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高中生物核心概念建构与社会责任培养相结合的教学设计以“生态系统的能量流动过程”为例陈玉交（四川省南充高级中学四川南充637000）摘要：本文以 诗经葛覃 为序引，阐述草、虫、鸟之间的捕食关系，从而引出本文的重点“生态系统的能量流动过程”核心概念构建。本文采用从“个体到种群、从一条食物链到生态系统”的思维分析，先分析单个个体能量流动过程总结出整个种群流动过程，再类比推理总结出植物种群和鸟种群能量流动过程，总结出整条食物链的能量流动过程，最后推演出整个生态系统的能量流动过程。通过提出问题、分析问题、动手搭建的方式，引导学生主动参与归纳概括，达到构建核心概念“生态系统的能量流动过程”的目的。借助“物质和能量观”，将研究能量流动转化为研究物质走向，抽象问题具体化，同时强化“物质和能量观”，为形成生态系统中“结构和功能相适应”的观点做铺垫。成功构建核心概念“生态系统的能量流动过程”后，回归到概念中，寻找濒临破败的生态系统产生的原因，以培养学生的社会责任。关键词：生态系统；能量流动；建构；核心概念中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：（2023)01-0055-03新课程以“核心素养为宗旨、内容聚焦大概念、教学过程重实践、学业评价促发展”为基本理念，强调概念建构在学生学习中的重要性1。中学生物学课程概念教学理论与实践 一书中指出：“生物概念教学也应该成为教师引导学生运用科学思维的方法认识生物世界的过程。教师需要从发展学生生物学学科核心素养的高度开展概念教学设计。”2国际上的教育学者也指出，面对知识的爆炸式发展及科技的飞速进步，科学教育的目标不应该是给学生呈现出由一堆事实和理论堆砌的知识，而应是引导其深入理解少数非常具有解释力的学科大概念，从而帮助其理解与他们生活相关的事件和现象3。因此，如何利用核心概念教学，已成为当代教师教学能力的重要体现。1理论背景概念是人脑反映客观事物本质属性的思维方式，在头脑中形成概念是思维的产物。建构概念的过程应该是进行主动思维、自主建构的过程。中学生物学概念使学生在学习生物学知识和探索生命世界的过程中，通过大量阅读、观察、实验和思考，或者运用各种逻辑思维方法，把生物学事实的本质特征综合起来加以概括，在头脑中形成具有相对稳定性的反映，并用词语来概括。核心概念一般包括基本概念、基本规律、基本原理，它是某个知识点的中心，是学科结构的主干部分，三个组成部分相互关联，相互融合。日常教学中，教师如何构建“核心概念”，一直是学习中的重难点。人教版必修 3，第五章第二节的“生态系统的能量流动”内容，承接了第五章第一节“生态系统的结构”中生态系统结构组成及各组成成分之间的关系，也铺垫了第五章第三节“生态系统中的物质循环”的内容。作为第一课的生态系统的能量流动过程，提供了学习“生态系统能量流动特点”及“分析生态系统能量流动”的依据。学生掌握本节主题内容知识时，可以建构“生物群落与非生物的环境因素相互作用形成多样化的生态系统，完成物质循环、能量流动和信息传递”的次位概念，可以进一步建构核心概念“生态系统中的各种成分相互影响，共同实现系统的物质循环、能量流动和信息传递，生态系统通过自我调节保持相对稳定的状态”。学习和掌握以上内容，对学生形成“生态和发展观”很有帮助。生态系统的能量流动过程复杂而抽象，很多学生很难理解，尤其难以理解粪便量和同化量，可能在之后学习生态系统能量流动的特点以及构建能量流动的实践意义时出现问题。因此“生态系统的能量流动过程”概念的构建对之后学生学习教材内容及形成生命观念至关重要。本文以人教版 普通高中教科书 生物学 选择性必修 2 生物与环境 一书为基础，通过构建核心概念，使学生明白生态系统中的各种物种存在以下关系：（1）各物种间相互影响；（2）各物种间共同实现能量流动。