构建概念模型在高中生物教学中的应用

魏永强

1 教材分析

1.1 教材的地位和作用

本节是人教版高中生物必修3第五章第二节的内容，包括能量流动的概念、过程、特点、能量流动的意义和能量传递效率的计算。本节内容第一课时教学中，教师需使学生掌握能量流动的概念、过程、特点和会简单进行能量传递效率的计算。这些内容是对之前已学的细胞的能量供应和利用及生态系统的结构内容的延续，又为第二节能量流动的实践意义的学习打下基础，同时又是学习生态系统的物质循环和稳定性、生态环境的保护等内容的基础，所以本节内容起到了承前启后的作用。

1.2 教学重点及难点

教学重点：能量流动的过程，能量流动的特点，能量传递效率的计算。

教学难点：能量流动过程中每个营养级同化量的去路问题；摄入量、同化量和粪便量的关系；能量传递效率的计算。

2 学情分析

2.1 知识基础

学生已经掌握了光合作用、呼吸作用、食物链和食物網等内容；并且已经掌握了能量、能量传递和能量守恒等基本概念。在之前的学习中已涉及到模型的构建，如用光合作用图解描述光合作用的主要反应过程、甲状腺激素的分级调节、达尔文自然选择学说的解释模型等。

2.2 思维基础

学生以形象思维为主，具有一定的逻辑思维和抽象思维。

3 教学目标

3.1 知识目标

概述生态系统的能量流动；分析生态系统能量流动的过程及特点。

3.2 能力目标

培养分析问题和解决问题能力、小组合作与交流能力、思维迁移能力、处理数据及运算能力、构建模型能力及动手能力。

3.3 情感、态度与价值观目标

体会生物科学与生产生活实践的密切联系，激发学习生物科学的兴趣。

4 教学过程

4.1 课堂导入——荒岛求生，设疑激趣

教师结合教材第93页“问题探讨”，课前找三名学生（一人扮演求生者、一人扮演母鸡、一人扮演玉米）彩排一个小的情景剧，上课进行表演。

求生者：我好饿啊，这里什么吃的也没有，我只能把你们（母鸡和玉米）吃了啊。

母鸡：敬爱的主人，别吃我，您用一部分玉米喂我，我能给您下蛋，这样玉米和鸡蛋您就都能吃到了。

玉米：傻主人，你应该先吃鸡，不然的话它就会和你抢着吃我啊。

求生者：我该听谁的呢？谁能帮帮我啊？

教师：为了帮到这位可怜的求生者，让我们进入本节课的学习，从本节课中寻找答案。

4.2 能量流动的过程——问题导航，层层建模

教师围绕学生熟悉的一条食物链“草→兔子→狼”层层设问，引导小组讨论。

（1） 草的能量来自什么形式的能量，通过什么途径获取？

学生根据已学的光合作用相关知识回答生产者通过光合作用固定太阳能，并且生产者固定太阳能的总量就是流入该生态系统的总能量，构建能量输入过程的模型（图1）。

（2） 草固定的能量哪里去了？

教师通过幻灯片播放一段有关小草的Flash动画。

小草：我是一颗小草，我最矮，我的兄弟姐妹们都笑话我，我想长大，所以我利用体内的叶绿体拼命的进行光合作用固定太阳能，合成有机物。可我旺盛的生长一直在消耗我的有机物。唉，什么时候能长大呢？

老草：我是一颗老草，我马上就要入土为安了，地球上将不再有我美丽的身影，但我无怨无悔，因为我的死将换来来年更多的生机。

死草：我是一颗死草，我死的好冤啊，我还没来的及谈一场轰轰烈烈的恋爱，就被一只山羊一口吞进了肚子里，呜呜呜……

小组讨论，教师点拨归纳，分析出草固定的能量去路，构建生产者能量去路的模型（图2）。

（3） 兔子摄入的能量全部流入兔子体内了吗？

学生根据常识回答兔子摄入的能量中有一部分以粪便的形式排出体外，其余的才流入兔子体内。教师顺水推舟，告诉学生流入兔子体内的能量称为兔子的同化量，从而得出“摄入量-粪便量=同化量”的关系，继续构建概念模型（图3）。

教师引导学生进一步分析，兔子产生的粪便最终也是被分解者利用，所以对生产者能量的去路进行了进一步调整（图4）。

（4） 流入兔子体内的能量又有哪些去向？

学生借鉴生产者同化量的去向分析初级消费者同化量的去路，并构建模型（图5）。

（5） 每个营养级的同化量的去路都一样吗？

教师引导学生：狼作为此食物链的最高营养级，它的同化量没有哪个去路？这样进一步引导学生去构建一个完整的能量流动的模型（图6）。

4.3 能量流动的概念——过程小结，生成概念

通过以上5个问题，学生掌握了能量流动的过程。教师利用幻灯片进行小结：

（1） 能量输入：生产者通过光合作用固定太阳能。

（2） 传递渠道：食物链（网）

（3） 能量转化：太阳能→化学能→热能

（4） 能量散失：呼吸作用以热能散失

教师引导学生归纳：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。

4.4 能量流动的特点——分析案例，巧构模型

教师用幻灯片呈现赛达伯格湖的能量流动图解。每个小组有九块木板（图7），A1至A4四块木板之和表示生产者的同化量；B1至B4四块木板之和表示初级消费者的同化量；C木板表示次级消费者同化量。结合本图解写出每个小木板表示的能量去路及其数值，写完后将同一营养级的四块木板拼成一个规则的长方形，最后将拼成的三块长方形木板按食物链的相对位置摆放。小组对构建的模型进行展示，师生共同评价并修正模型（图8）。

通过模型演示，学生定性分析能量流动过程的特点并定量计算此案例中相邻营养级之间的能量传递效率。

学生通过变换模型的位置，构建能量金字塔（见图9）。

4.5 解决实践问题——释疑解惑，首尾呼应

为了更科学地帮助鲁宾逊做出决策，教师用课件提供以下实例：假设鸡自身重1.5 kg，按最大传递效率20%计算，策略1先吃母鸡；策略2中有1/5的玉米给鸡吃，剩余的玉米给人吃。则两种策略人的体重各可以增加多少？

学生计算如下：

策略1：1.5×20%+15×20%=3.3 kg。

策略2：（15×1/5×20%+1.5）×20%+15×4/5×20%=2.82 kg。

教师引导学生通过数据模拟，解决了实际问题，体验了由定性分析到定量研究的方法。

5 教学反思

课堂导入采用角色扮演，创设荒岛求生的情境，设疑激趣，最后释疑解惑收尾，首尾呼应。

问题导航，层层设问，教师引导，小组讨论，使学生在构建概念模型的过程中掌握了能量流动的过程，同时也攻克了每个营养级同化量的去路和摄入量、同化量和粪便量关系这两大难题。

教师引导学生分析实例赛达伯格湖的能量流动图解，利用简易材料构建模型，既加深了学生对能量流动过程的理解，同时定性和定量相结合分析出能量流动的特点和进行能量传递效率的计算，最后再利用模型构建能量金字塔。

教师注重学生的评价环节，采用小组竞争机制，在提问环节，学习委员记录各组答对问题的次数，评出最佳小组，模型构建环节，组组之间展示、评价及修正。

参考文献：

[1] 成培平.模型建构在高中生物教学中的应用—“生态系统的能量流动”（第一课时）的教学案例分析[J].中学生物学，2015，（2）：25-27.

[2] 黄志坚.生态系统的能量流动（第1课时）的教学设计[J].生物学通报，2012，（12）：18-20.