基于科學(xué)探究的生物多樣性教學(xué)設(shè)計(jì)

曹麗娟 孫子萱

摘要：基于調(diào)查實(shí)驗(yàn)，以真實(shí)的調(diào)查情境為線索，充分關(guān)注學(xué)生已有的經(jīng)歷，以學(xué)生的各種活動為主要形式，以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為重點(diǎn)，建構(gòu)生物多樣性的三個層次。

關(guān)鍵詞：合作學(xué)習(xí)核心素養(yǎng)科學(xué)思維科學(xué)探究社會責(zé)任

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1教材、學(xué)情分析和設(shè)計(jì)思路

“生物多樣性保護(hù)”是生命科學(xué)在21世紀(jì)面臨的五大重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。學(xué)完本主題之后，學(xué)生應(yīng)當(dāng)“樹立起人與自然和諧共處的觀念、形成生態(tài)意識、環(huán)保意識和為踐行綠色低碳生活方式奠定基礎(chǔ)”。本節(jié)“生物多樣性及其價值”是上海科學(xué)技術(shù)出版社出版的《生命科學(xué)》高中第三冊第十章“生物多樣性”第一節(jié)的內(nèi)容，包含生物多樣性的三個層次和價值。“物種多樣性”是生物多樣性三個層次中最直觀的，也是本章唯一一個“B”級要求的知識點(diǎn)，包含一個學(xué)生實(shí)驗(yàn)（植物物種多樣性的調(diào)查）。該實(shí)驗(yàn)是高中生命科學(xué)基礎(chǔ)型課程中唯一的野外調(diào)查實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過調(diào)查研究，學(xué)習(xí)生物多樣性調(diào)查的樣方法及基本技能，加深對物種多樣性的了解，也為之后學(xué)習(xí)生物多樣性的價值奠定基礎(chǔ)。但在實(shí)際教學(xué)中，教師一般是通過模擬實(shí)驗(yàn)的形式來實(shí)現(xiàn)，不利于學(xué)生理解物種多樣性的概念。

學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)知識，在高一又學(xué)習(xí)過遺傳物質(zhì)DNA、可遺傳變異的類型等知識，因此已具備一定的認(rèn)知基礎(chǔ)。此外，高一學(xué)生具有喜歡新鮮事物、喜歡動手、抽象思維己初具發(fā)展等心理特點(diǎn)。

基于上述分析，筆者提前開展調(diào)查實(shí)驗(yàn)，在科學(xué)探究中，提高學(xué)生對生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，同時也有利于學(xué)生從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。教師事先讓學(xué)生提出問題，分組在校園里進(jìn)行植物物種多樣性調(diào)查，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。課后，各小組進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。課堂上，教師密切結(jié)合科學(xué)探究，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建生物多樣性的3個概念。在這三個概念的學(xué)習(xí)時，教師均先聯(lián)系實(shí)驗(yàn)、由學(xué)生自己活動小結(jié)得出，再以實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問題設(shè)計(jì)若干題目，促進(jìn)學(xué)生鞏固難點(diǎn)。學(xué)生代表小結(jié)樣方法的操作過程與要點(diǎn)后，學(xué)生分組討論。最后，教師通過國際視野下校園生物多樣性之我見問題的探討，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，增加社會責(zé)任感。

2教學(xué)目標(biāo)

①使用樣方法，分組進(jìn)行植物物種多樣性調(diào)查，掌握樣方法要領(lǐng)，提升環(huán)保意識和尊重事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

②通過遺傳多樣性幾個案例的比較、樣方法注意點(diǎn)的分析討論、辛普森指數(shù)的計(jì)算討論等活動，理解遺傳多樣性和物種多樣性概念，發(fā)展科學(xué)思維。

