“生态系统结构与功能”的概念教学设计_生态系统论文

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      一、设计思想

      本节源自北师大版教材8年级下册，是学生在掌握生态系统组成成分、生态系统概念的基础上，探索生态系统的结构和功能。初二学生对生态系统内的生物间存在“吃与被吃”的关系有粗浅认识，但缺乏必要的化学和物理学知识，抽象思维能力的发展水平不高，对理解生态系统营养结构及物质循环和能量流动有一定难度。

      因此，教学设计始终贯穿“结构与功能相统一”的重要生物学思想，引导学生从整体宏观的角度认识生态系统的结构和功能。通过草原生态系统、海洋生态系统中动物捕食的视频材料，引导学生观察自然界中“弱肉强食”的现象，建立生物之间存在食物关系的观念，进而构建食物链与食物网的概念。然后，教师以学生的已有概念为基础设计问题串，引导学生感知生命现象，推断生命过程，归纳生命规律。

      二、重要概念

      要求学生构建的重要概念是“生态系统中的食物链和食物网”“生产者通过光合作用把太阳能（光能）转化为化学能，然后通过食物链（网）传递给消费者、分解者，在这个过程中进行着物质循环和能量流动”，包括以下次位概念及事实性概念：

      A.不同生物之间因食物关系而形成食物链

      A.1生态系统中，生产者与消费者之间、消费者与消费者之间通过吃与被吃的关系形成食物关系

      A.2在一般情况下，食物链指捕食食物链，如：草→鼠→鹰

      A.3捕食食物链只有生产者和消费者2种成分，起点是生产者，终点为最高级的消费者

      B.一个生态系统中具有许多食物链，它们彼此交错，形成食物网

      C.食物链和食物网是生态系统的结构基础，通过食物链（网），生态系统中进行着物质循环和能量流动

      C.1能量以太阳能的方式进入生态系统，生产者通过光合作用将太阳能转化为化学能，然后通过食物网（链）传递给消费者和分解者

      C.2生态系统中的能量沿着食物链依次流动

      C.3能量沿食物链传递时，每一营养级都要把其中一部分能量用于自身的生命活动，因此，能量在传递过程中逐级递减

      以上概念之间的关系用概念图表示如图1。

      

      三、教学目标

      （1）知识目标：描述生态系统的食物链和食物网；写出生态系统的食物链；概述生态系统能量流动的概念；说明生态系统能量流动的过程和特点。

      （2）能力目标：尝试构建生态系统的结构和功能模型。

      （3）情感态度与价值观目标：认同生态系统的营养结构与功能相统一。

      四、教学重、难点

      （1）教学重点：生态系统的营养结构——食物链与食物网；生态系统的能量流动。

      （2）教学难点：生态系统能量流动过程及特点。

      五、教学过程

      1.感知生物种间关系，构建食物链（网）概念

      （1）观看视频资料，感知种间关系

      教师播放草原生物生活场景：羊和兔吃着青草，老鼠在啃食草根，附着青草上的昆虫，蛇在青草深处爬行，虎视眈眈的狼隐蔽在附近的丛林中，低空中各种鸟飞翔，高空中老鹰翱翔，不时出现动物捕食的场景。

      教师提问：视频中出现的生物，在生态系统中属于哪种成分？学生：草和树属于生产者；各种动物属于消费者。

      教师：视频中哪些生物之间发生了直接联系？这是什么样的关系？学生：草食动物吃草，肉食动物以草食动物为食，说明生物之间有着食物关系。

      （2）分析种间关系，构建食物链和食物网模型

      教师引导性提问：草在这种生物关系中的位置是什么？不同的动物在食物关系中的地位是什么？学生经过思考、讨论后得出：草处于食物关系的最底层，永远被吃；草食动物吃草，被肉食动物所吃；肉食动物吃草食动物，也可能被其他肉食动物所吃，或者永远处于食物关系的最顶端。

      教师：请用连线的方式，表示生态系统中生物之间的食物关系。学生呈现多种方式，例如：草—羊；兔—狼；羊—狼等。

      教师提高要求：用连线表示有直接和间接食物关系的生物。学生：草—羊—狼。教师提问：如果用箭头和文字表示生物之间吃与被吃的关系，如何呈现？学生得出2种方式：表示被吃关系的，草→羊→狼；表示吃的关系，草←羊←狼。

      教师讲解：生态系统中的生产者与消费者之间、消费者与消费者之间通过食物的关系形成链条状联系，称为食物链；食物链中箭头表示食物的传递关系，表示为：草→羊→狼。食物链中每个生物所处的环节称为营养级。那么，视频中的生态系统还有哪些食物链？

      学生：例如草→兔→狼；草→兔→蛇→鹰等。教师引导学生归纳食物链的共性：①一条食物链至少有2个营养级，不同食物链的营养级数量可能不同；②第一营养级一定是生产者（植物），第二营养级是草食动物；肉食动物处于第三营养级及以上的营养级。

      教师提问：在食物关系中，一种生物只被另一种生物捕食吗？一种生物只捕食另一种生物吗？学生举例说明：羊、兔、鼠均吃草；狼可以捕食羊、兔等。教师归纳：这说明生态系统的各条食物链之间可能有交叉，从而形成复杂的网状结构，即食物网。用以下模型表示（图2）。

      

      2.运用已有概念，构建功能模型

      教师讲解：食物链和食物网构成了生态系统的营养结构，成为生物之间食物传递的基础。生物之间通过食物关系形成的食物链、食物网有什么意义？这要思考生物获取食物的意义是什么？学生回答：从食物中获取生命活动需要的营养物质。

