巧用高考真题 培养学科素养——以“生态系统的能量流动”一轮复习为例

林 丽 蓝伟东

(1.广西梧州市苍梧中学 2.广西梧州市梧州高级中学)

1.教材分析及设计理念

“生态系统的能量流动”是人教2019版高中生物教材选择性必修2《生物与环境》第3章“生态系统及其稳定性”第2节的内容。本节内容是在第1节“生态系统的结构”的基础上,进一步学习生态系统的功能,充分体现了生物学观点之一的“结构决定功能”,同时为后续学习生态系统的稳定性做铺垫。对于本节内容,教材从能量流动的过程、能量流动的特点、生态金字塔、研究能量流动的实践意义等进行展示。

本节课是高考一轮复习课,学生已完成新课的学习。一轮复习课中在唤起学生知识记忆的同时要提高学生比较与归纳的能力,在不同的情境中提升学生的迁移运用能力、解决问题能力和创新能力,从而提高复习效率。教师通过归纳近五年全国卷相关考试内容及题型,查阅《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》确立本节课的核心素养要求,做到研究考情、精准备考。以一道改编的高考题为情境,设计层层递进的主线问题涵盖不同的知识考点;同时在开展的活动中以问题串为辅线,引导学生不断建构相关模型;最后用真实案例的问题解决来完善模型,总结能量流动的实践意义。

在整节复习课中,通过探讨能量流动的特点树立学生生命观念、运用模型建构发展学生科学思维、通过分析讨论数据提升科学探究素养、借助参与情境问题的讨论培养社会责任,助推学科核心素养的培养与提升。

2.核心素养目标

(1)科学思维:运用模型建构的方法,归纳概括能量流经某一营养级的过程;分析不同营养级能量流动模型,建构生态系统能量流动示意图;解释生态金字塔中各营养级之间在能量、生物量、数量方面的关系,运用模型与建模、归纳与概括的方法建立模型,培养科学思维素养。

(2)生命观念:分析真实情境中的能量数据,解释能量流动的特点,树立生命观念的能量观。

(3)科学探究:结合情境数据的分析、交流与讨论,归纳出能量流动的特点,培养学生的归纳推理能力,提升科学探究素养。

(4)社会责任:参与稻田生态系统的设计,指导人们更加科学、有效地利用生态系统中的资源,培养学生社会责任感。

3.教学过程

基于学情分析,指导学生运用导学案完成预习:用教材第55页“能量流经第二营养级的示意图”改编的选词填空;用表达式表示教材第56页“思考·讨论”图的能量传递效率;补充完善稻田生态系统的能量流动过程图。培养学生对知识灵活变化的处理能力,同时为课堂复习增大容量、提升难度做准备。

3.1 改编真题为情境,复习与激趣

高考真题改编情境:某弃耕地生态系统有一条食物链,生态学家对此食物链能量流动进行了研究,结果如表,单位是[J/(hm2·a)]

植物田鼠鼬固定的太阳能摄入量同化量呼吸量摄入量同化量呼吸量2.45×10111.05×1097.5×1087.15×1082.44×1072.25×1072.18×107

设计意图：依托高考真题的严谨性和数据的科学性,以其为情境,学生更能感受高考题的严谨。设置情境激发学生学习兴趣,引起学生思考已学的生态系统的成分、营养级,教师对学情作出诊断,同时为后面待解决问题做认知铺垫。

3.2 改编真题为主线,建模与拆模

【活动一:自主构建模型】

任务:(1)根据上表写出食物链。

(2)画出能量流经田鼠种群的示意图。

要求:3分钟内独立完成;同学间点评修正。

问题串:①田鼠“粪便”中的能量归属于哪一营养级?

②如何辨别“摄入量”和“同化量”?

设计意图：学生课前已完成导学案,为了解学生对知识能否灵活运用,结合情境,设计学生动手自主完成模型构建活动。通过问题串问题①②引发学生对所构建模型的思考,打开思维的广度和深度,培养学生的科学思维素养。利用白板等将初建模型上传后呈现出来,学生在相互点评、彼此启发、修正模型的过程中,发散思维,提高解决问题的能力。

【活动二:合作建构模型】

任务:(3)画出该生态系统能量流动的示意图。

要求:小组合作4分钟内完成,组间点评修正。

问题串:③图中每个营养级能量的来源是否相同?去向是否相同?

