基于高階思維能力培養(yǎng)的高中生物課堂學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)方案初探
——以生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)為例

（南京師范大學(xué)附屬中學(xué) 江蘇南京 210003）

知識(shí)時(shí)代對(duì)人才的素質(zhì)要求偏重于九大能力：創(chuàng)新、決策、批判性思維、信息素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、兼容、獲取隱性知識(shí)、自我管理和可持續(xù)發(fā)展能力。這九大能力被稱(chēng)之為高階能力。高階能力是以高階思維為核心，解決劣構(gòu)問(wèn)題或復(fù)雜任務(wù)，具體指問(wèn)題求解、決策制定、批判性思維和創(chuàng)造性思維能力，是綜合運(yùn)用分析性、創(chuàng)造性和實(shí)踐性思維的能力。所謂高階思維是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或較高層次的認(rèn)知能力。例如，其在教學(xué)目標(biāo)分類(lèi)中表現(xiàn)為較高認(rèn)知水平層次的能力，具體表現(xiàn)為分析、綜合、評(píng)價(jià)。促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階能力發(fā)展是面向知識(shí)時(shí)代教學(xué)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐的宗旨，因此，探討促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階思維發(fā)展的教學(xué)問(wèn)題設(shè)計(jì)，是當(dāng)代教學(xué)設(shè)計(jì)研究最為重要的課題之一。生物學(xué)作為一門(mén)基于實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)，在培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力方面可以起到示范性作用。因而，探索高中生物課堂任務(wù)設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力很有必要。

1 比較類(lèi)比，自主構(gòu)建系統(tǒng)概念

教師在課前布置學(xué)習(xí)任務(wù)：你所了解的系統(tǒng)有哪些？請(qǐng)通過(guò)推薦材料和網(wǎng)絡(luò)搜索材料的學(xué)習(xí)，了解系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？課前學(xué)習(xí)任務(wù)使學(xué)生了解到系統(tǒng)有兩大基本特征：有多個(gè)元素組成；元素之間有相互聯(lián)系。教師提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生討論，使學(xué)生深刻理解系統(tǒng)的概念和明確生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能：細(xì)胞是不是一個(gè)系統(tǒng)？神經(jīng)系統(tǒng)是不是系統(tǒng)？生態(tài)系統(tǒng)是不是也符合系統(tǒng)的兩大特征？

這個(gè)設(shè)計(jì)很好地闡釋了概念構(gòu)建在培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力方面的作用，尤其是類(lèi)比和歸納能力。這樣一方面可以讓學(xué)生深刻了解系統(tǒng)的基本特征；另一方面，學(xué)生通過(guò)結(jié)合之前所學(xué)知識(shí)感受到生態(tài)系統(tǒng)這一名詞并不是孤立的，對(duì)更好地體會(huì)知識(shí)之間的聯(lián)系起到了不可估量的作用。學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平在類(lèi)比歸納中得到了提升，提高了思維水平。

2 文史自然，理論與實(shí)踐相結(jié)合

教師引導(dǎo)學(xué)生分析宋代詩(shī)人楊萬(wàn)里的一首“小池”——“泉眼無(wú)聲惜細(xì)流，樹(shù)陰照水愛(ài)晴柔。小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上頭?！边@首小詩(shī)使學(xué)生體會(huì)到楊萬(wàn)里描寫(xiě)的就是一個(gè)池塘生態(tài)系統(tǒng)，既包含了池邊綠樹(shù)和新發(fā)荷葉等生產(chǎn)者、駐足蜻蜓等消費(fèi)者、小池泉水中的分解者，也有明媚陽(yáng)光輕柔微風(fēng)等無(wú)機(jī)環(huán)境。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生討論各成分之間的關(guān)系，學(xué)生不僅能說(shuō)出“小荷、綠樹(shù)光合作用，池水、空氣中微生物分解有機(jī)物，陽(yáng)光、空氣為生物成分提供物質(zhì)和能量”，還能補(bǔ)充詩(shī)中“沒(méi)有的蜻蜓捕食蚊子等昆蟲(chóng)，蚊子等昆蟲(chóng)吸食植物汁液、花蜜”等。

學(xué)習(xí)自然科學(xué)，和文學(xué)并不對(duì)立，相反兩者可以很好地結(jié)合。本課的這項(xiàng)設(shè)計(jì)不僅讓學(xué)生有耳目一新之感，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、理性與感性相結(jié)合，更重要的是讓學(xué)生以此為例，理論聯(lián)系生活實(shí)際，深刻體會(huì)生態(tài)系統(tǒng)的四個(gè)組成成分及其相互關(guān)系。

3 通過(guò)實(shí)例，找出一般規(guī)律原理

教師提供有關(guān)熱帶雨林和苔原的圖片和文字資料，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注苔原生態(tài)系統(tǒng)和熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)的差異，并提出以下問(wèn)題：生活在苔原和熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中的動(dòng)植物種類(lèi)和數(shù)量有何差異？當(dāng)受到外界干擾時(shí)，哪種生態(tài)系統(tǒng)更容易遭到破壞？當(dāng)遭到破壞時(shí)，哪種生態(tài)系統(tǒng)更容易恢復(fù)？學(xué)生一致贊同熱帶雨林的動(dòng)植物種類(lèi)和數(shù)量明顯比苔原多，也基本一致認(rèn)為苔原更容易遭到破壞。教師要求學(xué)生闡述理由。在闡述理由的過(guò)程中，學(xué)生自發(fā)得出一般規(guī)律：生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性程度越高，抵抗力穩(wěn)定性越強(qiáng)，而恢復(fù)力穩(wěn)定性一般就越弱。