中学教育探讨55-1.1 设计理念整个教学过程借助“物质和能量观”，将研究能量流动转化为研究物质走向，将抽象问题具体化，同时再次强化“物质和能量观”。以核心概念的构建为目的，以知识为载体，为之后深化生态系统中“结构和功能相适应”的生命观念做铺垫。构建模型过程中，借助小组合作的形式，使用比较分析、归纳概括、推理判断、构建模型等多种方式锻炼学生的科学思维，以培养学生的社会责任。课前先用音频和视频给学生营造一个美丽、健康的生态系统，通过分析这个系统中物质在个体、种群、营养等级及生态系统中的走向构建核心概念，落实知识目标，从而回归到社会责任的培养上。接着给学生呈现衰败、残破、濒临崩溃的生态系统，前后形成反差，给学生以视觉和心灵的冲击。促使学生借助所学的知识寻找原因及解决策略，领会保护绿色植物、保护环境的重要性，发出携手“保护绿水蓝天，共建绿色家园”的倡议。1.2 学情分析学生通过初中的生物学知识积累以及前面章节内容的学习，已经熟悉了种群与群落相关的知识，掌握了种群特征、种群数量变化相关模型、群落结构和种间的关系、种群演替类型，并且掌握了一定的生物学学习方法和技巧，为本节知识的学习奠定了基础。处于该阶段的学生具备一定的独立思考能力，如：归纳、类比等，对新事物充满好奇。但本节内容比较宏观且抽象，要从整体把握，理清其中的思维逻辑，对学生来说有一定的难度。1.3 教学目标知识与技能目标：（1）学生通过学习会分析生态系统能量流动过程，能理解同化量、粪便量、摄入量的关系；（2）会构建“生态系统能量流动”模型，会归纳、总结、建构生态系统能量流动的概念。思政目标：（1）爱护环境，保护自然；（2）勤俭节约，珍惜资源；（3）理解“绿水青山就是金山银山”的精髓。2实施过程课前准备：学生收集保护生态系统的策略。2.1 创设情景激发兴趣音频、视频资料：葛（藤）之覃（绵长）兮，施（分布）于中谷，维叶萋萋。黄鸟于飞，集于灌木，其鸣喈喈。诗经 葛覃设计意图：用音频和视频营造一个健康的生态系统，引入本节课的教学内容，引起学生的学习兴趣，调动学生探索新知识的欲望，激发学生思考。2.2 情景诠释提出问题在阳光的照耀下，葛藤繁盛，遍布整个山谷。黄雀飞翔，栖息在灌木上。这两句诗里有阳光、葛藤、黄雀、灌木等元素，请学生尝试写出其中涉及的一条食物链。多条食物链构成食物网，而这个复杂的网络体系中存在着能量流动。（1）直接分析生态系统能量流动较为困难，但分析单条食物链中能量流动较容易；（2）直接分析能量流动比较抽象，但分析物质走向（物质是能量的载体），推演能量流动较为简单。下面以“植物虫鸟”这条食物链为例，先聚焦分析虫种群的能量流动过程：虫如何获得能量？虫吃的食物是否全部被消化吸收转化为自身的有机物？虫合成的有机物有什么用途？生长发育中的虫命运如何？设计意图：从个体入手，引导学生分析单个个体能量流动过程，让学生理解能量在单个个体中的去向。由整体到个体，将复杂问题简单化，抽象问题具体化。2.3 概念深入构建核心2.3.1 动手实操，构核心根据虫摄入的能量及能量去向，用带有文字的任务卡片（含呼吸作用、虫、植物、鸟、分解者）和箭头，构建“虫种群能量流动模型”。（见图 1）图 1虫种群能量流动模型设计意图：以小组合作的形式，构建“能量在个体中的流动过程”模型，通过活动培养学生分析、判断、建模等科学思维，以及小组合作能力。在学生所构建的模型基础上，总结小组代表的发言，帮助学生归纳总结虫种群的能量输入和输出途径。通过分析，我们看到流入该种群的能量就是同化量，但这个量的获得需要通过摄入完成，而输出途径有三条，那植物和鸟种群能量输入和输出途径是否跟虫种群一样呢？2.3.2 思维深入，升核心用带有文字的任务卡片（含虫、植物、鸟、分解者、太鸟呼吸作用植物虫分解者第一卷Research on Educational Methods教 育 方 法 研 究56-阳能、呼吸作用）和箭头，构建出该条食物链中其他种群的能量流动过程，使完成后的模型能够表达该条食物链的能量流动过程。