創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境開展單元教學(xué)實(shí)踐

龔荔群　黃晶

摘要 “生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定”單元教學(xué)中，以“月宮一號(hào)”為載體創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，指導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)、提出問題，課中建模、討論等方 式解決問題，課后應(yīng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)方案、制作生態(tài)缸，促進(jìn)學(xué)生形成生命觀念，發(fā)展科學(xué)思維，提升科學(xué)探究能力，樹立 社會(huì)責(zé)任，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 習(xí)情境;單元教學(xué);生態(tài)系統(tǒng);概念圖;核心素養(yǎng)

圍繞大概念進(jìn)行單元教學(xué)已成為當(dāng)前學(xué)科教學(xué) 的趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)。隨著“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)” 落實(shí)于課堂教學(xué)，學(xué)界認(rèn)為單元教學(xué)是撬動(dòng)課堂轉(zhuǎn)型 的重要支點(diǎn)。^[1]筆者嘗試以2007年版人教社高中《生 物·必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》（下文簡(jiǎn)稱教科書）第五章“生 態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定”開展單元教學(xué)實(shí)踐與研究。

“月宮一號(hào)”是中國第一個(gè)空間基地生物再生生 命保障系統(tǒng)地基綜合實(shí)驗(yàn)裝置。在“月宮一號(hào)”內(nèi)進(jìn) 行的“月宮365”實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了“人—植物—?jiǎng)游铩⑸?物”生物鏈環(huán)人工閉合生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定循環(huán)運(yùn) 轉(zhuǎn)，其閉合度和生物多樣性皆比世界上同類實(shí)驗(yàn)裝置 更高，同時(shí)有利于該系統(tǒng)內(nèi)人員的身心健康?！霸聦m一 號(hào)”為中國今后深空探測(cè)生命保障提供理論和技術(shù) 支持。

根據(jù)生態(tài)平衡原理，利用生命科學(xué)前沿研究成果 “月宮一號(hào)”創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，貫穿于本單元“生 態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、穩(wěn)定性及其相互關(guān)系”等4個(gè)課 時(shí)的學(xué)習(xí)過程中。本單元教學(xué)的基本流程是：①課前 布置學(xué)生根據(jù)教師提供的“月宮一號(hào)”微課預(yù)習(xí)本單 元內(nèi)容。 ②鼓勵(lì)學(xué)生預(yù)習(xí)后提出個(gè)人感興趣的問題。 ③通過班級(jí)QQ群，師生之間、生生之間交流各自感興 趣與疑惑問題。 ④教師利用“極課”軟件收集并分析 學(xué)生導(dǎo)學(xué)案和生態(tài)系統(tǒng)概念圖的完成情況，并根據(jù)最 近發(fā)展區(qū)教學(xué)原則，制定本單元教學(xué)內(nèi)容。 ⑤主要以 相關(guān)的概念圖、概念模型及數(shù)學(xué)模型等建?；顒?dòng)開展 課堂教學(xué)。 ⑥要求學(xué)生課后修改和完善有關(guān)概念圖、 概念模型，鼓勵(lì)學(xué)生小組合作設(shè)計(jì)并制作生態(tài)缸，嘗 試設(shè)計(jì)定居火星的方案，進(jìn)一步研究課堂教學(xué)中生成 的問題。教師以此激發(fā)學(xué)生的探究欲望，拓寬視野， 形成結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀及穩(wěn)態(tài)與平衡觀， 提高科學(xué)思維能力與科學(xué)探究能力，樹立社會(huì)責(zé)任意 識(shí)與擔(dān)當(dāng)。

一、建構(gòu)概念圖，形成生命觀念 開展聚焦大概念的閱讀、討論及建模等系列學(xué)習(xí) 活動(dòng)，幫助學(xué)生了解“月宮一號(hào)”具體組成成分等事實(shí) 性知識(shí)，建立對(duì)食物鏈、食物網(wǎng)與生態(tài)系統(tǒng)等一系列 次位概念的正確認(rèn)識(shí)，深刻理解“生物群落與非生物 的環(huán)境因素相互作用形成多樣化的生態(tài)系統(tǒng)，完成物 質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞”“生態(tài)系統(tǒng)通過自我調(diào) 節(jié)作用抵御和消除一定限度的外來干擾，保持或恢復(fù) 自身結(jié)構(gòu)和功能的相對(duì)穩(wěn)定”等重要概念，促進(jìn)學(xué)生 初步形成大概念“生態(tài)系統(tǒng)中的各種成分相互影響， 共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞，生 態(tài)系統(tǒng)通過自我調(diào)節(jié)保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)”，認(rèn)同結(jié) 構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀等生命 觀念。

