

学生通过合作总结出：因为气候变暖所以要剃毛；温室效应是全球气候变暖的主要原因；二氧化碳是温室效应的主角；大量化石燃料的燃烧、植被的破坏等人类活动增强温室效应。教师强调：大量化石燃料的燃烧，千百万年积存的碳元素在短时间内释放出来。

教师引导学生讨论：温室效应对生物圈可能造成什么影响？（加快极地和高山冰川的融化，海平面上升，全球气温升高等）在此基础上，教师展示图瓦卢的图片，明确其将成为全球第一个因海平面上升而举国迁移的国家，50年内其将全部消失。

小组合作、讨论：如何缓解温室效应？学习小组通过讨论得出两条措施：减少化石燃料的燃烧，选用替代能源等；保护森林、草原等生态系统，同时大力植物造林等。

通过上述措施可以缓解温室效应，如果要更加深入解决问题，学生必须对二氧化碳在生物群落和无机环境中的相关知识，有更加深入的掌握，从而进入以碳为例的生态系统的物质循环的学习。既然是生态系统的物质循环，那么一定在生态系统的成分之间完成，因为结构和功能密不可分，物质循环是生态系统的功能之一。师生一起回忆生态系统的成分。

3.2 合作分享，自主建构

美国学者爱德加戴尔提出，学习效果要达到50%以上，都是通过团队学习、主动学习和参与式学习等方式获得。教师仅仅做为指导者，把课堂还给学生，使其成为课堂的主人，教师仅是指导，从而给学生充分的“表演空间”。

教师明确了物质循环是在生态系统的各成分之间循环的基础上，组织学生活动，引导学生分组用准备好的材料构建模型，最后各组学生展示结果。学生分成5或6人一组为宜，人数太多容易引起部分学生注意力分散；要明确组长，使其有效带领组员进行有效活动。教师必须在活动时明确任务，使活动真实有效。教师可以预先打印组号和名单，制作好会牌，粘贴在讨论桌上。

活动一：

学生讨论碳究竟是如何进、出无机环境、生产者、消费者、分解者各种生态系统成分的？（以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物、这些产物的去向怎样等）。

第一、二组从无机环境的角度来考虑，第三、四组从生产者（比如绿色植物）的角度来考虑，第五、六组从消费者（比如牛）的角度来考虑，第七、八组从分解者（比如蚯蚓或者腐生性的细菌和真菌）的角度来考虑。

各小组依据提示，进行讨论，得出相关结论。小组代表展示小组结论，从而明确每一种生态系统成分在物质循环中的作用。

要突破碳循环，教师应该围绕两个核心问题展开：① 能够利用大气中的二氧化碳的途径有哪些？② 大气中的二氧化碳来源有哪些？为了解决以上两个问题，教师可以把问题细化为以下问题：

碳通过什么生理过程从无机环境进入生物群落？

碳以什么形式从无机环境进入生物群落？

碳在生物群落内部以什么形式传递？通过什么渠道进行传递？

碳通过什么生理过程从生物群落返还无机环境？

碳以什么形式从生物群落进入无机环境？

碳在无机环境与生物群落之间主要是以什么形式进行循环？

教师呈现以上问题，在学生讨论结果的基础上，再用问题串的形式启发学生进一步的思考和总结，引领学生思维的发展。教师也可通过抢答的形式，增强学生的竞争意识。

活动二：

每组准备小白板一块，红黑色马克笔各一支，板擦一块。小白板上放好生产者、消费者、分解者、大气中的CO2库（无机环境）等磁性贴（放在顶端，横排）。

小组活动：用文字和黑色箭头在白板上构建生态系统的碳循环模型，并注明碳元素的转移方向及过程名称。

白板布置如图1所示，学生分组活动，自由安排四个磁性贴的位置。

学生展示白板并解释如此安排的理由，其他小组可以进一步补充完善。师生互动突破碳循环：先看双箭头，“多进一出”为大气中的二氧化碳，“一进多出”为生产者和消费者；再看单箭头“多进一出”为分解者。在碳循环模型构建过程中，教师还要强调化石燃烧的问题以及各级消费者的图解。最后，师生归纳碳循环模型图（图2），并生成板书。

