基于5E教学模式的“生态系统的能量流动”教学设计
杨万娟刘晓菊
（1.河北省玉田县第一中学河北唐山064100）
（2.河北省秦皇岛市第一中学河北秦皇岛066006）
5E教学模式是美国生物学课程研究（BSCS）开发出的一种建构主义教学模式。在教学中，5E教学模式可以用来探查学生的前科学概念，培养学生的科学探究能力，以及帮助学生实现概念转变和构建科学概念。5E教学模式具体包括引入（engage）、探究（explore）、解释（explain）、精致（elaborate）和评估（evaluate）5个环节。笔者尝试在“生态系统的能量流动”一节的教学设计中运用5E教学模式，并结合概念模型的构建过程，以期达到更好的教学效果，同时实现核心素养中的科学思维培养，提高学生的科学探究能力和理解能力。
“生态系统的能量流动”是2019年版人教版《选择性必修2·生物与环境》第三章的重点，以前一节“生态系统的结构”为基础，并且与必修1中“光合作用、细胞呼吸”等内容相联系，又为下一节“生态系统的物质循环”做知识上的铺垫。本节内容主要包括“生态系统中能量流动的过程”“生态系统中能量流动的特点”“研究能量流动的意义”。
教材首先概括地指出了生态系统中能量流动的概念，接着以图解和文字结合形式展示了能量流动的过程；通过对赛达伯格湖能量流动的定量分析，得出能量流动的特点是单向流动，逐级递减；最后简要说明研究能量流动的意义是为了提高生态系统能量的利用率，帮助人们合理调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类有益的部分。同时，教师还需要结合必修1中有关新陈代谢的内容，引导学生联系光合作用、细胞呼吸、总光合产量、净产量，并辨析摄入量、同化量的关系，促进学生构建出完整精确的能量流动的科学概念。
学生对能量流动的知识了解较少，特别是能量流动与光合作用、细胞呼吸、同化作用、异化作用等内容相结合，很难辨别清楚。但高二学生已具备思维的逻辑性和系统性，并具有一定的探究、协作、观察和分析能力。
①分析生态系统中核心要素间的相互关系及能量流动的特点和规律，更好地领悟“物质与能量观”。
②基于已有的光合作用和细胞呼吸的知识对生产者能量流动过程进行推理分析，归纳总结、构建模型等，逐步发展科学思维。
③针对能量流动这一科学概念进行阅读文本、图形分析、交流讨论、模型构建，在探究过程中培养综合分析能力和逻辑思维能力，以及乐于并善于团队合作，勇于创新的意识。
④通过学习本节内容，理解生物之间存在着能量的流动，能量流动与农业生产的关系及应用，增强环境保护的意识，并以此关注人类社会面临的三大问题——人口问题、环境问题和资源问题。
教师创设情境，提出问题：如果你落在一个荒岛上，那里除了有能饮用的水以外，几乎没有任何食物。你随身尚存的食物只有一只母鸡、15kg玉米。以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援：①吃鸡，再吃玉米。②先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。
学生的思维非常活跃，积极地发表了各自的看法。大部分学生选择②。教师指出正确答案为①，学生存在疑问，从而唤起学生的求知欲。
教师引导学生围绕学生熟悉的食物链“草→兔→狼”进行探究，并提出问题：一株草的能量来源和去路是什么？学生分析，得出结论：来源是光合作用，去路是细胞呼吸。
教师追问：来源是光合作用有机物总产量中的化学能还是净产量中的化学能？学生分析得出是光合作用有机物总产量中的化学能。教师引导学生得出：光合作用有机物总产量中的化学能减去细胞呼吸分解的有机物中的化学能即得出一株草储存的能量。
教师追问：草这个种群的能量来源和去路是什么？学生分析后，得到图1。
图1植物种群（草）的能量分析示意图
教师追问：兔的能量来源和去路是怎样的？狼的能量来源和去路是怎样的？学生随即分析，认为这两个问题的回答也符合图1。
教师提出问题：二者存在捕食关系，如何将二者能量的来源和去路联系起来？
学生阅读教材94页，讨论分析草和兔二者能量关系图，在小组内讨论画出纸质图并进行展示。教师巡视、观察每个小组讨论、画图的情况，随机挑出2个小组。这两个小组派代表，对照图片讲解能量流动过程。在学生讲解过程中，教师发现学生存在的主要问题。学生暴露问题有：对教材中摄入量、同化量、生长发育繁殖的能量这些词辨别不清。
教师讲解重点概念“同化量”：同化作用是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质或能量储存的过程。同化量是生物同化作用生产的全部有机物或总能量。植物同化量是通过光合作用合成的全部有机物或者说固定的太阳能；动物同化量是摄取食物后，通过消化并吸收到体内（至少进入到内环境中）全部有机物或者说全部能量。学生分析，得出：同化量＝呼吸消耗的能量＋用于生长、发育和繁殖的能量。
教师讲解重点概念“摄入量”：摄入量指动物