高中生物學(xué)差異教學(xué)模式初探
——以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”為例?

劉 欣 （北京師范大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100052）

傳統(tǒng)的高中生物學(xué)課堂教學(xué)，往往采用“著眼中間，兼顧兩頭”的教學(xué)策略，主要面向班級中間層次的學(xué)生開展教學(xué)活動。隨著新課程改革的推進(jìn)，學(xué)生在課程選擇方面擁有了更大的自主權(quán)，“分層走班”逐漸被“選課走班”所取代，同一教學(xué)班內(nèi)的學(xué)生在認(rèn)知準(zhǔn)備、學(xué)習(xí)意愿和學(xué)習(xí)能力方面存在較大的差異，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以滿足學(xué)生的差異化需求，而差異教學(xué)模式為這一新挑戰(zhàn)提供了解決問題的途徑。

差異教學(xué)模式是指在差異教學(xué)觀念、理念和原則的指導(dǎo)下建立的教學(xué)活動結(jié)構(gòu)框架和活動程序，是發(fā)現(xiàn)并利用學(xué)生差異的一組相對穩(wěn)定的教學(xué)方法和策略，其理論架構(gòu)如圖1所示。

差異教學(xué)要求教師在課前診斷學(xué)生的差異，為不同層次的學(xué)生制定適合的學(xué)習(xí)目標(biāo)。對認(rèn)知準(zhǔn)備不足的學(xué)生進(jìn)行課前指導(dǎo)，幫助其縮小與同伴間的差距。之后以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，制定所有學(xué)生都應(yīng)達(dá)到的基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)目標(biāo)和面向?qū)W有余力者的高階學(xué)習(xí)目標(biāo)。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)主題，設(shè)計(jì)多樣化的學(xué)習(xí)菜單，供學(xué)生選擇適合的學(xué)習(xí)資料和任務(wù)，并在學(xué)生探索過程中為不同層次的學(xué)生搭建“腳手架”，引導(dǎo)學(xué)生彼此互助合作，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。最后，差異教學(xué)強(qiáng)調(diào)持續(xù)性地及時(shí)反饋與多元評價(jià)，以幫助不同發(fā)展水平的學(xué)生都獲得最大程度的進(jìn)步。

本文以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”為例，介紹對差異教學(xué)模式的探索。

1 認(rèn)知鋪墊與目標(biāo)制定

1.1 學(xué)情診斷與認(rèn)知鋪墊 “生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”一節(jié)需要學(xué)生構(gòu)建模型，說明能量流動的過程和特征，據(jù)此解決實(shí)際問題。要完成這一學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生必須具備關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、生物體物質(zhì)與能量代謝的知識儲備?！吧鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”一節(jié)的后測表明，學(xué)生對該部分概念掌握情況較好，因此，課前診斷主要聚焦于物質(zhì)與能量代謝部分。診斷問題如下。

1）綠色植物的同化作用方式是什么？綠色植物單位時(shí)間同化能量值和呼吸作用消耗能量值通常用什么指標(biāo)表示？

2）動物的同化作用類型是什么？食物中的能量是否都會成為動物體內(nèi)的能量？

教師提供微課和閱讀資料，有困難的學(xué)生自主選擇借助微課或閱讀資料獲得認(rèn)知鋪墊，之后再回答問題。

1.2 挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)目標(biāo)的制定 根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求與學(xué)業(yè)要求，本節(jié)課的基礎(chǔ)性目標(biāo)預(yù)設(shè)為：

1）從物質(zhì)與能量觀的視角，概述生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程和特點(diǎn)；

2）進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)能量流動的科學(xué)史數(shù)據(jù)分析和模型構(gòu)建；

3）討論生態(tài)系統(tǒng)能量流動原理在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。

本節(jié)課面向?qū)W有余力學(xué)生的高階目標(biāo)是：在實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)基礎(chǔ)上，闡明能量流動模型是對自然生態(tài)系統(tǒng)能量流動的高度抽象、概括化的表征，并能運(yùn)用其解釋某些與能量收支有關(guān)的生命現(xiàn)象，解決現(xiàn)實(shí)問題。

2 差異任務(wù)與互助活動

2.1 構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程的概念模型 教師引導(dǎo)學(xué)生分析奧林匹克森林公園濕地中的一條食物鏈“浮游植物→浮游動物→鰱魚（Hypophthal‐michthys molitrix）→中白鷺（Ardea intermedia）”，回答學(xué)習(xí)任務(wù)單上的問題：

