基于境脈思維的“種群及其動態(tài)”單元教學(xué)設(shè)計

程國勝

1單元教學(xué)內(nèi)容分析及設(shè)計思路

“種群及其動態(tài)”是人教版生物學(xué)選擇性必修2的開篇之章，是生態(tài)學(xué)的基石，研究對象是種群層次的生命系統(tǒng)，涉及種群數(shù)量特征、種群的數(shù)量變化、影響種群數(shù)量變化的因素等內(nèi)容。結(jié)合《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》要求，“種群及其動態(tài)”內(nèi)容是讓學(xué)生通過單元學(xué)習(xí)建構(gòu)重要概念“不同種群的生物在長期適應(yīng)環(huán)境和彼此相互適應(yīng)的過程中形成動態(tài)的生物群落”，明確“種群及其動態(tài)”在維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性中的重要地位，指向系統(tǒng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀和生態(tài)觀等生命觀念的達(dá)成。單元知識結(jié)構(gòu)如圖1所示。

情境是落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體。“境脈”即情境與脈絡(luò)的合稱，意及把握事物的全部情境。建構(gòu)主義理論認(rèn)為，個體的學(xué)習(xí)依賴于對情境的自我認(rèn)知建構(gòu)，境脈是學(xué)習(xí)發(fā)生的時空?；诰趁}思維，教師創(chuàng)設(shè)整體貫穿式情境，提出核心任務(wù)，并解構(gòu)、衍生，形成關(guān)聯(lián)度高、進(jìn)階性強(qiáng)的子任務(wù)情境，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“情境—任務(wù)—活動—評價”的學(xué)習(xí)路徑，有助于學(xué)生在進(jìn)階性的真實情境中通過系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)活動完成學(xué)科概念體系的自主建構(gòu)，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。單元教學(xué)設(shè)計思路如圖2所示。

2單元教學(xué)目標(biāo)

①通過對資料數(shù)據(jù)的分析，能運用歸納與概括、模型與建模等科學(xué)方法，建構(gòu)種群數(shù)量特征之間關(guān)系的概念圖，闡明調(diào)查種群數(shù)量特征的實踐意義。

②能運用科學(xué)探究的基本思路和方法，嘗試設(shè)計實驗方案，探究培養(yǎng)液酵母菌種群數(shù)量的變化以及調(diào)查雙子葉植物的種群密度，并對實驗結(jié)果進(jìn)行交流與討論。

③通過對具體實例的分析與討論，能運用模型與建模，嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型，解釋種群數(shù)量變化規(guī)律，并應(yīng)用到相關(guān)實踐活動中。

④通過探討種群的動態(tài)發(fā)展，能基于穩(wěn)態(tài)與平衡觀，分析實例中的各種影響因素及因果關(guān)系，關(guān)注當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)，并對野生生物資源的合理利用和保護(hù)以及有害生物的防治提出可行性建議，討論我國計劃生育基本國策的重大意義，形成生態(tài)觀，樹立人與自然的可持續(xù)發(fā)展觀念，認(rèn)同種群研究的重要社會意義。

3主要單元教學(xué)過程

教師播放巢湖風(fēng)光視頻，朗讀藏頭小詩“巢縣嶺山多白云，湖澤濕地風(fēng)光好；真創(chuàng)和諧綠色城，美麗南巢靠大家”，帶著學(xué)生領(lǐng)略巢湖美景。接著，創(chuàng)設(shè)單元整體情境：巢湖是國家重點風(fēng)景名勝區(qū)，漁業(yè)資源豐富，盛產(chǎn)各種魚類。其中翹嘴鲌肉白細(xì)嫩、味美而不膩，是巢湖人民喜愛的魚類。但隨著污染加劇和酷捕亂撈，巢湖翹嘴鲌的年產(chǎn)量逐年下降。2020年1月1日零時起，巢湖開始實施全域十年禁漁政策，目的是修復(fù)巢湖的生態(tài)環(huán)境，保護(hù)水生生物的正常生長或繁殖，保證漁業(yè)資源得到不斷恢復(fù)和發(fā)展。教師提出核心任務(wù)；如何調(diào)查巢湖翹嘴鲌的數(shù)量？巢湖生態(tài)修復(fù)過程中，翹嘴鲌的數(shù)量如何變化？巢湖生態(tài)修復(fù)后，如何對翹嘴鲌資源進(jìn)行可持續(xù)利用呢？師生從而進(jìn)入本單元的學(xué)習(xí)。