同時(shí)，運(yùn)用希沃授課助手軟件展示、評(píng)價(jià)學(xué)生課 前建構(gòu)的“生態(tài)系統(tǒng)”概念圖。發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生建構(gòu) 的生態(tài)系統(tǒng)概念圖沒有體現(xiàn)概念之間的聯(lián)系，有些學(xué) 生在繪制食物鏈和食物網(wǎng)時(shí)，將作為分解者的微生物 列入其中。因此，課堂教學(xué)時(shí)，以“月宮一號(hào)”為例，指 導(dǎo)學(xué)生分析食物鏈和食物網(wǎng)的組成及其相互關(guān)系，幫 助學(xué)生歸納得出：食物鏈和食物網(wǎng)是由生產(chǎn)者和消費(fèi) 者所組成的，其中生物之間的關(guān)系一般是捕食關(guān)系，

促進(jìn)學(xué)生理解生態(tài)系統(tǒng)的組成成分與營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的關(guān) 系。進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生將能量流動(dòng)模型改建為物質(zhì)循 環(huán)模型和信息傳遞模型，并總結(jié)能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán) 和信息傳遞之間的關(guān)系為：①能量流動(dòng)是沿著食物鏈 和食物網(wǎng)進(jìn)行的;②能量流動(dòng)是動(dòng)力機(jī)制，物質(zhì)循環(huán) 是基本載體，信息傳遞是調(diào)控基礎(chǔ)。若食物鏈發(fā)生改 變，將導(dǎo)致功能的改變; ③生態(tài)系統(tǒng)是在一定的條件 下，通過能量流、物質(zhì)流、信息流等對(duì)組成生態(tài)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而維持整個(gè)生命之網(wǎng)的相對(duì)穩(wěn) 定。^[2]促進(jìn)學(xué)生正確理解生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān) 系、物質(zhì)和能量的關(guān)系，以及“月宮一號(hào)”所遵循的生 態(tài)學(xué)原理，形成結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀以及穩(wěn) 態(tài)與平衡觀。

此外，要求學(xué)生課后補(bǔ)充、修正個(gè)人所建構(gòu)的生 態(tài)系統(tǒng)概念圖，并展示學(xué)生優(yōu)秀作品供相互評(píng)價(jià)與學(xué) 習(xí)（如圖1）。本單元4個(gè)課時(shí)教學(xué)結(jié)束后布置學(xué)生小 組合作設(shè)計(jì)、制作生態(tài)缸，并以此生態(tài)缸為例建構(gòu)生 態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能概念圖。

二、建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，發(fā)展科學(xué)思維

首先，以“月宮一號(hào)”創(chuàng)設(shè)一系列問題情境：①“月 宮一號(hào)”中西紅柿的能量是如何輸入的？②西紅柿所 固定的能量有哪些去向？ ③西紅柿的枝干等會(huì)被人 全部食用嗎？ ④被人食用的部分就是人的同化量嗎？ ⑤人糞便中的能量屬于哪個(gè)營養(yǎng)級(jí)的同化量？指導(dǎo) 學(xué)生歸納能量流動(dòng)的過程是輸入每一營養(yǎng)級(jí)的能量， 一部分在生產(chǎn)者或消費(fèi)者的呼吸作用中以熱能的形 式散失了，一部分被下一營養(yǎng)級(jí)的生物所同化，一部 分以枯枝敗葉、遺體殘骸等形式被分解者分解 ，還有 一部分暫未利用。

接著，提供有關(guān)能量流動(dòng)數(shù)據(jù)，組織學(xué)生小組討 論分析“月宮一號(hào)”生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)過程及數(shù)據(jù)，建 構(gòu)“月宮一號(hào)”生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)數(shù)學(xué)模型（如圖2）。 再結(jié)合賽達(dá)博格湖的能量流動(dòng)圖解，指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)能 量在生態(tài)系統(tǒng)中流動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律是單向流動(dòng)、逐級(jí) 遞減。促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成“有理有據(jù)”闡述個(gè)人觀點(diǎn)的意 識(shí)與習(xí)慣。

進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生討論： ①科學(xué)家為什么要在“月 宮一號(hào)”中養(yǎng)黃粉蟲？ 可不可以養(yǎng)狗？ 為什么？ ② “月宮一號(hào)”這一人工生態(tài)系統(tǒng)與賽達(dá)博格湖自然生 態(tài)系統(tǒng)有哪些不同？能量傳遞效率超過20%是否與 教科書觀點(diǎn)矛盾？為什么？ ③若實(shí)驗(yàn)時(shí)間超過365 天，實(shí)驗(yàn)人員超過4人時(shí)，“月宮一號(hào)”生態(tài)系統(tǒng)是否 還能保持相對(duì)穩(wěn)定？如果不能，應(yīng)該怎么解決？ ④ “月宮一號(hào)”閉合度已達(dá)98%，能否做到100%？激發(fā) 學(xué)生思考與質(zhì)疑，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)分析 問 題、解決問 題，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性 思維。

