“生态系统能量流动的过程”教学研究

慕晓茹，杨东辉

（1.大连教育学院 高中教师教育中心，辽宁 大连 116021；2.大连市第二中学，辽宁 大连 116013）



“生态系统能量流动的过程”教学研究

慕晓茹1，杨东辉2*

（1.大连教育学院 高中教师教育中心，辽宁 大连 116021；2.大连市第二中学，辽宁 大连 116013）

从认知结构、过程和功能三个维度对“生态系统能量流动的过程”进行系统教学研究，并据此设计与实施教学，使得学习起点设置、内容及活动序列与认知过程更加合理，知识的认知价值得以运用与体现，教学时空得到优化配置。

能量流动；认知结构；认知过程；认知功能；教学研究

“生态系统能量流动的过程”是人教版普通高中课程标准实验教材（教科书）高中生物必修3第5章第2节“生态系统的能量流动”中的一个知识点。多数教师在教学中存在着学习起点设置与认知过程不合理、没有利用已有知识的认识价值、没有体现这一知识的认识价值等教学问题。我们基于认知原理对“生态系统能量流动的过程”这一知识点进行系统教学研究，并形成解决这些教学问题的方案范例。

一、基于认知原理的教学分析

认知有广义与狭义之分，广义的认知与认识是同一概念，是人脑反映客观事物的特性与联系，揭露事物对人的意义与作用的心理活动［1］，本文中不刻意区别认识与认知两个术语的使用。现代认知心理学认为，认知作为复杂心理系统中的子系统，具有结构、过程和功能三个维度［2］，下面将从认知结构、过程和功能三个维度对“生态系统能量流动的过程”进行教学分析。

1.认知结构维度的教学分析

认知结构维度主要有两个教学问题：一是学生的已有相关知识经验作为认知结构变量的可利用性、分辨性与稳固性如何；二是关于一个生命系统的能量输入、传递、转化、输出知识，学生是否已有认知以及认知水平如何。

围绕认知结构维度的主要教学问题作出系统分析如下：教材中的生态系统的结构模型与能量流动模型（示意图）内在一致，是能量流动过程认知的重要认知结构变量；对“营养级”概念，学生尚处于食物链水平的认识与理解，而不是本知识点需要的食物网或生态系统层次的认识与理解；对“同化”的概念，学生认识尚不清晰，学生已知“不同形式的能量之间可以通过物理效应或化学反应而相互转化”，在细胞、个体水平上建立了“有机物储存化学能，能量传递与转化通过物质传递与转化而实现”的观念，这是学生认识与理解生态系统层次的能量流动过程的基础。

根据上述分析，我们提出了认知结构维度的教学设计要点：（1）课前布置学生复习生态系统结构模型，以提高其稳固性及可利用性。（2）利用认知结构变量来设计认知发展点，引导学生将细胞、个体水平的能量观念置于生态系统水平上，依据生态系统的结构模型来尝试概括生态系统的能量流动的大致过程。（3）在能量流动的大致过程的概括过程中提升学生对“营养级”概念的认识水平，并在第二营养级的能量流动过程分析中先让学生对“同化”概念建立清晰的认识与理解。

2.认知过程维度的教学分析

认知过程维度主要有三个教学问题：一是学生现有认知阶段（从现象到本质、从感性到理性、从具体到抽象等）及状态如何；二是在认知过程处理上，学生更好的认知建构方式是什么，需要怎样的认知建构情境；三是什么样的活动及序列安排是必要且合理的，什么样的具体行为组织方式会更有利于促进学生认识与理解。

围绕认知过程维度的主要教学问题作出系统分析如下：学生已具备“细胞生命系统只有不断输入能量，才能维持生命活动的有序性”和“太阳能是所有生命系统能量的最终源头”的理性认识，但这种认识是建立在具体的细胞与个体水平上的，在本节学习中需要明确定位在抽象的生态系统层次水平。从生态系统层次分析能量流动是把每个物种都归属于一个特定的营养级（依据物种的主要食性），分析每个营养级的能量输入和输出，这就必需对“营养级”概念有食物网或生态系统层次水平的认识与理解。由于上一节“生态系统的结构”的教材文本是以食物链来说明营养级的，教师通常将营养级处理成食物链水平的认识与理解，本知识点教学中应适机适时提升学生对营养级的认识与理解水平。“同化”概念也有具体的生物个体及抽象的种群与营养级（生态系统层次）水平的认识，教学中辅以真实情境并作出适时且合理的转换是必要的。教材呈现顺序及形式是：生产者（文本）→第二营养级（示意图）→生态系统（示意图）。根据前面认知结构分析确定的认知结构变量及认知发展点，学习内容呈现顺序需要调整。学生已逐步建立了能量、能量传递、能量形式转化、能量守恒等一些感性认识，可以很好地回答教材第94页的“问题探讨”栏目的问题。