本部分内容并不晦涩难懂，教师可平铺直叙的讲授，甚至让学生自学，也能达成知识目标。但是教师通过探究问题以及活动创设课堂情境，使学生深入思考，让学生动起来，使课堂“活”起来，增强了课堂的有效性。

3.3 依据活动，演绎概念

依据以上学生活动，教师请学生思考回答下列问题：这里的生态系统指的是什么生态系统？这里的物质是指什么？物质在哪两者之间循环？

教师提示：在农田中大量使用DDT有机农药后，为什么会殃及南极的企鹅？学生总结此地球上最大的生态系统是生物圈，从而明确物质循环的特点之一是全球性。因此生态系统的物质循环又叫生物地球化学循环。关于物质，教师应强调：生态系统物质循环的“物质”是指组成生物体的基本元素，而非其组成的化合物；在物质循环过程中，伴随着复杂的物质和能量的转化。通过碳循环的模型建构过程，学生很容易明确物质在生物群落和无机环境之间循环往复，从而明确物质循环的另一个特点是循环性。

在完成以上的三个问题后，生态系统的概念很自然地就由学生演绎成功。这样由学生自主构建知识，依据活动从而演绎概念的方法，避免了教师直接给出概念，靠死记硬背掌握概念的内涵和外延，易遗忘且难以理解其实质的不足。

3.4 依托模型，列表辨析

活动三：在白板上已构建的生态系统碳循环模型上，用红色箭头画出能量流动模型。

学生展示白板，并解释如此安排的理由，其他小组可以进一步补充完善。师生共同总结物质循环与能量流动的关系模型，并列表（表1）完成辨析。

教师需要强调能量流动和物质循环是生态系统动态变化过程的两个方面，生态系统的各种成分，正是通过能量流动和物质循环，才能够紧密的联系在一起，形成一个统一的整体，再次强调结构和功能间的关系。

4 小结

教师由碳循环的特点联系到现实生活中的流行语——低碳生活，播放CCTV公益广告《选择低碳 绿色生活》，引导学生关注社会，关注雾霾，关注环保热点，提高学生的环保意识，对学生进行生态文明建设的教育，让学生从自身做起，明确一些环保措施。

5 课堂拓展

教师要求学生根据所学的碳循环的相关知识，继续探究氮循环、磷循环、硫循环、水循环的相关知识，调查身边造成温室效应、水质富营养化、酸雨等的具体事例，并寻找可行的缓解的方法。学生可选择其一写一份调查报告。

教师提出问题树叶每年都会掉，但是没有看见树叶堆积如山的场面呢？树叶到哪儿去了？是分解者的分解作用，是气候的作用，还是土壤中的化学物质的作用？……究竟是什么在起作用呢？学生可以依据探究实验的一般步骤设计实验，然后进行实验。

6 教学反思

本节内容的学习以活动贯穿课堂。对于教学重点“分析生态系统的物质循环”的突破，以碳循环为例，教师采用“图形分析、模型构建”的方式进行学习。对于教学难点“说明物質循环与能量流动的关系”采用列表辨析法，对于教学难点“正确认识物质循环的概念”，采用依据相关活动，以学生自主演绎、教师点拨的方法，突破难点。

本节内容与社会、与学生的生活紧密相关，对学生进行生态文明建设是本节内容所遵循的理念，节约资源，保护生态环境，推动形成人与自然和谐发展新格局。在农田中大量使用DDT有机农药会殃及到南极的企鹅、碳循环和温室效应这些生活化的实例不仅可激发学生学习兴趣，还能培养学生保护环境意识，增强其生态文明建设的意识。最后，以课外继续探究氮循环、磷循环和水体富营养化，水华赤潮现象、硫循环与酸雨、土壤微生物的分解作用等结束课程。

皮亚杰：“一切真知都应由学生自己获得，或由他重新发现，至少由他重新构建，而不是草率地传递给他。”本节内容采用问题串、小组合作、情境创设等形式进行模型建构教学活动，通过建构自主、主动、交流、互进的生态课堂，尊重并发挥学生在学习活动中的主体地位，给每一位学生同等的机会，强化团队的意识，帮助学生发展自主学习、模型建构的能力。