例談基于真實情境的深度學(xué)習(xí)
——以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”為例

（安徽省肥東第一中學(xué) 安徽合肥 230000）

近年來，關(guān)于促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的理論和實踐研究不斷增多。深度學(xué)習(xí)是在主動加工、深度理解的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能批判性地學(xué)習(xí)新知識，并將它們?nèi)谌朐械恼J知結(jié)構(gòu)中，經(jīng)過高水平思維過程，靈活運用所學(xué)知識和能力，解決實際問題的一種學(xué)習(xí)方式。在深度學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者不斷地進行新舊知識的聯(lián)系，進行知識建構(gòu)，并運用新知識嘗試解決生活中的實際問題，因此，在真實情境下的教學(xué)容易激發(fā)學(xué)生的興趣和深入思考，筆者以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”一節(jié)嘗試進行教學(xué)設(shè)計。

1 教材分析

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）中對本節(jié)內(nèi)容的要求主要有3個方面，對應(yīng)3個次位概念，它們與重要概念和核心概念的關(guān)系如圖1所示。

圖1 《課程標準》中關(guān)于“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”的次位概念與重要概念和核心概念的關(guān)系

以上三個次位概念即是本節(jié)的將要引導(dǎo)學(xué)生完成的目標。結(jié)合人教版必修3教材，學(xué)生已經(jīng)有了生態(tài)系統(tǒng)各組成成分的認識，又有了必修1中光合作用和呼吸作用的知識鋪墊，學(xué)生能從種間關(guān)系的角度簡單分析能量的去向和轉(zhuǎn)化形式。教師如果能從學(xué)生的生活經(jīng)驗出發(fā)，步步引導(dǎo)學(xué)生進行分析歸納，促進學(xué)生逐步建立生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的模型。能量流動的規(guī)律是林德曼經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)的，學(xué)生可能難以在一節(jié)課的時間中自己建立這個新知識，教師可以結(jié)合生活實際，引導(dǎo)學(xué)生試著利用該規(guī)律解決問題，從而使學(xué)生體會合理利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源有多種手段。對于最后一個目標，在學(xué)生達成了前兩個目標的基礎(chǔ)上，教師可以設(shè)置一個課后思考題，將能量金字塔的內(nèi)容與能量流動的規(guī)律和研究意義相結(jié)合，對學(xué)生進行綜合考查。

2 教學(xué)目標

①通過反復(fù)模型建構(gòu)，逐步歸納概括出能量流經(jīng)某一營養(yǎng)級的過程；②通過對不同營養(yǎng)級能量流動模型的分析，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的概念；③能運用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的原理解釋能量流動的特點；④關(guān)注糧食危機問題，能運用所學(xué)內(nèi)容舉例說出提高能量利用率的具體措施。

3 教學(xué)過程

3.1 環(huán)節(jié)一：展示真實情境，角色扮演進行深度體驗

教師創(chuàng)設(shè)情境，提出問題：

①如果你是一個生態(tài)學(xué)家，你會選擇一片玉米田，還是西雙版納作為能量流動的調(diào)查對象？試說明理由。

②能量是看不見、摸不著的，如果你是生態(tài)學(xué)家，你會從什么角度對能量進行調(diào)查分析？

隨后，教師展示書本上的真實情境：1926年，美國一位生態(tài)學(xué)家研究了一塊玉米田的能量流動情況，得到如下數(shù)據(jù)：這塊田共收割玉米約10 000株，質(zhì)量為6 000 kg。通過對化學(xué)成分進行分析，計算出其中共含葡萄糖6 687.5 kg。據(jù)他估算，這些玉米在整個生長過程中通過細胞呼吸消耗的葡萄糖共2 045 kg。1 kg葡萄糖儲存1.6×104kJ能量。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過角色扮演的方式解決這兩個問題，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。另外，“生態(tài)學(xué)家”的責任感和自豪感使學(xué)生有了認真思考、仔細分析的欲望，為后面的教學(xué)打下了鋪墊。

3.2 環(huán)節(jié)二：反復(fù)模型建構(gòu)，問題串激發(fā)深度探究

3.2.1 模型建構(gòu)一：能量流經(jīng)玉米種群的模型建構(gòu)

展示真實情境后，教師設(shè)置一系列問題串：①根據(jù)以上數(shù)據(jù)，你能算出哪些生命活動的相關(guān)能量數(shù)值？它們分別是多少？②這位生態(tài)學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，整個生長季節(jié)中，入射到這塊玉米田的太陽能總量為8.5×109kJ。這讓你有什么發(fā)現(xiàn)？③你能根據(jù)計算結(jié)果，畫出能量流經(jīng)該玉米種群的圖解嗎？在這三個問題呈現(xiàn)之后，教師請學(xué)生用箭頭和文字表示以上過程和數(shù)據(jù)，就得到了圖2所示的簡單模型。