根据上述分析，我们提出了认知过程维度的教学设计要点：（1）整体及具体教学内容呈现遵循从已知到未知的认识思路。（2）为学生的认知发展提供足够的现象或体验，必要时以具体替代抽象，搭建必要的支架，以帮助学生认识与理解。将生产者分析内容的教材文本以示意图来呈现，在进行第二营养级分析时，要适时进行具体与抽象的转换。（3）设计必要且合理的认知序列，合理的内容呈现序列是先分析能量流动的大致过程，再分析第一营养级（生产者）、第二营养级的能量流动。（4）在呈现教材第94页图5-7（生态系统能量流动过程示意图）后，在图示中补充加标“营养级”，以帮助学生获得“生态系统层次能量流动过程”分析中生态系统层次的“营养级”概念的稳定认知，也使其后分析第一、二营养级更加顺利合理。（5）根据学生能力水平，在学生分析表达后，教师进行点拨，之后学生再进行复述，以提升能量流动过程分析表达的逻辑与精炼水平。（6）放手让学生回答教材第94页的“思考与讨论”栏目的问题。

3.认知功能维度的教学分析

认知功能维度主要有两个教学问题：一是学生已有知识经验对当前内容学习的认知发展价值是什么，在学习中如何运用。二是当前学习内容对后续学习的其它认知对象的认知发展价值是什么，在学习中如何体现。

围绕认知功能维度的主要教学问题作出系统分析如下：教材中的生态系统的结构模型与能量流动模型（示意图）内在一致，如果从已知的结构模型来认识未知的能量流动过程，将有利于学生在生态系统这一生命系统层次上认识与理解结构与功能相适应的生物学观点。生态系统的能量流动过程示意图对具体分析生产者与第二营养级能量流动的学习而言，具有先行组织者的认知价值。生态系统的能量流动过程是能量流动特点学习的认知基础，对过程的认识与理解水平将影响能量流动特点的学习，可以利用生态系统能量流动示意图作为能量流动特点学习的认知发展点。教材第94页“问题探讨”栏目的问题，有助于扩展与深化学生对能量这一重要科学概念的认识与理解。

根据上述分析，我们提出了认知功能维度的教学设计要点：（1）将结构模型作为能量流动过程分析的认知发展点。（2）先分析能量流动的大致过程，再分析流经具体营养级的过程。（3）生产者能量流动过程以示意图形式呈现，将“未固定”“未利用”术语在这里先行学习，在教材第94页图5-7中补充标注营养级，使过程学习对特点学习的认知价值得到更好体现，也使接下来的能量流动特点内容的学习更聚集于数据计算与分析的学习任务。（4）“问题探讨”栏目需要留置时间、空间给学生，让学生能够放飞思维，教师应适机点拨，帮助学生建立自然科学整体水平的能量观念。

二、课堂教学设计与实施案例

学生的每一次认识都只能在先前形成的认知结构、思维框架和认识模式的基础上进行，并在新的教学环境条件下不断地突破原有的认知结构、思维框架和认识模式，形成新的更有序的认识结构［3］。根据认知结构、过程与功能三个维度的教学设计要点，在对相关的认知结构、思维框架和认识模式进行教学逻辑整合后，我们理清了从已知到未知、从具体到抽象的基本教学思路，并设计与实施了教学。

“生态系统能量流动的过程”的学习可以由三个具体学习任务来落实，学生学习与教师助学活动设计如下。

学习任务1：分析并概括生态系统能量流动的过程。学生的具体学习活动及序列为：（1）预习：画生态系统结构模型。（2）课堂展评：展示预习案中学生作品。（3）根据生态系统结构模型（教材图5-3），分析生态系统能量流动的大致过程，并尝试着表述。（4）根据教材第94页图5-7（能量流动过程示意图）修正所表述的能量流动的大致过程，并再次尝试表述。教师的助学活动及序列为：（1）以教师为主，对照教材图5-3生态系统结构模型，对学生的习作做点评。（2）根据学生表现，适机给予提示（太阳能输入切入，太阳能如何传递、发生怎样转化、散失等）。（3）在呈现的能量流动过程的示意图中补加营养级。教师引导学生修正表述的问题，在学生再次尝试表述时要关注表述的逻辑与精炼水平。