1）能量是怎樣輸入第一營養(yǎng)級的？

2）第一營養(yǎng)級同化的能量有哪些去向？分別是通過什么生命活動實(shí)現(xiàn)的？

3）能量是怎樣輸入第二營養(yǎng)級的？第二營養(yǎng)級同化的能量有哪些去向？

4）能量在第三、四營養(yǎng)級的變化與第二營養(yǎng)級的情況是否相同？

5）該食物鏈僅是濕地營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的一部分，據(jù)此繪制的示意圖能否反映整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動途徑？

學(xué)生3人一組，根據(jù)問題串進(jìn)行討論，用箭頭和關(guān)鍵詞繪制能量流動過程的示意圖，建立概念模型。之后在教師組織下進(jìn)行展示和交流，說明除最高營養(yǎng)級之外，各營養(yǎng)級同化的能量都有呼吸散失、傳遞給下一營養(yǎng)級和遺棄給分解者3個(gè)去向。這一概念模型具有普適性，雖然生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，但可將同一營養(yǎng)級的所有生物合并處理。

學(xué)有余力的學(xué)生可在完成上述任務(wù)基礎(chǔ)上，觀察賽達(dá)伯格湖的能量流動途徑（圖2），思考自己的概念模型與此是否相符。

2.2 建立生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程的數(shù)學(xué)模型 教師說明將各營養(yǎng)級同化能量、呼吸作用散失的能量和遺體殘骸中的能量分別用字母A、R和V表示，營養(yǎng)級用n表示，請學(xué)生回答任務(wù)單中的問題。

1）列出每一營養(yǎng)級的能量收支等式，預(yù)測各營養(yǎng)級生物量的變化。

2）各營養(yǎng)級遺棄給分解者的能量總和與分解者利用的能量是否一定相等？

3）用字母表示生態(tài)系統(tǒng)輸入的總能量與散失的總能量，預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)未來的變化。

4）各營養(yǎng)級同化能量值的大小關(guān)系是怎樣的？為什么？

學(xué)生分組討論上述問題，最后在教師引導(dǎo)下進(jìn)行交流，說明各個(gè)營養(yǎng)級能量收入為An，能量支出為Rn+Vn+An+1，某營養(yǎng)級單位時(shí)間能量收入與支出不一定相等，可能會有未利用的能量U，能量收支等式可表示為：An=Rn+Vn+An+1+Un。如果U>0，該營養(yǎng)級生物量會增加，反之，生物量則會減少。各營養(yǎng)級遺棄給分解者的能量與分解者利用的能量不一定相等，如果前者大于后者，會出現(xiàn)遺體殘骸的堆積現(xiàn)象。生態(tài)系統(tǒng)輸入的總能量為A1，輸出的總能量為各營養(yǎng)級與分解者呼吸作用散失能量之和，如果輸入大于輸出，說明該生態(tài)系統(tǒng)中的群落演替尚未達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級越高，同化的能量數(shù)值越小，因?yàn)樯弦粻I養(yǎng)級中必然有一部分能量會呼吸散失和遺棄給分解者。

學(xué)有余力的學(xué)生在完成上述任務(wù)之余，可分析各類群動物用于生長發(fā)育和繁殖的能量占同化能量的比例（表1），根據(jù)不同類群動物代謝特點(diǎn)思考其生產(chǎn)效率存在差異的原因，并對畜牧養(yǎng)殖業(yè)提出建議。

表1 各類群動物的生產(chǎn)效率[3]

2.3 檢驗(yàn)生態(tài)系統(tǒng)能量流動的模型 教師引導(dǎo)學(xué)生分析賽達(dá)伯格湖的能量流動圖解，對已構(gòu)建的能量流動模型進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。首先請學(xué)生標(biāo)注圖解中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的含義，驗(yàn)證自己的概念模型。之后計(jì)算各營養(yǎng)級的能量收支及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總能量收支，驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型，判斷出賽達(dá)伯格湖年輸入能量值遠(yuǎn)高于年散失能量值，是一個(gè)不成熟的生態(tài)系統(tǒng)。最后，指導(dǎo)學(xué)生比較各營養(yǎng)級的同化能，計(jì)算相鄰2個(gè)營養(yǎng)級間的能量傳遞效率，歸納概括生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點(diǎn)，從系統(tǒng)有序性和穩(wěn)態(tài)維持的角度闡明能量流動的意義。

3 持續(xù)反饋與多元評價(jià)