      （1）挖掘已有概念内涵，构建物质循环概念

      教师引导学生回忆前概念，思考下列问题：①绿色植物（生产者）在完成光合作用、呼吸作用、吸收作用过程中从外界环境中获取了哪些物质？向外界环境释放了哪些物质？②人和动物（消费者）需要哪些营养成分？这些营养成分的来源是什么？消费者向外界环境排出了什么物质？③微生物（分解者）获取营养的方式及其来源是什么？向外界环境排出了什么物质？

      教师引导学生回忆、分析、讨论得出：生产者直接从无机环境中获取水和无机盐，从空气中获取

经过光合作用合成有机物，还将

和

返回无机环境；消费者从无机环境中获取水和无机盐，从生产者或消费者中获取有机物，将

返回无机环境；分解者从生产者、消费者的遗骸中获得有机物，分解成无机物，提供给生产者。

      教师总结并引导学生构建物质循环的概念：生物从无机环境中获取相关物质，经过新陈代谢形成自身的组成物质；这些物质可以沿着食物链和食物网流动；最终，这些物质经过呼吸作用（主要是分解者）回到无机环境，这就是生态系统的物质循环。

      （2）基于物质循环分析能量流向，构建能量流动模型

      教师提出：在生态系统的物质循环中，伴随着有机物变化的还有能量变化。追踪有机物的来源与流向，就可以寻找到能量在生态系统中的变化规律。

      教师引导：依据生物在生态系统中所属的成分，分析其所需能量的来源与去向，进而归纳生态系统能量流动的过程及特点。

      教师提出要求：首先从绿色植物的光合作用和呼吸作用过程中能量的变化，研究生产者（绿色植物）的能量流动。教师指导学生绘制生产者能量的来源与去路模型（图3）。

      

      教师继续引导学生分析植食性消费者能量的来源与去路。学生通过小组讨论，类比生产者能量流动过程并进行分析：植食性消费者被肉食性消费者捕食，能量流向食物链下一级；植食性消费者进行各项生命活动时，需要用掉一部分能量；其遗体被分解者分解后，能量被释放，这是植食性消费者能量的3条主要去路。

      学生模仿生产者能量来源与去路模型，构建植食性动物的能量来源与去路模型（图4）。

      

      教师提问：肉食性消费者与植食性消费者能量的来源和去向是否相同？学生回答：能量来自前一个营养级，可以是生产者，也可以是消费者；去向相同。

      教师让学生归纳生态系统能量流动的过程，并用模型方式表示。学生总结：①一部分能量用于自身的各项生命活动；②一部分能量通过被捕食流向食物链下一级；③遗体被分解者分解，释放能量。教师指导学生构建生态系统能量流动模型（图5）。

      

      （3）推理能量流动特点，构建能量金字塔

      有学生提出疑问：为什么模型中代表生产者、植食性消费者、肉食性消费者的方框是由大到小的，代表能量流动的箭头是由粗到细的？

      教师引导学生思考：能量流动模型的箭头方向与食物链的箭头方向是否一致？能量流动过程中，生产者、植食性消费者、肉食性消费者与食物链的营养级是否有对应关系？学生给予肯定的回答。

      生态系统的物质循环和能量流动是沿着食物链（网）进行的，食物链的箭头本质上就是表示能量流动的方向。每个营养级的生物获得的全部能量是否都沿着食物链流到下一个营养级？为什么？

      有学生回答：每个营养级的生物只是将获得能量的一部分沿食物链传递到下一个营养级，因为它们自身进行生命活动需要消耗一部分能量。

      许多学生领悟：能量沿着食物链流动将会越来越少。所以，代表能量流动的箭头是由粗到细。教师追问：方框由大到小的含义是什么？学生经过教师指导得出结论：每个营养级的生物所获得的能量也是越来越少，所以能够传递出的能量越来越少。

      同时，有学生提出疑问：生产者和消费者都能将能量传递给分解者，因此，分解者所处的营养级获得的能量应该增多。

      教师反问并引导：生态系统食物链中的生物之间是什么关系？分解者是否属于食物链中营养级的环节？学生讨论：食物链中的生物之间是捕食关系，因此分解者不属于其中的营养级。流向分解者的能量最终将散失。

      教师总结：在生态系统中，能量是沿着食物链单向传递的，并且随着营养级上升，能量逐渐减少（即逐级递减），人们根据这个特点，用能量金字塔表示（如图6）。教师指导学生阅读教材。

      六、教学反思

      1.充分运用已有概念构建抽象概念

      生态系统的营养结构和功能对于初中学生而言，属于较为抽象的概念，学生自主构建概念的难度很大。教师在教学活动中，要引导学生回顾已有的前概念，通过设计问题串等方式，为学生搭建有逻辑层次的概念结构框架，进而把握知识的内在联系，领悟概念的内涵，从而实现概念的构建。

      

      2.合理运用模型构建促进概念形成

      本节课指导学生构建食物链（网）模型和生态系统能量流动模型，就是引导学生从运用形象、发散思维能力出发，从“整体观”的高度认知生态系统的结构和功能，使学生从具体形象思维向抽象逻辑思维发展，最终实现由学生自主构建概念。

      当然，初中学生自主构建抽象程度较高的概念，仍然是初中生物学教学中的难点，还有许多问题需要不断进行探索。

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