三、制作概念模型，提升科學(xué)探究能力 指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用教師提供的三種大小不同的白色 卡紙、三種大小不同的紫色、藍(lán)色、紅色箭頭等材料， 小組合作設(shè)計(jì)、制作“月宮一號(hào)”生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)概 念模型。運(yùn)用希沃授課助手實(shí)時(shí)展示學(xué)生建模過程， 并請(qǐng)小組代表進(jìn)行解釋。再以系列問題情境引導(dǎo)學(xué) 生思考能量流動(dòng)的特點(diǎn)。例如，①可以在大張的白色 卡紙上寫“初級(jí)消費(fèi)者”、中等大小的白色卡紙上寫 “生產(chǎn)者”嗎？為什么？ ②每個(gè)箭頭分別代表什么含 義？ ③箭頭的方向能反過來嗎？ ④能量為什么不能 從初級(jí)消費(fèi)者流入生產(chǎn)者？ ⑤能量為什么逐級(jí)遞減？ 引導(dǎo)學(xué)生深刻理解能量流動(dòng)的特點(diǎn)以及能量流動(dòng)與 營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。再進(jìn)一步要求學(xué)生將能量流動(dòng)模 型（如圖3）設(shè)計(jì)改編成以碳循環(huán)為例的物質(zhì)循環(huán)模型 如圖4）與信息傳遞模型（如圖5）。由此，促進(jìn)學(xué)生 深入學(xué)習(xí)，理解物質(zhì)循環(huán)及與能量流動(dòng)之間的關(guān)系。

通過建?；顒?dòng)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作優(yōu)勢(shì)，大 膽地設(shè)計(jì)、制作模型，開展小組間交流及評(píng)價(jià)活動(dòng)，提 升科學(xué)探究能力。

四、激發(fā)愛國情感，樹立社會(huì)責(zé)任 以“月宮一號(hào)”創(chuàng)設(shè)問題情境：你認(rèn)為“月宮一號(hào)” 實(shí)驗(yàn)成功具有什么意義？激發(fā)學(xué)生對(duì)生物技術(shù)以及 生態(tài)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，樹立民族自信心和自豪感，堅(jiān)定 愛國之心和報(bào)國之志;指導(dǎo)學(xué)生圍繞“月宮一號(hào)”廢物 利用展開討論，明確“垃圾分類從我做起，變廢為寶美 化家園”的重要性;指導(dǎo)學(xué)生探討“月宮一號(hào)”的碳循 環(huán)過程，促進(jìn)學(xué)生明確低碳生活的必要性和重要性， 并要求學(xué)生課后開展有關(guān)低碳生活的調(diào)查研究。課 堂上請(qǐng)小組代表運(yùn)用PPT、視頻等形式展示、宣傳研 究成果。推薦學(xué)生使用“個(gè)人排碳量計(jì)算器”，幫助學(xué) 生增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，養(yǎng)成低碳生活的習(xí)慣。鼓勵(lì)學(xué)生在 本單元學(xué)習(xí)結(jié)束后，響應(yīng)“月宮一號(hào)”總設(shè)計(jì)師劉紅教 授的“為人類在月球上建一個(gè)家”的倡議，嘗試設(shè)計(jì) “人類在火星上建一個(gè)家”的方案，讓學(xué)生體驗(yàn)人工創(chuàng) 造生態(tài)系統(tǒng)的艱辛，促進(jìn)學(xué)生珍惜和保護(hù)我們的共同 家園——地球，自覺地與大自然和諧共處。

以“月宮一號(hào)”創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境開展“生態(tài)系統(tǒng)及其 穩(wěn)定”單元教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了三大教學(xué)轉(zhuǎn)變，即從生物學(xué)知 識(shí)的分點(diǎn)教學(xué)走向聚焦大概念的單元教學(xué);摒棄教師 講授、學(xué)生操練為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，走向解決真實(shí) 問題的深度學(xué)習(xí);開展基于學(xué)習(xí)資源、實(shí)時(shí)互動(dòng)的線 上線下混合式學(xué)習(xí)。^[3]這種智慧課堂有助于提高學(xué)生 的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核 心素養(yǎng)。

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（責(zé)任編輯：陳欣）