3.1 教學(xué)中的持續(xù)反饋 差異教學(xué)強(qiáng)調(diào)持續(xù)的大面積的教學(xué)反饋，及時(shí)了解和滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。本節(jié)課的教學(xué)反饋分為課前、課中和課后3個(gè)環(huán)節(jié)。

課前教師批改學(xué)生的問題診斷作業(yè)，指導(dǎo)沒有通過問題診斷的學(xué)生及時(shí)完成任務(wù)。

課堂教學(xué)中，在分組活動期間觀察各小組的情況，及時(shí)給予個(gè)別指導(dǎo)。在交流表達(dá)環(huán)節(jié)，既鼓勵(lì)學(xué)生主動表達(dá)，也有意識地請具有典型錯(cuò)誤的學(xué)生回答問題，組織學(xué)生進(jìn)行討論和糾正。例如，有的學(xué)生認(rèn)為第二營養(yǎng)級同化的能量是其攝入食物的能量，此時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生說出糞便中的能量并沒有進(jìn)入動物體內(nèi)，屬于第一營養(yǎng)級遺棄給分解者的能量。

課后教師收集和批改學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)單。部分學(xué)生對選做任務(wù)進(jìn)行了思考作答，教師通過批注引導(dǎo)其理解科研工作者研究能量流動的建模方法，嘗試解決畜牧業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問題。課后的反饋還包括對學(xué)生作業(yè)的批改。

3.2 差異化的多元評價(jià) 本節(jié)課在課前進(jìn)行診斷性評價(jià)，課中和課后主要進(jìn)行形成性評價(jià)，通過各環(huán)節(jié)的反饋，幫助學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)任務(wù)達(dá)成情況，及時(shí)調(diào)控學(xué)習(xí)進(jìn)程。

本節(jié)課的課后作業(yè)中，除作為基礎(chǔ)性作業(yè)的習(xí)題外，還包含2項(xiàng)探究性作業(yè)，一項(xiàng)是提供我國2010—2020年糧食產(chǎn)量和大豆進(jìn)口量的數(shù)據(jù)，說明進(jìn)口大豆的主要用途是榨油和作飼料，請學(xué)生用能量流動的原理解釋為什么在大豆價(jià)格大幅上漲時(shí)我國仍不能將糧食用地改種大豆；另一項(xiàng)是提供我國科學(xué)家研究水生群落能量流動的論文，請學(xué)生閱讀論文，簡述生態(tài)學(xué)家測定能量流動各項(xiàng)數(shù)據(jù)的方法。學(xué)生可自主選擇完成其中一項(xiàng)作業(yè)。教師根據(jù)學(xué)生作業(yè)情況對其概念理解水平和應(yīng)用能量流動原理解決實(shí)際問題的能力進(jìn)行評價(jià)。

4 總結(jié)與反思

本節(jié)課采用的差異教學(xué)模式是一種“保底不封頂”的模式。前測和認(rèn)知鋪墊有效補(bǔ)齊了部分學(xué)生在學(xué)習(xí)準(zhǔn)備方面的不足，幫助其達(dá)成基礎(chǔ)性目標(biāo)。課堂學(xué)習(xí)中設(shè)置差異性任務(wù)，學(xué)有余力的學(xué)生在完成共性任務(wù)之后，可自主選擇拓展任務(wù)，延伸至課后的師生互動保證了其自主學(xué)習(xí)活動的有效性。

本節(jié)課中學(xué)生的學(xué)習(xí)是小組合作探究學(xué)習(xí)與獨(dú)立學(xué)習(xí)穿插進(jìn)行的。以小組為單位完成能量流動的概念模型構(gòu)建、數(shù)學(xué)模型構(gòu)建和模型檢驗(yàn)這3個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，在此過程中學(xué)生以問題串為線索進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，實(shí)現(xiàn)組內(nèi)異質(zhì)合作，共同進(jìn)步。而在小組間交流、討論和教師解釋、糾錯(cuò)時(shí)，學(xué)生是在獨(dú)立學(xué)習(xí)，可自主選擇聽講或完成拓展任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)了隱性動態(tài)分層。

總之，教師圍繞學(xué)習(xí)主題設(shè)計(jì)以問題解決為目的的探究性活動，提供可選擇的學(xué)習(xí)菜單，幫助學(xué)生從自身情況出發(fā)，選擇適合的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)途徑，并給予及時(shí)的反饋，是實(shí)現(xiàn)差異教學(xué)、促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。