3.1主題1：種群密度是種群最基本的數(shù)量特征（2課時）

教師創(chuàng)設(shè)情境：生態(tài)專家需要適時掌握巢湖翹嘴鲌的數(shù)量，以便制訂相應(yīng)保護(hù)措施。那么，如何調(diào)查巢湖翹嘴鲌的數(shù)量呢？

學(xué)生回顧種群的概念，閱讀教材內(nèi)容，理解種群密度是反映種群數(shù)量最基本的特征，明確調(diào)查種群密度在實踐中的重要作用。教師提出問題：如何調(diào)查校園里樟樹的數(shù)目？如何調(diào)查校園一角某種雜草的數(shù)目？教師引導(dǎo)學(xué)生理解“當(dāng)群體數(shù)量較少時可采用逐個計數(shù)法統(tǒng)計群體數(shù)量，而當(dāng)群體數(shù)量足夠多時可采用估算的方式來統(tǒng)計群體的數(shù)量”，從而培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。

接著，教師提供不透明的紙箱（內(nèi)含多枚白色棋子）以及黑色棋子若干，提出問題：如何快速估算箱子里有多少顆白色棋子？學(xué)生自主思考并進(jìn)行合作討論，提出實施方案：先從箱子里隨機(jī)抓取若干白色棋子，并用黑色棋子替代后放回，搖勻箱子內(nèi)棋子后再抓取棋子，統(tǒng)計黑色棋子占比即可估算出箱子里白色棋子的數(shù)量。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧活動過程，并提供專家調(diào)查巢湖翹嘴鲌的數(shù)據(jù)。學(xué)生通過模擬計算，得出翹嘴鲌的種群數(shù)量，從而理解標(biāo)志重捕法的操作流程，提升科學(xué)思維能力。在這基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析、總結(jié)標(biāo)志重捕法的適用范圍和注意事項。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：翹嘴鲌的數(shù)量是動態(tài)變化的。那么，僅研究種群密度能反映種群數(shù)量的動態(tài)發(fā)展趨勢嗎？在學(xué)生討論交流的基礎(chǔ)上，教師提供有關(guān)巢湖翹嘴鲌的年度調(diào)查數(shù)據(jù)；學(xué)生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，計算巢湖翹嘴鲌年度出生率、死亡率、年齡組成以及性別比例等其他數(shù)量特征，理解其他數(shù)量特征和種群密度之間的關(guān)系，并運用教師提供的卡片建構(gòu)概念圖進(jìn)行表征，培養(yǎng)歸納與概括、模型與建模等科學(xué)思維能力。同時在閱讀教材“與社會的聯(lián)系”的基礎(chǔ)上，學(xué)生分組討論我國計劃生育基本國策以及我國頒布禁止“非醫(yī)學(xué)需要的胎兒性別鑒定”和“非醫(yī)學(xué)需要的性別選擇性人工流產(chǎn)”等法律的重大意義，培養(yǎng)社會責(zé)任。

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材內(nèi)容，使學(xué)生了解樣方法的適用范圍、注意事項。學(xué)生開展“調(diào)查巢湖臥牛山公園小飛蓬的種群密度”的實踐活動。教師指導(dǎo)學(xué)生在實踐活動的基礎(chǔ)上，分析討論調(diào)查數(shù)據(jù)，探討提高估算種群密度準(zhǔn)確性的措施，提升科學(xué)探究和科學(xué)思維能力。

3.2主題2：種群數(shù)量處在動態(tài)變化之中（2課時）

教師創(chuàng)設(shè)情境：在巢湖生態(tài)修復(fù)過程中，翹嘴鲌的數(shù)量是如何變化的？

科學(xué)興趣小組成員匯報“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗方案，并提供課前一周時間內(nèi)分別在持續(xù)補充營養(yǎng)物質(zhì)的理想條件下和限制營養(yǎng)物質(zhì)供給的條件下培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。學(xué)生小組合作，評價科學(xué)興趣小組的實驗方案，并運用圖表、曲線以及解析式等不同的表征形式，建構(gòu)兩種條件下酵母菌種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型，在班內(nèi)進(jìn)行展示交流，培養(yǎng)建模能力。