学习任务2：分析能量经第一营养级（生产者）的流动过程。学生的具体学习活动及序列为：（1）从能量流动过程示意图进入到具体营养级分析。（2）阅读教材能量流动的“分析思路”栏目，明确分析基本思路。（3）尝试分析，回应教师的补充讲解。教师助学活动及序列为：（1）以能量流动过程示意图为先行组织者，切入到具体营养级分析，先进行第一营养级（生产者）分析。（2）简要说明分析思路方法、生态系统能量分析是将营养级作为一个整体进行分析。（3）将教材文本内容以示意图形式呈现，以草和兔子为例，分析能量流动的过程，并说明“未固定”“未利用”的能量。

学习任务3：分析能量经第二营养级的流动过程。学生的具体学习活动为：（1）回应教师的分析讲解。（2）尝试用关系图的形式表示能量流动过程。教师助学活动为：讲解能量流经第二营养级的过程，并说明摄入量、同化量以及粪便量的关系，说明未利用能量，同时标示在教材图5-6（通过PPT呈现）中。讲解过程中，适时进行个体（兔子）、种群（草食动物）、第二营养级的从具体到抽象水平的转换。

以上三个具体学习任务完成后，教师应对“生态系统能量流动的过程”这一知识点学习进行小结。教师在呈现的图5-7（生态系统能量流动示意图，并已补标营养级）上，标示“未固定”“未利用”，学生则参照图5-7表述能量流动的过程，在学生表述过程中，教师要倾听，及时反馈，并给予语言组织与逻辑表达的引导与点拨。

这一教学设计，以促进学生认知发展为教学追求，依据认知原理安排与呈现教学内容，教学中的每个新知识的学习起点都是建立在已有知识经验基础之上，即便是新学习的知识也成为下一个新知识学习的起点或认知发展点，发挥了其对下一个知识学习的认知价值。教材内容呈现顺序的调整可以充分体现上节的生态系统结构模型的认知价值，概括的示意图是第一、第二营养级分析的先行组织者，第一营养级分析为第二营养级分析提供了认知模式及思维框架，再次的能量流动过程的概括则在关注表达逻辑与精炼水平的同时，也成为下一个知识点“生态系统能量流动的特点”学习的认知起点。

在能量流动过程示意图中补充加标营养级，将营养级作为一个整体进行分析，对营养级的认识与理解已超越了食物链水平。在能量流动过程分析同时明确“未固定”“未利用”的含义，使接下来的“生态系统能量流动的特点”的学习任务能更聚焦于数据整理与分析，也使“生态系统能量流动的过程”这一知识点的认知价值能更好体现与发挥。

课堂教学表明，学习起点设置与认知过程更合理，知识的认知价值得以运用与体现，教学任务及活动序列组合更有利于学生的认知建构与发展，教学时空得到了优化配置。课堂教学也因认知逻辑流畅、转换衔接自然、结构层次分明而如行云流水般一气呵成，使本文初始提到的教学问题得到很好解决。

［1］朱智贤.心理学大辞典［M］.北京：北京师范大学出版社，1959：536.

［2］邢强.认知发展研究的新趋势与贡献［J］.湖南师范大学：教育科学学报，2003（1）：73-75.

［3］李松林.论学生认识发展的活动机制［J］.教育学报，2008（5）：53-57.

［责任编辑：知然］

On Teaching of“The Process of Energy Flow in Ecosystem”

MU Xiao-ru1，YANG Dong-hui2
（Center of Senior High School Teacher Education，Dalian Education University，Dalian，116021，China；2.Dalian No.2 Mid dle School，Dalian，116013，China）

From the points of recognition structure，procedure and function，the article studies the teaching of“The Process of Energy Flow in Ecosystem”.If teachers design and implement teaching in the light of the study，they will make beginning points，contents，activity sequence，and recognition procedure more reasonable；recognition value of knowledge can be applied and embodied，and the allocation of teaching time and space can be optimized.

energy flow；recognition structure；recognition procedure；recognition function；teaching study

G633.91

A

1008-388X（2016）02-0047-03

2016-03-22

慕晓茹（1963-），女，陕西吴堡人，教授。