運用5E教學(xué)模式發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計

黎興 黃佑美 王英強 王瑞珍

摘要利用5E教學(xué)模式對高中生物學(xué)《選擇性必修2·生物與環(huán)境》第一章第三節(jié)“影響種群數(shù)量變化的因素”進行教學(xué)設(shè)計，通過引入、探究、解釋、精致和評價環(huán)節(jié)著重培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)核心素養(yǎng) 5E 教學(xué)模式 種群數(shù)量

中圖分類號 G633.91

文獻標(biāo)志碼 B

5E教學(xué)模式是由美國生物學(xué)課程研究所基于建構(gòu)主義理論設(shè)計的有效課堂教學(xué)模式，包括引入（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、精致（elaboration）和評價（evaluation）5個環(huán)節(jié)。教師可利用角色扮演等活動，引導(dǎo)學(xué)生融入情境，開展關(guān)鍵的探究活動，從而促進學(xué)生主動構(gòu)建概念、發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，解決真實情境中的問題，培養(yǎng)關(guān)鍵能力。

1教材分析與設(shè)計思路

“影響種群數(shù)量變化的因素”這一節(jié)內(nèi)容隸屬于人教版高中生物學(xué)《選擇性必修2·生物與環(huán)境》第一章第三節(jié)的內(nèi)容，是“種群及其動態(tài)”一章的最后一節(jié)內(nèi)容，既是對前面知識的完善與深化，也是從“種群”到“群落”相關(guān)內(nèi)容的過渡?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）中的內(nèi)容要求是嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量變動、舉例說明陽光、溫度和水等非生物因素以及不同物種之間的相互作用都會影響生物的種群特征變化?！缎抡n標(biāo)》中的學(xué)業(yè)要求為：運用數(shù)學(xué)模型表征種群數(shù)量變化的規(guī)律，分析和解釋影響這一變化規(guī)律的因素，并應(yīng)用于相關(guān)實踐活動中;從生態(tài)系統(tǒng)具備有限自我調(diào)節(jié)能力的視角，預(yù)測和論證某一因素對生態(tài)系統(tǒng)的干擾可能引發(fā)的多種潛在變化。與舊教材相比，本節(jié)內(nèi)容為新增部分，凸顯了各種因素影響種群特征的重要性，促進學(xué)生關(guān)注種群研究的應(yīng)用。

本設(shè)計采用5E教學(xué)模式，以我國珍稀動物藏羚羊的瀕?，F(xiàn)狀為情境載體貫穿課堂始終，探究影響藏羚羊種群數(shù)量變化的可能因素并進行分類、歸納與總結(jié)，要求學(xué)生在活動中嘗試構(gòu)建種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型，聯(lián)系恐龍滅亡現(xiàn)象。進一步解釋種群數(shù)量變化的內(nèi)涵，以期培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究、數(shù)學(xué)建模能力與保護珍稀物種的社會責(zé)任，并促進學(xué)生形成自然狀態(tài)下種群數(shù)量動態(tài)平衡，以及生物與環(huán)境相互依賴和影響種群數(shù)量變化的穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念。

2教學(xué)目標(biāo)

1闡述影響種群數(shù)量變化的因素，能用穩(wěn)態(tài)與平

衡觀認識藏羚羊種群數(shù)量變化的規(guī)律，并形成生物與環(huán)境相互依賴和影響的生命觀念。

2運用捕食者和被捕食者的循環(huán)因果規(guī)律，演繹推理并預(yù)測種群數(shù)量變化趨勢，能夠選擇數(shù)學(xué)模型、圖示等表達并批判性思考種群數(shù)量變化受非生物和生物因素綜合影響的實際情況。

3通過擲骰子游戲建立數(shù)學(xué)模型，從而探究藏羚羊種群數(shù)量變化，培養(yǎng)合作與交流、解決問題的能力。

4認同種群研究的重要社會意義;養(yǎng)成保護野生

動物、生物棲息地及合理利用生物資源的意識。

3教學(xué)重難點教學(xué)重點：掌握并判斷影響種群數(shù)量變化的非生

物因素和生物因素。教學(xué)難點：分析非生物因素與生物因素對種群數(shù)量變化的綜合性影響;分析非生物因素與生物因素對

種群數(shù)量變化的循環(huán)因果關(guān)系。

4教學(xué)過程

課前，學(xué)生組建合作學(xué)習(xí)小組;教師發(fā)放學(xué)習(xí)單。

4.1引入

教師展示藏羚羊的圖片，播放配樂詩《最后一只藏羚羊》，提供有關(guān)藏羚羊在氣候變化、保護區(qū)建立以及科考發(fā)現(xiàn)的種群數(shù)量情況的資料，引導(dǎo)學(xué)生分析不同時期和不同影響因素下藏羚羊的生活習(xí)性、生存環(huán)境和種群數(shù)量變化，促進學(xué)生總結(jié)、歸納出生物因素與非生物因素的概念，并對資料中所示影響因素進行分類（表1）。