這段學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)很好地體現(xiàn)了“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)理念。教師的作用體現(xiàn)在設(shè)計(jì)案例并布置任務(wù)。學(xué)生在完成對(duì)問(wèn)題的思考和討論過(guò)程中自主總結(jié)出一般規(guī)律及原理，這不僅有助于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的理解，也有助于提高分析歸納的高階思維能力。

4 構(gòu)建模型，直觀(guān)體現(xiàn)抽象思維

教師提出問(wèn)題：千萬(wàn)年間地球上的自然生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)常遭受洪澇、火燒、蟲(chóng)害，也遭受人類(lèi)的砍伐與放牧等活動(dòng)的干擾，卻依然維系生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。為什么這些生態(tài)系統(tǒng)在受到干擾后仍能保持相對(duì)穩(wěn)定呢？這是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，教師可以先將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。例如，教師提供生態(tài)系統(tǒng)中旅鼠數(shù)量變化的資料，引導(dǎo)學(xué)生用文字、箭頭構(gòu)建一個(gè)旅鼠和北極狐之間負(fù)反饋調(diào)節(jié)的模型。通過(guò)模型的構(gòu)建（圖1），學(xué)生可以看出生態(tài)系統(tǒng)可以通過(guò)自我調(diào)節(jié)來(lái)維持自身的穩(wěn)態(tài)，而負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制是生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。

當(dāng)然上述模型對(duì)學(xué)生思維的要求比較高，學(xué)生初學(xué)時(shí)可能會(huì)有畏難情緒。此時(shí)，教師可借助系統(tǒng)思考的STELLA軟件，構(gòu)建動(dòng)態(tài)模型（圖2），使學(xué)生直觀(guān)地看出旅鼠和北極狐的動(dòng)態(tài)變化，呈周期性波動(dòng)，并且是捕食者（北極狐）隨著被捕食者（旅鼠）的變化而變化。這一任務(wù)的設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生理解這個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)過(guò)程和提升形象思維轉(zhuǎn)向抽象思維能力大有好處。

5 基于項(xiàng)目，面對(duì)真實(shí)問(wèn)題情景

學(xué)生的學(xué)習(xí)不僅限于課堂教學(xué)活動(dòng)，基于學(xué)校的“系統(tǒng)思考學(xué)習(xí)項(xiàng)目”——“守護(hù)秦淮河”課題，設(shè)計(jì)一系列與課堂學(xué)習(xí)有關(guān)的以學(xué)生為主體的動(dòng)態(tài)教學(xué)活動(dòng)。教師引導(dǎo)學(xué)生利用系統(tǒng)思考分析軟件STELLA，構(gòu)建基于秦淮河治理的動(dòng)態(tài)模型。學(xué)生通過(guò)模型的運(yùn)行，可以看出沒(méi)有人為干擾，系統(tǒng)的各個(gè)組成成分保持穩(wěn)態(tài)；在一定干擾范圍內(nèi)，系統(tǒng)也可以通過(guò)自我調(diào)節(jié)保持相對(duì)穩(wěn)態(tài)；但是在干擾程度超過(guò)河流的自我調(diào)節(jié)能力時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)崩潰（魚(yú)類(lèi)幾乎全部死亡）（圖3）。這種直觀(guān)的沖擊對(duì)學(xué)生培養(yǎng)保護(hù)環(huán)境意識(shí)也有很大的幫助。

此項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)是具體而開(kāi)放的，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生得以面對(duì)真實(shí)的問(wèn)題情境實(shí)現(xiàn)知識(shí)的意義化建構(gòu)，經(jīng)歷更優(yōu)質(zhì)、科學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程，進(jìn)而較大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，促進(jìn)高階思維能力的提升。當(dāng)然，這項(xiàng)任務(wù)也面臨一些困難，就是目前模型的構(gòu)建偏于簡(jiǎn)單，很多因素（比如空間）都被忽略了。另外，模型中的數(shù)據(jù)并不完全真實(shí)，所以只能模擬各組分的變化趨勢(shì)。如果長(zhǎng)期研究，教師可以讓學(xué)生真實(shí)取樣記錄，這樣的結(jié)果會(huì)更加具有說(shuō)服力。

6 表達(dá)觀(guān)點(diǎn)，提升辯證思維能力

通過(guò)本節(jié)課課堂任務(wù)的討論，學(xué)生可以了解種群通過(guò)捕食者與被捕食者之間的相互關(guān)系，也就是通過(guò)系統(tǒng)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)而達(dá)到數(shù)量的相對(duì)穩(wěn)定。

另外，教師可給學(xué)生補(bǔ)充“旅鼠如何調(diào)節(jié)種群數(shù)量”的視頻，視頻中除了介紹旅鼠通過(guò)改變毛色和性情等來(lái)調(diào)節(jié)被捕食量以調(diào)節(jié)種群數(shù)量以外，還介紹了“當(dāng)旅鼠種群數(shù)量增大時(shí)，旅鼠選擇集體跳海自殺”。請(qǐng)對(duì)此談?wù)効捶ǎ檬笳娴臅?huì)自殺嗎？

這項(xiàng)任務(wù)的設(shè)計(jì)，一方面是對(duì)本節(jié)課內(nèi)容的補(bǔ)充，使學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的認(rèn)識(shí)更加全面深刻；另一方面旨在引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，提出自己的觀(guān)點(diǎn)并說(shuō)出論據(jù)，敢于質(zhì)疑，并深入思考、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)靥岢鲋С只蚍磳?duì)依據(jù)，從而培養(yǎng)其質(zhì)疑能力和辯證思維的能力。