圖2 能量流經(jīng)玉米種群模型1

該模型建構(gòu)之后，教師繼續(xù)設(shè)置問題串：①“儲存”的能量可以用于玉米的哪些生命活動？②到了收獲季，人們收獲了玉米子粒，而玉米秸稈可以打碎后作為動物的飼料。有些枯枝敗葉和玉米的根部則留在了田中。你認為玉米儲存的能量可能有哪些流向？嘗試在圖3中進行補充。這兩個問題拋出后，學(xué)生通過思考與討論，在原模型的基礎(chǔ)上進行補充修正（圖3）。

圖3 能量流經(jīng)玉米種群模型2

設(shè)計意圖：該真實情境選自教材中給出的“技能訓(xùn)練”小版塊。原內(nèi)容數(shù)據(jù)有些復(fù)雜，教師略做簡化之后，既沒有改變這個真實情境的內(nèi)容，又給了一個學(xué)生可以“夠得到”的新知識，從而讓學(xué)生有了探究的欲望，提高了課堂中的參與度。教師在拋給學(xué)生一系列問題串的同時，也是在引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷了與生態(tài)學(xué)家一樣的研究歷程，從而使學(xué)生在獲取新知識的同時，也擁有了成就感。

3.2.2 模型建構(gòu)二：能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的模型建構(gòu)

在上一個模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)拋出問題：①人和動物攝入玉米后并不能獲得其中所有的能量，你知道這是為什么嗎？②若將上述玉米換成家禽、家畜（以豬為例），上圖中會有哪些變化？相同之處又有哪些？

有了上一個模型為基礎(chǔ)，學(xué)生在了解了同化與糞便的關(guān)系之后，不難建構(gòu)出能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的模型（圖4）。

圖4 能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級模型

此時，教師再展示教材中呈現(xiàn)出的能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的示意圖，引導(dǎo)學(xué)生分析兩幅圖的區(qū)別。

設(shè)計意圖：能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的示意圖是本節(jié)的一個難點。教師通過直接問出“攝入”不等于“獲得”，引發(fā)學(xué)生對糞便量的思考，同時也加深了學(xué)生對于“同化量”這個概念的理解。而在兩圖中，最明顯的不同之處也在“糞便量”上，教材給出了糞便被分解者利用的箭頭，但學(xué)生自己構(gòu)建的模型中卻沒有。學(xué)生可能會特別關(guān)注這個問題，并發(fā)出“是自己錯了嗎”這種疑問。學(xué)生在分析討論之后，會明白其實這個“糞便量”并不是第二營養(yǎng)級真正獲得的能量。學(xué)生在對這個易錯的知識點加深印象的同時，也收獲了自信。

3.2.3 模型建構(gòu)三：能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的模型建構(gòu)

在以上模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上，教師進一步引導(dǎo)學(xué)生思考：若將玉米、豬、人三者對能量的吸收利用等情況反映到一張圖上，試著完成該圖。在學(xué)生進行模型建構(gòu)的過程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生將幾種生物能量流動模型中的共同點標出來，將內(nèi)容進一步簡化，以得到以下模型（圖5）。

圖5 能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)模型1

設(shè)計意圖：有了前面的模型，學(xué)生建構(gòu)這個模型并不困難。這個問題的設(shè)置主要想達到兩個目的：①學(xué)生通過對各營養(yǎng)級的分析，歸納出能量流經(jīng)各個營養(yǎng)級的共同點，使知識更加系統(tǒng)化；②為總結(jié)出能量流動的概念打下鋪墊。

3.3 環(huán)節(jié)三：嘗試歸納總結(jié)，任務(wù)學(xué)習(xí)驅(qū)動深度思考

3.3.1 歸納總結(jié)一：能量流動的概念

在以上一系列的模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上，教師適時對學(xué)生進行表揚，稱贊他們成功完成了生態(tài)學(xué)家的工作。再請學(xué)生回憶自己的工作：當把生態(tài)系統(tǒng)作為一個整體，你發(fā)現(xiàn)研究能量流動即是在研究能量的什么過程呢？教師可將上面的模型稍作變動（圖6），以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。

圖6 能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)模型2

如圖6所示，將玉米、豬、人等具體化的生態(tài)系統(tǒng)成分再次抽象化，并將各組成成分用虛線框起來，作為一個整體，學(xué)生很容易想到這里涉及到能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失。