設(shè)計意圖：教師展示不同時期與不同因素影響下藏羚羊的種群數(shù)量變化，強調(diào)環(huán)境因素（包括人類活動）對生物種類數(shù)量變化和生存的重大影響，使學(xué)生初步感知種群水平的穩(wěn)態(tài)平衡觀，并培養(yǎng)學(xué)生珍惜與保護野生動物的社會責(zé)任，亦為后面探究活動做鋪墊。

4.2探究教師進一步創(chuàng)設(shè)情境：假設(shè)你們是效力野生動物

保護部門的動物學(xué)家，請根據(jù)上述影響種群數(shù)量變化的因素，對環(huán)境的改變對種群數(shù)量的影響（該活動改編自劉恩山等譯著中）開展模擬探究活動并討論。模擬活動：（1）每組學(xué)生的起始種群數(shù)量為200只，擲兩枚骰子。注意，投擲前種群的規(guī)?？赡軙绊懯录慕Y(jié)果。（2）學(xué)生三人一組，兩人各丟一個骰子，至少投擲20輪骰子（除非種群滅絕），然后一人記錄每一輪游戲中擲出的點數(shù)以及種群規(guī)模的變化（表2）。（3）繪制隨著時間種群數(shù)量變化的圖表以及只有非生物因素或生物因素的影響下種群數(shù)量變化趨勢圖。（4）統(tǒng)計每個點數(shù)發(fā)生的總次數(shù)。

在學(xué)生小組完成活動后，教師提出一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：

1根據(jù)繪制的圖表，非生物和生物因素影響綜合作用下該種群增長呈現(xiàn)怎樣的趨勢？單因素和雙因素下的種群數(shù)量變化趨勢說明了什么？

2哪一組因素（生物或非生物）對種群的數(shù)量影響最大？為什么？

3哪個限制因素對種群數(shù)量影響最大？請證明你的觀點。

4人、針茅草與該種群之間屬于什么關(guān)系？是否還存在其他因素會限制該種群數(shù)量的增長？

設(shè)計意圖：教師利用問題鏈，給學(xué)生搭建腳手架，引導(dǎo)學(xué)生分類并歸納影響種群數(shù)量的非生物因素（光照、溫度、水等）與生物因素（捕食、競爭、寄生和人類活動等）以及在不同影響因素作用下種群數(shù)量變化。學(xué)生分析、得出影響種群數(shù)量平衡的因素，進一步形成種群水平的平衡觀。教師引導(dǎo)學(xué)生開展探究活動，使學(xué)生嘗試模擬在這些情境下探究種群的數(shù)量變化，并繪制種群數(shù)量變化曲線，培養(yǎng)學(xué)生探究問題、數(shù)學(xué)建模與解決問題、合作與交流的能力，使學(xué)生最終意識到種群數(shù)量的動態(tài)平衡都是非生物因素和生物因素調(diào)節(jié)的結(jié)果，形成生物與環(huán)境相互依賴和影響的生命觀念。

4.3解釋

各小組匯報結(jié)果并探討各種情況中種群數(shù)量變化，教師展示各小組繪制的圖表，說明食物和天敵等生物因素對種群數(shù)量的作用強度與該種群的密度是相關(guān)的。非生物因素和生物因素對種群數(shù)量的變化往往是綜合性的。當(dāng)不良因素反復(fù)出現(xiàn)時，種群面臨消亡趨勢。并補充介紹恐龍滅絕假說的案例加以佐證;當(dāng)促進種群數(shù)量增長因素頻繁出現(xiàn)時，有助于種群在一定時間內(nèi)增長;當(dāng)消極和積極的因素出現(xiàn)的次數(shù)相差不大時，種群數(shù)量變化維持在一定水平波動。