③通過國際視野下校園生物多樣性之我見問題的探討，提升社會責(zé)任感，認(rèn)同生命科學(xué)的價值，形成人與自然和諧相處的生命觀念。

3教學(xué)過程

3.1實(shí)驗(yàn)情境導(dǎo)入，引出遺傳多樣性

首先，教師依次呈現(xiàn)調(diào)查中學(xué)生看到的蒲公英葉片的兩種形態(tài)、蔓長春與花葉蔓長春、某調(diào)查地許多植物在一起的照片，設(shè)計(jì)系列問題，引導(dǎo)學(xué)生分析歸納遺傳多樣性的概念。然后，提供兩道簡單的例題，鞏固遺傳多樣性概念：判斷馬和驢性狀差異是否屬于遺傳多樣性;比較兩個種群遺傳多樣性的高低。接著，啟發(fā)學(xué)生回憶引起遺傳物質(zhì)改變的三種類型，歸納遺傳多樣性的實(shí)質(zhì)。隨后，教師利用3個中華絨螯蟹種群的案例，引導(dǎo)學(xué)生分析遺傳多樣性檢測的兩種方法和遺傳多樣性的意義。

設(shè)計(jì)意圖：此處教學(xué)重點(diǎn)落于學(xué)習(xí)遺傳多樣性的概念。教師用上節(jié)課學(xué)生調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的問題，引起學(xué)生的注意，順利進(jìn)入新課的學(xué)習(xí)。學(xué)生前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過基因型、環(huán)境與表現(xiàn)型的關(guān)系，此處分析同一環(huán)境中生物表現(xiàn)型差異的原因，容易得出是由基因、基因型差異所導(dǎo)致。設(shè)計(jì)中，教師提出問題，促進(jìn)學(xué)生思考：將花葉蔓長春與蔓長春作為兩個物種統(tǒng)計(jì)，合理嗎？為什么？這樣的問題有利于發(fā)展學(xué)生的批評性思維。在學(xué)生得出遺傳多樣性概念后，教師出示兩道例題，有助于進(jìn)一步提升學(xué)生的科學(xué)思維?？蛇z傳變異也屬于己學(xué)知識，學(xué)生也容易分析遺傳多樣性的實(shí)質(zhì)。因此，關(guān)于遺傳多樣性的概念和實(shí)質(zhì)，教師只要稍加引導(dǎo)，學(xué)生就可以將新知并入到已有知識結(jié)構(gòu)中。此處，遺傳多樣性的檢測和意義屬于全新的知識，以教師的講授為主。

3.2實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析，理解物種多樣性

首先，學(xué)生代表展示實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果。接著，教師，引導(dǎo)學(xué)生討論總結(jié)樣方法的操作要點(diǎn)：

（1）為什么要隨機(jī)選取樣方？為什么不能只選取一個樣方？

（2）調(diào)查草本植物通常用1m2的樣方，調(diào)查銀杏、香樟等高大的喬木，樣方面積應(yīng)該（填“>”或“<”）

1m²合適。為什么？

（3）如果某植物剛好在邊界上，如何計(jì)數(shù)？

然后，教師提供計(jì)算辛普森指數(shù)的計(jì)算例題，學(xué)生分組計(jì)算、討論、分析并小結(jié)物種多樣性概念：

甲群落中A、B兩個物種的個體數(shù)分別為99和1，乙群落中A、B兩個物種的個體數(shù)均為50，丙群落中A、B、C三個物種的個體數(shù)分別為33、33、34，丁群落中A、B、C三個物種的個體數(shù)分別為2、88、10，則D甲=__;D乙=__;D丙=__;D丁=__。