設(shè)計意圖：教師并沒有直接呈現(xiàn)能量流動的概念，而是從建構(gòu)好的模型中進行歸納式概念學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生對知識的深入理解

3.3.2 歸納總結(jié)二：能量流動的意義

教師再次展示圖5，并繼續(xù)設(shè)疑：人是該生態(tài)系統(tǒng)的最終受益者，你能想辦法讓人獲得更多的能量嗎？在學(xué)生分組討論后，學(xué)生代表闡述本小組的想法和措施；教師不做評價，而是再展示林德曼關(guān)于賽達伯格湖的調(diào)查數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生思考林德曼以數(shù)據(jù)來說明能量流動的規(guī)律有什么重要的意義。此時，教師可以聯(lián)系孟德爾將數(shù)學(xué)統(tǒng)計用于遺傳規(guī)律的研究，二者有異曲同工之妙，并展示林德曼的研究結(jié)論：單向流動和逐級遞減，即十分之一定律。教師再次引導(dǎo)學(xué)生思考剛才討論的思路和措施是否可行；學(xué)生再次嘗試提出可行的措施，領(lǐng)悟研究能量流動的意義。

設(shè)計意圖：許多教學(xué)設(shè)計中，對這部分內(nèi)容都是花了大量的時間請學(xué)生計算傳遞效率，然后歸納出能量流動的特點，至于研究能量流動的意義，在課堂上常一帶而過。但是，林德曼做了大量的研究工作，并不是只有教材中的幾個數(shù)字，僅憑這幾個數(shù)字也無法得出能量流動總是具有逐級遞減這一普遍的規(guī)律。因此，這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)的重點不是去進行簡單的計算，而是對林德曼這項耗時幾年的工作進行充分的理解和應(yīng)用。這項研究的創(chuàng)新之處何在？有什么重要的價值？在生產(chǎn)和生活中，人們可以利用前人的這項研究成果解決什么問題？學(xué)生在解決問題的過程中體會研究的意義，只有在充分理解的基礎(chǔ)上，才能將理論研究更好地應(yīng)用于指導(dǎo)生產(chǎn)和生活，這也是整節(jié)課的設(shè)計思想。

3.4 環(huán)節(jié)四：聯(lián)系生活實際，學(xué)以致用激發(fā)社會責任

教師展示：“疫情之下的糧食危機”短視頻，簡單向?qū)W生介紹近幾個月蝗災(zāi)帶來的危害，同時展示能量金字塔。學(xué)生課后查閱相關(guān)資料，以小組為單位完成作業(yè)：面對糧食危機，結(jié)合本節(jié)內(nèi)容，你有哪些建議？

設(shè)計意圖：糧食危機是時下的熱門話題，也是能增強學(xué)生社會責任感的一個問題。學(xué)生分小組合作，通過查閱資料完成，既對先前所學(xué)知識進行了鞏固，也將課堂知識再次推到了應(yīng)用層面，進一步嘗試解決生活實際問題，更能培養(yǎng)合作交流的意識和表達能力。

4 課后反思

真實情境可激發(fā)學(xué)生的深度思考。在本課中，學(xué)生始終圍繞著一個生態(tài)學(xué)家的實驗展開思考討論，在不斷的交流中獲得了能量流動的概念、特點、意義等相關(guān)知識，這就是基于真實情境下的思考。好的真實情境不應(yīng)該只是用來做個開篇，導(dǎo)入新課，而是應(yīng)該貫穿課堂始終，讓學(xué)生不斷在“發(fā)現(xiàn)問題——解決問題——發(fā)現(xiàn)新問題——解決新問題”中步步深入思考。教師僅提供一些材料供學(xué)生在解決問題的過程中選用，也可提供一些問題引導(dǎo)學(xué)生思考的方向，使學(xué)生在解決問題的過程中不偏離課本內(nèi)容。

分享式的劣構(gòu)問題有助于學(xué)生深度思考。在本課中，教師引導(dǎo)學(xué)生反復(fù)進行的模型建構(gòu)、聯(lián)系生產(chǎn)實際分析研究能量流動的意義等。這些問題沒有標準答案，屬于典型的劣構(gòu)問題。學(xué)生通過調(diào)動自己已有的知識和生活經(jīng)驗去思考解決，在這個過程中可能還需要與其他同學(xué)分享自己的發(fā)現(xiàn)，通過交流來不斷獲得新的知識，從而解決問題。這些問題在引導(dǎo)學(xué)生進行深度思考的同時，也鍛煉了學(xué)生的表達和交流能力。