④分解者分解作用产生的能量能否流入生产者再被利用?分解者能否为消费者提供能量?请说明理由。

⑤某一营养级的能量“去向”如何判断?

设计意图：利用问题串活跃学生的思维,小组在合作与探讨中碰撞思维进而发展学生的科学思维素养。不同小组构建的模型中某一营养级能量有三个去向或四个去向,更合理的是哪种?选取典型模型用白板进行全班展示。通过对小组合作模型的质疑,培养学生的批判性思维;其他小组在交流共享、相互评价、修正模型时,归纳能量的定量不定时、定量定时。学生进行深度学习,归纳与概括的科学思维素养再次得到提升。

【活动三:能量模型图的拆分】

任务:①假设教材第55、56页三个图是根据同一个生态系统制作的,用“□”圈出教材55、56页各图第二营养级的同化量及去向;

②构建第二营养级的能量模型,写出每个能量块的内容(图1)。

图1

要求:写在导学案上,小组成员之间核对并修正;抽查某组的成果。

设计意图：从依赖情境构建的模型引导学生回归教材,结合三个重要模型图进行第二营养级同化量去向的拆分。学生将知识内化为能力,明确如何用准确的语言表达能量的去向,并训练了学生逻辑思维与思维推理能力。学生既能进行模型建构,也能进行模型拆分,充分展现学生科学思维素养的发展与提升。

3.3 改编真题的探讨,归纳与质疑

【活动四:探讨大比拼】

任务:(4)请分析真题中能量流动的特点,并说明理由。

(5)计算能量从田鼠到鼬的传递效率。

要求:小组内讨论,小组间能质疑,4分钟完成。

设计意图：结合情境的数据分析、交流与讨论,培养学生的推理能力,提升科学探究素养。解释能量流动特点的问题可以提升学生获取信息的能力和语言组织表达的能力。通过计算得出田鼠到鼬的传递效率为3%,并提出质疑,鼓励学生提出问题、分析问题、解决问题,在培养问题意识的同时,培养学生的批评性思维。

3.4 改编真题的再研,推理与转化

【活动五:构建生态金字塔模型】

任务:(6)学习小组分别绘制能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔。

(7)概括生态金字塔的特点。

要求:小组合作在2分钟内完成;每种金字塔由一个小组展示,并由小组成员代表对金字塔模型作出说明。

设计意图：对生态系统能量流动的特点,除了用数字呈现外,还能以相应面积或体积的图形来呈现,借此培养学科交叉的意识。同时数学模型呈现方式之间的切换是对逐级递减特点的反复强调,活跃学生的思维,培养学生的科学推理能力。

3.5 稻田生态系统的设计,迁移与指导

【活动六:展示你的奇思妙想】

任务:(8)稻田生态系统是我们南方常见的生态系统之一,请回答以下问题。

①图2是稻田生态系统模式图,请用文字和箭头在图2中画出使稻田能量最大限度流入人类的新措施并说明其实践意义。

图2

②图3是传统农业对水稻中能量的利用模式图,请说出提高秸秆能量利用率的措施及其实践意义。

图3

要求:写在导学案上,展示,同学间点评;说出实践意义。

设计意图:以当地的农田生态系统为例,将学生的思绪带到熟悉且待解决的问题情境中。通过问题①检测学生构建模型能力是否达标;问题②要求学生对教材知识进行迁移,利用发散思维说出新措施,如废物资源化,保护环境;增加物质利用层次,实现可持续发展等。任务将抽象的实践意义转变为具体化的问题解决方案,最后回归依托教材文字的规范性表述。以此,启发学生用发展的眼光看待农业种植,同时培养学生的劳动素养。

4.教学反思

依托一道改编的高考真题作为情境,以问题串为导向,提高复习效率。

学生通过自主学习、合作学习方式,在画图、展示、互评、点评、建模与拆模等活动发散思维,发展科学思维素养;对问题的分析、讨论、质疑、思辨、再展评中,培养学生的科学探究素养;从题目情境到模型,学生在归纳与概括中发展了科学推理的能力。