（1）對四個群落多樣性排序：__。

（2）請據(jù)公式，解釋造成甲和乙、丙和丁群落多樣性差異的主要原因？

（3）乙和丙兩個群落物種分布均勻度非常接近，為什么辛普森指數(shù)差異還這么大？

學(xué)生討論結(jié)束后，在教師的簡單引導(dǎo)下，會自然而然得出物種多樣性的概念。最后，教師講授物種多樣性的意義與測量。

設(shè)計(jì)意圖：這個部分的學(xué)習(xí)重點(diǎn)為物種多樣性的概念。經(jīng)過調(diào)查實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對該概念已有初步認(rèn)識。學(xué)生代表先小結(jié)，幫助同學(xué)回憶。隨后，教師呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，分組討論。設(shè)計(jì)的討論題緊扣上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生從感性認(rèn)識提高到理性認(rèn)識。學(xué)生在分享交流中，提升了歸納與概括、演繹與推理等科學(xué)思維。學(xué)生自己組織語言，描述物種多樣概念的兩個層次——物種豐富度和物種分布均勻度，概念的建構(gòu)水到渠成。對于辛普森指數(shù)計(jì)算公式這一數(shù)學(xué)模型，教師無需多說，學(xué)生自己觀察、分析例題學(xué)會公式的運(yùn)用，從而發(fā)展學(xué)生模型與建模的科學(xué)思維。

3.3實(shí)驗(yàn)場地比較，詮釋生態(tài)系統(tǒng)多樣性

教師呈現(xiàn)兩塊調(diào)查地生態(tài)系統(tǒng)照片和學(xué)生對兩地生態(tài)環(huán)境的描述性語言，引導(dǎo)學(xué)生說出生態(tài)系統(tǒng)的成分，再通過不同生態(tài)系統(tǒng)圖片的觀察，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的概念。

設(shè)計(jì)意圖：按照認(rèn)知心理學(xué)的理論，生態(tài)系統(tǒng)多樣性屬于生態(tài)系統(tǒng)的下位概念，如果學(xué)生理解了生態(tài)系統(tǒng)的概念，就很容易理解生態(tài)系統(tǒng)多樣性的概念。鑒于學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過生態(tài)系統(tǒng)概念，此刻教師通過實(shí)地調(diào)查照片及環(huán)境描述，幫助學(xué)生回憶生態(tài)系統(tǒng)的成分，達(dá)到溫故知新的效果。學(xué)生在回憶并建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)概念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的概念。

3.4理論聯(lián)系實(shí)際，提升社會責(zé)任

教師先用板書總結(jié)生物多樣性三個層次的關(guān)系，再通過一個例題讓學(xué)生在復(fù)雜情境中判斷生物多樣性的層次，隨后呈現(xiàn)幾個國家城市的生態(tài)規(guī)劃（新加坡叢林策略、南特廊道策略、哥本哈根高地策略），接著組織學(xué)生討論：隨著全球城市化的發(fā)展，越來越多的城市開始生態(tài)城市規(guī)劃。校園作為城市的一部分，你覺得如何讓校園生物多樣性更加合理？

設(shè)計(jì)意圖：板書設(shè)計(jì)幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識體系，例題檢測學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果。新課標(biāo)指出：“社會責(zé)任”是指基于生物學(xué)的認(rèn)識，參與個人與社會事務(wù)的討論，作出理性解釋與判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔(dān)當(dāng)與能力。能夠用所學(xué)知識解決生產(chǎn)生活中問題，是學(xué)習(xí)的終極目的。此處引入國際上生物多樣性方面的最新舉措，以此開拓學(xué)生眼界，提升學(xué)生的社會責(zé)任感。

4教學(xué)反思

整堂課以真實(shí)的調(diào)查情境為線索，充分關(guān)注學(xué)生已有的經(jīng)歷，設(shè)計(jì)流暢、自然，難度層層遞進(jìn)，以學(xué)生的各種活動為主要形式，以培養(yǎng)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為重點(diǎn)，課堂氣氛活躍，卓有成效。但由于教學(xué)容量巨大，實(shí)在無法將生物多樣性的價值融入其中，有點(diǎn)遺憾。另外，學(xué)生在調(diào)查實(shí)驗(yàn)的過程中通過手機(jī)app已經(jīng)了解了不少植物的價值，但是課堂上來不及展示交流。