基于APOS理論的生物學概念教學

付桂玲

摘要 基于建構主義理論-APOS理論，以“生態(tài)位”的概念進行案例教學，讓學生通過“活動-過程-對象-圖式”4個階段主動探索分析學校附近池塘中幾種養(yǎng)殖魚類和家鄉(xiāng)黃河口濕地生態(tài)系統(tǒng)常見濕地植物的生態(tài)位，提升學生科學思維，歸納生態(tài)位概念，最終將事實性知識過渡形成為概念性知識。

關鍵詞 APOS理論 概念教學 生態(tài)位

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

文件編號：1003-7586（2020）08-0005-03

美國的教育學家杜賓斯基提出的APOS理論是一種以建構主義為基礎的學習理論，主要應用在數(shù)學學習領域。該理論應用在高中生物教學方面甚少，筆者在該理論的指導下，讓學生通過“活動（action）-過程（process）-對象（object）-圖式（scheme）”4個階段（APOS）自主構建知識。這樣的學習方式解決了學生淺層理解概念、“非此即彼”孤立視角看問題的情況，促進了學生對生物學概念整體性、系統(tǒng)性地深度學習和理解?！吧鷳B(tài)位”作為生態(tài)學研究中的經(jīng)典概念，在群落結構、物種多樣性及種間關系等角度的研究中被廣泛使用。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）的大概念2中次位概念中的第六個“2.1.6分析不同群落中的生物具有與該群落環(huán)境相適應的形態(tài)結構、生理特性和分布特點”，就是把生態(tài)位的相關內容引入了高中生物學課程。在《課程標準》的教學提示中也提出“嘗試分析當?shù)刈匀蝗郝渲心成锏纳鷳B(tài)位”的活動建議。下面基于APOS理論嘗試對“生態(tài)位”這個概念設計教學。

1活動階段

活動階段是指通過某些外部刺激幫助學生建立現(xiàn)實背景和抽象的概念間的關系。在教學過程中，教師設計一系列活動或實際操作對學生進行刺激。這里的刺激不僅僅是實驗操作、動手等，還可以是問題情境下借助科學思維完成的猜想和回顧分析。

教師呈現(xiàn)學校附近養(yǎng)魚池塘的情景照片和生物興趣小組捕撈魚類的照片，引發(fā)學生的好奇。接著，生物興趣小組把池中捕獲的草魚、鰱魚、鯉魚、鳙魚和青魚的水層進行介紹，其他同學討論出現(xiàn)這樣分層現(xiàn)象的原因。

教師提供資料：池塘養(yǎng)殖魚類鰱魚主要濾食水體中的浮游植物，鳙魚主要濾食浮游動物;草魚和團頭魴的天然餌料是各類水草，這些魚的魚糞又培植了浮游生物，對鰱魚、鳙魚的食物供應是有利的;而鯉魚、鯽魚和青魚屬以水生昆蟲、底棲生物和螺類等為其天然餌料。

學生根據(jù)資料，繪制水層、食物種類與魚類的分布關系圖（圖1）。

教師提出探究問題：海水養(yǎng)殖中，養(yǎng)殖的貝類、文蛤、花蛤、青蛤等營淺埋式生活，所利用的空間僅僅是泥下部分，而主要的水體部分都處在“浪費”狀態(tài)。很多老塘中非人工養(yǎng)殖魚類或者毫無價值的雜魚（如鲹子魚）多如牛毛，嚴重耗料、耗氧并占用水體空間，給養(yǎng)魚增效帶來極大的阻礙。蝦池的蝦在生長過程中會產生大量的排泄物，加之在生產過程中的殘餌，沉入池底后，會產生富營養(yǎng)面（層），也稱“淤泥”，淤泥變黑引起池塘底質敗壞，最后導致養(yǎng)殖的蝦大面積缺氧或發(fā)病。如何解決這些問題？

學生分組展示方案，小組反復討論，互評方案的可行性及科學性。

學生方案1：如果在貝類的養(yǎng)殖池中放養(yǎng)些魚和蝦，它們生活在水體部分。這樣就可以合理實現(xiàn)水層空間的利用了，并不破壞原來的環(huán)境，種群的密度也不會受到影響。