（见图 2）图 2食物链能量流动过程根据学生构建的模型，总结分析：（1）植物种群和虫种群能量流动的差异即输入能量方式不同；（2）鸟种群和虫种群能量输出途径的差别。设计意图：从个体到整体，尝试构建一条食物链中的能量流动过程，帮助学生深入思考理解能量流动的过程。通过完成任务，锻炼学生分析比较、归纳概括能力。2.3.3 构建“生态系统的能量流动”模型请学生比较、思考第二营养级中各种群能量流动与该虫种群是否相同，跟“植物虫鸟”这条食物链作对比，替换上面模型中的卡片，使改后的模型能表达该生态系统的能量流动过程。（见图 3）图 3生态系统能量流动过程2.4 知识整合构建“生态系统的能量流动”概念基于以上问题，再请学生回答以下问题：能量是如何输入生态系统的？生产者固定的太阳能是太阳照射到地球的所有能量吗？输入生态系统的能量是如何传递的？传递途径是什么？能量在生态系统中的流动形式是否始终是太阳能？有能量形式的改变吗？输入生态系统的能量有无损耗？如果有，是通过什么方式损耗的？设计意图：通过思考这些问题，引导学生总结、归纳出生态系统能量流动的概念，培养学生总结、归纳的思维能力。以物质为载体，通过植物、虫、鸟，叙述生物间的能量流动，初步说明能量流动的特点及原因。单向性特点由“谁吃谁”决定；逐级递减特点由“生物自身呼吸作用消耗和分解者分解利用等”决定。而能量整体流动规律符合物理学中的“能量守恒定律”。通过知识串讲、学科交叉运用，让学生从根本上构建核心概念，理解能量流动的真实含义，同时也为下一节课分析生态系统能量流动的特点以及研究能量流动的意义做铺垫。2.5 知识应用培养社会责任音频、视频资料：衰退的生态系统。提出问题：从生态系统的能量流动出发，分析生态系统形成的原因；根据课前收集的资料，分小组讨论，提出从国家、社会、个人层面上保护生态系统的策略。设计意图：用音频和视频呈现衰败、残破生态系统的现状，与开篇健康生态系统形成鲜明对比，使学生心灵受到冲击，迫切想要去寻找原因和改变现状的策略。2.6 升华主题提出倡议从刚才的学习中我们知道了输入一个自然生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，如果生产者大量减少，我们可以预见，动物将无家可归，无食可吃，而处于食物链顶端的人类也将面临同样的境遇。所以为了人类的可持续发展，我们要从源头开始，保护绿色植物，保护我们赖以生存的环境，积极响应国家“绿水青山就是金山银山”的号召，携手保护碧水蓝天，共建绿色家园。设计意图：培养学生的社会责任感，促使学生从自身做起，保护生态系统，同时向周围的人宣传保护环境的方法。3教学反思通过体会古诗的美，建立文化自信，从而引出本堂课的探究内容。让学生积极参与课堂讨论，通过小组合作共同构建“生态系统能量流动过程”模型，使学生学会从简单到复杂，从易到难的思考方式（即构建“个体种群食物链生态系统”的思维方法）。通过模型建构，促进学生科学思维的发展，“生态系统能量流动过程”概念的成功构建，为形成生态系统中的“结构和功能观”奠定基础，同时渗透社会责任，共同携手保护碧水蓝天，共建绿色家园。参考文献：1 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017 年版 2020 年修订）S.北京：人民教育出版社,2020.2 赵广宇.中学生物学课程概念教学理论与实践M.北京：科学出版社,2019.3 温哈伦.以大概念理念进行科学教育M.韦钰,译.北京：科学普及出版社,2016.鸟呼吸作用植物虫分解者分解者分解者太阳能呼吸作用呼吸作用第三营养级渊最高营养等级冤呼吸作用分解者分解者分解者太阳能呼吸作用呼吸作用第二营养级渊中间营养等级冤第一营养级中学教育探讨57-