生态系统的能量流动新授课上渗透生物学科核心素养的尝试

作者:佚名 来源: 发布时间:2017年11月20日 点击数:

生态系统的能量流动新授课上渗透生物学科核心素养的尝试

                  

高中生物学科的核心素养主要体现为以下几个方面:生命观念、理性思维、科学探究和社会责任。笔者想在能量流动的新授课上进行渗透。

  • 生命观念

生命是源于自然随机事件且能在与环境互作中保留下来的具有新陈代谢和自我复制特征的物质形态,生命是结构与功能的统一体,无贵贱之分。生命观念是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象,是经过实证后的想法或观点,有助于理解或解释较大范围的相关事件和现象。本堂课从问题探讨进行引入:假如你漂流到一个荒岛,你身边只有少量的玉米和一只鸡,你会先吃哪个,才能让自己活的最久呢?在学生讨论时,教师应作必要的提示:生命活动离不开能量,生物需要不断地从外界获取能量才能维持生存;在生物获得的能量中只有一部分储存于生物体内;由于能量沿食物链流动过程中逐级递减,因而能量相同的食物,动物性食品比例越高,意味着消耗的总能量越多。使学生在问题探讨基础上形成生命观念,如结构与功能观、稳态与平衡观、物质与能量观等,并能够用生命观念认识生命世界、解释生命现象。

二、 理性思维

崇尚并形成科学思维的习惯;能够运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法探讨生命现象及规律。理性思维能力不是与生俱来的,而是需要后天刻苦的学习和训练,其中自然科学包括高中生物的学习对理性思维能力的养成意义重大。英国哲学家、经济学家、历史学家休谟提出了理性思维的总原则—休谟公理,内容为“没有任何证言足以确定一个神迹,除非该证言属于这样的情形,其虚假比它力图确立的事实更为神奇。”本堂课在学生讨论的基础上,教师引出生态系统的能量流动的基本涵义。然后,提出怎样研究生态系统的能量流动。在进行“能量流动的分析”的教学时,着重培养和训练学生的理性思维:研究能量流动可以在个体水平上,也可以在群体水平上。研究生态系统中能量流动一般在群体水平上,这种将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。理解能量流动的分析方法有助于学生学习本节后面的内容。

    研究能量在沿着食物链从一个种群流动到另一个种群时,需要考虑能量被利用和未被利用等多方面的能量值,以某动物种群捕食种群A为例,可用下列“能量流动的分析”过程表示。

 

三、 科学探究

能够发现现实世界中的生物学问题,针对特定的生物学现象,进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论。在开展不同的工作中,都乐于并善于团队合作。能量在生态系统中是如何流动的,这是许多生态学家关注的问题。而对此问题的回答,仅仅作定性的阐释是不够的,必须基于科学实验,用实验数据来说明问题,由此引出林德曼的研究。下面就是美国科学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动的定量分析。

 

 

 赛达伯格湖的能量流动图解

图中数字为能量数值,单位是J/(cm2·a)(焦每平方厘米年)。图中“未固定”是指未被固定的太阳能,“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗,也未被后一个营养级和分解者利用的能量。在学习“林德曼的研究”时,重点应放在如何整理数据、分析数据,进而得出科学结论上。可采用“数据分析、模型构建”的建议。数据能很好地说明问题。在这里大家要重视生物学中对数据的整理、处理和分析,以及数据在说明生物学现象和规律的过程中的重要性。

营养级

流入能量

流出能量(输入后一个营养级)

出入比

生产者

464.6

62.8

13.52%

植食性动物

62.8

12.6

20.06%

肉食性动物

12.6

 

 

分解者

14.6

 

 

请学生完善上述表格总结归纳: 能量逐级递减

营养级

输入能量

输出能量(包括所有去向)

生产者

464.6

62.8+12.5+293+96.3=464.6

植食性动物

62.8

12.6+2.1+18.8+29.3=62.8

肉食性动物

12.6

7.5+5.0+微量=12.6

请学生完善上述表格总结归纳: 能量单向流动

 

 

多媒体播放视频:草原生态系统的食物链以及能量流动,可以让学生更形象地了解生态系统的能量流动。学生在观看的时候,思考构建一个什么样的模型来更加直观地体现能量流动的特点。科学探究结果不仅以表格数据形式呈现,还以模型构建形式呈现,使得理性思维实体化。

 

 

 

 

 

 

 

四、 社会责任

生物学科的社会责任是指基于生物学的认识参与个人与社会事务的讨论,作出理性解释和判断,尝试解决生产生活中的生物学问题的担当和能力。学生应能够关注涉及生物学的社会议题,参与讨论并作出理性解释,辨别迷信和伪科学;主动向他人宣传健康生活、关爱生命和保护环境等相关知识;结合本地资源开展科学实践,尝试解决现实生活中与生物学相关的问题。关于研究能量流动的实践意义的教学,可从分析“桑基鱼塘”着手。教师应向学生说明:人们在利用生态系统的资源的过程中,期望的“高效”与“持续”常常会发生矛盾。如何根据客观规律来调整生态系统中的能量流动关系,以满足人类的需求,是一个必须解决的重要问题,也是一项重大的社会责任。人类社会面临三大问题:人口问题、环境问题和资源问题。解决这些问题在一定程度上要依靠生物学的研究和发展。面对上述问题结合本章节的知识谈谈我们应该怎么做,这也是考量每一个具有一定科学素养的现代人的社会责任。

总之,学生核心素养的培养是今后学校教育的主要任务,而学科素养的研究与实践也会不断进行下去,今后要在每一堂课渗透学科的核心素养。期待有更多、更新的发现,与大家一起研究探讨。  

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