教師引導(dǎo)學(xué)生探討建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的過程，促進(jìn)學(xué)生總結(jié)建模的一般程序：模型準(zhǔn)備→模型假設(shè)→模型建立→模型修正。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生從形成條件、有無K值等方面列表比較“J”型增長和“S”型增長模型，并通過對“澳大利亞野兔泛濫”“環(huán)頸雉引入島嶼后的數(shù)量急增”“高斯培養(yǎng)草履蟲實驗”等具體實例的討論，分析“J”型增長和“S”型增長模型中種群的增長速率與種群數(shù)量之間的關(guān)系，理解種群數(shù)量在K/2時的生物學(xué)意義。接著，教師提供我國歷年來人口增長的數(shù)據(jù)，學(xué)生合作分析數(shù)據(jù)，建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，并討論我國人口是否呈“J”型增長，理解兩種增長模型的適用條件和實踐意義，培養(yǎng)“建?！瞿！媚！钡哪芰?。

然后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析限制營養(yǎng)物質(zhì)供給的條件下培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化情況，討論酵母菌種群數(shù)量變化的原因，使學(xué)生理解種群數(shù)量變化還有波動、下降等其他形式。學(xué)生在此基礎(chǔ)上學(xué)以致用，通過類比分析，探討巢湖生態(tài)修復(fù)過程中翹嘴鲌的數(shù)量變化情況，嘗試分析翹嘴鲌數(shù)量變化的原因，培養(yǎng)科學(xué)思維能力和社會責(zé)任意識。

3.3主題3：生物因素與非生物因素影響種群數(shù)量的變化（1課時）

教師創(chuàng)設(shè)情境：巢湖生態(tài)修復(fù)后，如何對翹嘴鲌資源進(jìn)行可持續(xù)利用呢？

教師提供翹嘴鲌生活習(xí)性的相關(guān)資料：翹嘴鲌為廣溫性魚類，生存水溫在0～38℃，多生活在中上水層，游動迅速，喜歡成群活動，在有風(fēng)浪時與早晨和傍晚有陽光照射到水面時尤為活躍。翹嘴鲌以浮游生物為主要食物來源，屬于兇猛性魚類。同時提供“狼牙魚的入侵導(dǎo)致翹巢湖嘴鲌數(shù)量的下降”的資料。學(xué)生通過分析與討論，總結(jié)得出翹嘴鲌種群數(shù)量不僅受到天敵、食物以及種內(nèi)斗爭等生物因素的限制，還受到陽光、溫度等非生物因素的影響；并嘗試對巢湖水域外來物種的防治提出可行性建議，培養(yǎng)信息獲取能力和歸納概括能力，踐行社會責(zé)任意識。

接著，學(xué)生分小組合作，根據(jù)所學(xué)知識，討論捕撈量與翹嘴鲌種群數(shù)量變化的關(guān)系，從捕撈量、捕撈時間、捕撈方式以及如何保護(hù)幼體等方面嘗試對巢湖翹嘴鲌資源的可持續(xù)利用提出科學(xué)性建議。教師進(jìn)行點評。然后，小組制作保護(hù)巢湖生態(tài)的宣傳語，并探討保護(hù)巢湖生態(tài)的具體措施，提高社會責(zé)任素養(yǎng)。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生運用概念圖構(gòu)建單元概念體系，促進(jìn)學(xué)生內(nèi)化知識的內(nèi)化，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，從而提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

4單元教學(xué)反思

基于境脈思維的生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計具有主體指向性、內(nèi)容整合性和動態(tài)生成性等特點，將培育學(xué)科核心素養(yǎng)的暗線植入“情境—任務(wù)—活動—評價”學(xué)習(xí)路徑的明線，能有效幫助教師提高教學(xué)設(shè)計的站位和系統(tǒng)思考的格局，從而避免迷失在瑣碎的知識碎片中。基于境脈思維的教學(xué)設(shè)計如圖3所示。本教學(xué)設(shè)計以學(xué)生熟悉的巢湖資源創(chuàng)設(shè)單元境脈，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)生的認(rèn)知障礙。解構(gòu)、衍生的課時情境內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)緊密，有效避免單元中各課時情境的割裂與切換造成學(xué)生的思路不暢、思維不深，提升單元教學(xué)的整體性、結(jié)構(gòu)性。單元任務(wù)之間既關(guān)聯(lián)又遞進(jìn)，承接單元重要概念的同時又統(tǒng)領(lǐng)單元次位概念，幫助學(xué)生自主建構(gòu)單元概念體系。在進(jìn)行單元整體教學(xué)時，教師將學(xué)習(xí)評價嵌入學(xué)生活動中，實現(xiàn)了“教-學(xué)-評”的一致性和連貫性，從而確保教學(xué)過程沿著單元目標(biāo)穩(wěn)步前進(jìn)，實現(xiàn)生物學(xué)學(xué)科的特色育人功能。