學生方案2：可以增加非人工養(yǎng)殖魚類的天敵，可以增加肉食性魚類以減少這些“雜魚”，促進養(yǎng)殖魚類的生存。

學生方案3：在蝦池中加入一些具有清潔作用的分解淤泥的水生生物，如鯉魚、鯽魚或者貝類。

教師引導學生分析身邊的實際案例，使學生在實踐中初步感知生態(tài)位的概念。

2過程階段

APOS理論的第二個階段是過程階段，是對第一個階段“活動”階段一次一次的心理操作與分析，在心理操作反復進行中不斷的熟悉，直到形成一種類似計算機程序的模式，不斷內化、壓縮和提煉，逐漸抽象出概念的本質特征。

教師指出學生的方案中就體現(xiàn)了“生態(tài)位”，并讓學生歸納“生態(tài)位”的概念。

學生分析1：一個物種的食物種類和食物分布。

學生分析2：一個種群在群落中的空間位置，如魚類處于不同水層。

學生分析3：生態(tài)系統(tǒng)中多個物種的關系，如共生、捕食或者競爭就是生態(tài)位。

教師對學生的分析給予評價，總結生態(tài)位的概念：生態(tài)位是指一個種群在生態(tài)系統(tǒng)中，在時間空間上所占據(jù)的位置及其與相關種群之間的功能關系與作用。一個種群的生態(tài)位是按其食物和生境來確定的。

教師出示大草履蟲單獨培養(yǎng)下的增長曲線和雙小核草履蟲共存下的增長曲線，通過對比進一步說明生態(tài)位其實可以指“原始”生態(tài)位，還有現(xiàn)實生態(tài)位。如果沒有競爭者或天敵的狀況下，被利用的整個資源組成被叫做“原始”生態(tài)位。因競爭者種種間關系的存在，一種生物沒有可能利用其全部的原始生態(tài)位，所占據(jù)的只是現(xiàn)實生態(tài)位。

在“過程”這個階段，學生通過歸納總結與表達對易錯點辨析，構建準確的概念，落實概念的生成。

3對象階段

當學生把“過程”階段作為一個整體進行操作和變換的時候，這個過程就成為學生心中的“對象”。學生利用并操控對象進行實際應用，需要的時候可以再現(xiàn)對象所含的方法和步驟。

教師提供資料：我們的家鄉(xiāng)是美麗的黃河三角洲，黃河口生態(tài)旅游區(qū)從2008年就被國家旅游局公布為國家AAAA級旅游景區(qū)。這里有野生動物1524多種，其中包括271種的鳥類，所以素有“鳥的樂園”之稱，有天鵝、丹頂鶴等珍稀的鳥類50多種，還有國內罕見的天然檉柳林、萬畝人工刺槐林和紅地毯翅堿蓬。請嘗試選擇你喜愛的鳥類或者濕地植物進行生態(tài)位調查分析，設計實施流程（表1）。

教師進一步設置問題：雖然我們的黃河口濕地已經(jīng)在2018年被國家旅游局公布為國家AAAA級旅游景區(qū)。但是還是處于弱勢旅游地帶，每年的旅游觀光游客主要是本地或附近的人員。針對這種情況，你能提出什么合理的建議嗎？

學生分析，提出了引入更多更具有觀賞價值的物種（植物、動物等）的建議。學生的回答引出了“物種入侵”的問題。通過小組討論分析及教師點撥，說明“引種”不能隨意，避免對當?shù)匚锓N影響，打破生態(tài)平衡，應遵循引種流程（圖2）。

教師利用上述調查分析和問題探討，再次強調“生態(tài)位”的概念要點：每個物種在群落中有不同的地位和角色，也就是生物占有各自的空間，在群落中具有各自的營養(yǎng)位置及功能，以及在溫度、濕度、水分和土壤等環(huán)境變化梯度中所居的地位。

4圖式階段

對于活動、過程及對象三個階段及相關的原有孤立分散的分析進行整合分析，就會形成一個綜合的新的圖式結構，用于解決真實情景涉及該概念的某些問題。學生于進行梳理總結歸納，構建出分析生態(tài)位的圖解（圖3）和生態(tài)位知識的思維導圖（圖4）。

教師進一步提出：該如何把我們的家鄉(xiāng)黃河三角洲濕地發(fā)展得更好呢？這個實際問題的提出鍛煉學生的思辨能力，幫助學生達成社會責任和生命觀念，樹立正確的價值觀。同時，在新情景下測試學生解決問題的綜合處理能力，促進“圖式”發(fā)揮作用。