設(shè)計意圖：學(xué)生利用骰子不同點數(shù)的出現(xiàn)頻率探究各種因素對藏羚羊種群數(shù)量變化的影響，嘗試分析與解釋種群數(shù)量變化的原因，總結(jié)種群數(shù)量變化時需綜合考慮各方面因素對種群數(shù)量特征（出生率、死亡率、遷入率、遷出率、年齡結(jié)構(gòu)和性別比例）的影響。教師強調(diào)偷盜偷獵行為對種群數(shù)量帶來的毀滅性打擊，進一步增強學(xué)生保護野生動物的社會責(zé)任感，與課前導(dǎo)入相呼應(yīng)。

4.4精致

教師進一步提問：本活動是否可以準(zhǔn)確模擬自然界種群規(guī)模實際的增加或減少？并引導(dǎo)學(xué)生批判性思考：1針茅草是該種群美味的食物來源，人為大量種植針茅草后，該種群數(shù)量在短時間與長時間內(nèi)如何變化？2人為大量捕殺該種群的天敵，對其種群數(shù)量變化產(chǎn)生怎樣的影響？比較針茅草、狼與該種群在短時間和長時間的種群數(shù)量變化。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析該種群與針茅草之間的數(shù)量變化的相關(guān)性（圖1）。學(xué)生討論后，得出捕食者與被捕食者之間的影響存在循環(huán)因果的結(jié)論。

設(shè)計意圖：骰子活動是各種因素在短時間內(nèi)對種群數(shù)量變化的影響。實際上，種群數(shù)量存在循環(huán)因果關(guān)系。教師引導(dǎo)學(xué)生比較人類活動對種群數(shù)量變化、生存環(huán)境的短期和長期產(chǎn)生的影響，利用圖表反映實際的情況，從演繹推理到事實驗證，從理想結(jié)果到現(xiàn)實情況，在突破難點的同時，發(fā)展學(xué)生的歸納與演繹、批判性思維等科學(xué)思維，使學(xué)生理解整個生態(tài)系統(tǒng)水平的平衡通過多個種群數(shù)量的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

4.5評價

教師播放經(jīng)過嚴格放牧、恢復(fù)草場、嚴禁濫捕偷獵等措施后，藏羚羊種群數(shù)量增長逐年上升的相關(guān)視頻和資料：1983年起，國家成立了多個自然保護區(qū)，嚴厲打擊非法捕殺藏羚羊犯罪活動，加強法制宣傳和執(zhí)法力度，使西藏境內(nèi)藏羚羊種群數(shù)量從1999年的7萬只增加至2021年近30萬只。并引導(dǎo)學(xué)生回顧影響種群數(shù)量變化的因素，激發(fā)學(xué)生思考有利于種群數(shù)量維持穩(wěn)定增長的建議與措施：作為一名青年學(xué)生，在保護野生動物的工作方面，你能給予哪些建議與努力？

設(shè)計意圖：教師在課堂結(jié)尾時，繼續(xù)利用藏羚羊這個具體的案例，做到首尾呼應(yīng)，并使學(xué)生模擬、探究在環(huán)境因素下種群數(shù)量變化的情況，使學(xué)生深入思考人類與動物之間的聯(lián)系，從而滲透瀕危動物的保護教育，增強學(xué)生的社會責(zé)任感，激發(fā)其對生態(tài)學(xué)家、植保員等相關(guān)職業(yè)的憧憬與向往。

5結(jié)語

本教學(xué)設(shè)計中5E教學(xué)模式的各個環(huán)節(jié)與生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)存在對應(yīng)關(guān)系。引入環(huán)節(jié)對于培養(yǎng)本課時學(xué)生應(yīng)具備的生命觀念至關(guān)重要;探究環(huán)節(jié)能夠?qū)⒎€(wěn)態(tài)平衡以及生物與環(huán)境相互依賴和影響的生命觀念具象化為可探究的模擬實驗活動，進而有力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力;解釋和精致環(huán)節(jié)著重調(diào)動學(xué)生運用歸納和概括、批判性思維、創(chuàng)造性思維等科學(xué)思維解釋生物學(xué)現(xiàn)象。社會責(zé)任核心素養(yǎng)較為隱晦地體現(xiàn)在前四個環(huán)節(jié)，但教師可以通過最后的評價環(huán)節(jié)，盡可能地推動學(xué)生形成珍惜瀕危物種

的社會責(zé)任感。

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