基于PBL教學法的高中生物探究·實踐活動

高雅君　張鳳娟

摘 要：以“探尋廈門筼筜湖的生態(tài)環(huán)境變遷”為驅動性問題，圍繞制作生態(tài)缸這個項目產品，通過“生態(tài)缸的方案設計”“生態(tài)缸的制作”“生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗”“廈門筼筜湖生態(tài)環(huán)境調查”四個任務，引導學生應用生態(tài)系統(tǒng)的知識分析和解決實際問題，并將知識應用于實踐。學生經歷探究活動，在實踐中體驗項目的意義和價值。通過一段時間的項目式學習，掌握必備知識，促進學生溝通能力、社交能力的發(fā)展。通過具有地方特色的環(huán)境調查，引導學生關注生態(tài)環(huán)境問題，發(fā)展學科核心素養(yǎng)，提升社會責任感。

關鍵詞：項目式學習；生態(tài)缸；生態(tài)系統(tǒng)；探究實踐

PBL（project-based learning，項目式學習）是在項目進行過程中，通過基于現實世界的真實問題開展持續(xù)的探究活動，加深對核心知識的理解的一種學習方式；倡導利用生活素材和情境開展教學，并通過制作最終作品的形式來自主地完成知識建構，養(yǎng)成綜合實踐創(chuàng)新能力[1]，有效促進學生的深度學習和核心素養(yǎng)的形成[2]?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準》2017年版，明確將生物學學科核心素養(yǎng)作為課程宗旨，科學探究的重要作用再次受到高度重視，科學探究對于學生掌握科學概念、參與科學實踐、理解科學本質都有積極的促進作用[3]。

高中生物人教版新教材中“探究·實踐”活動是實驗探究的良好素材，該部分內容的深入開展，是學生發(fā)現問題、分析問題、利用知識解決真實問題的過程，能夠提升學生的學科核心素養(yǎng)。人教版高中生物教材必修和選擇性必修模塊共有“探究·活動”31項，其中有些項目耗時較長，探究內容多，而課時有限，僅僅利用課堂難以滿足要求，造成很多學校放棄這部分探究活動。教師作為教學的主導者，如何為學生創(chuàng)造豐富的教學資源和環(huán)境，引導學生在這種環(huán)境中發(fā)揮適當的自主權，學會組織和使用學習材料，將課堂－生活－社會連接在一起，是急需解決的問題。PBL教學是解決課堂課時矛盾，提高教材資源利用率，提升學生解決真實問題能力的有力抓手[4]。

本文結合實驗教學的特點和PBL的常規(guī)模型基于STEAM理念，構建了項目式學習在高中生物教學中的應用步驟。下文以“設計制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性”的探究·活動為例，進行闡釋。

一、項目主題選擇

生物學是一門實驗性學科，實驗性是生物學的一個突出特點。通過實驗，學生可以利用多種感官直接感知事物本身，豐富直接經驗，獲得生動表象，以之作為形成概念、理解原理、掌握規(guī)律的依據。生物學項目式學習的內容盡量選取有實驗內容或者可以依據內容開設實驗的章節(jié)?！霸O計制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性”是2019高中生物新教材人教版《生物與環(huán)境》模塊中第3章節(jié)《生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性》的內容，是學生學習生態(tài)系統(tǒng)結構、功能及其穩(wěn)定性的重要“探究·實踐”活動[5]。課標要求“生態(tài)系統(tǒng)中的各種成分相互影響，共同實現系統(tǒng)的物質循環(huán)、能量流動和信息傳遞，生態(tài)系統(tǒng)通過自我調節(jié)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)”。

設計制作生態(tài)缸可以幫助學生學習知識，增進理解，演示生物與環(huán)境之間的相互依存關系及探究生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)能力，生動直觀。本研究在自制生態(tài)缸的基礎上，增加生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力測試實驗及生態(tài)環(huán)境調查內容。通過項目式學習的方式，圍繞生態(tài)缸制作，展開一段時間持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)知識學習和應用，通過問題驅動，進行深度學習，實現利用課內知識解決現實世界真實問題的目的。

二、項目學習目標

生物學學科核心素養(yǎng)是學生在學習過程中習得的受益終身的成果，是學生在解決生物學問題時所表現出來的必備品格和關鍵能力，所以，落實生物學學科核心素養(yǎng)是本次項目式學習的根本目標。在項目式教學中，項目目標起著非常重要的作用，基于課程標準的內容要求、學業(yè)要求和學生質量標準，制訂了如下教學目標[6]。

（一）通過設計和選擇生態(tài)缸的生物和非生物成分，嘗試對設計的合理性進行論證和科學解釋，闡明生態(tài)缸中生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及相互關系，培養(yǎng)學生自覺、有效地獲取、評估、使用信息的能力。

（二）通過觀察和討論分析生態(tài)缸中的生產者和消費者的生態(tài)位及它們之間形成的營養(yǎng)結構，分解者存在的必要性，理清生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構以及群落的種間關系和空間結構。

（三）通過構建概念圖，分析生態(tài)缸中生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動關系，進一步提升物質與能量觀。

（四）通過觀察并記錄生態(tài)缸內生物生長情況，解決項目進行時遇到的問題，理解生態(tài)系統(tǒng)具有保持或恢復自身結構和功能相對穩(wěn)定，認識生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，提升解決現實問題的能力。

（五）通過生態(tài)缸制作的項目延伸，探尋筼筜湖生態(tài)環(huán)境變遷，關注廈門市筼筜湖生態(tài)環(huán)境問題和治理情況，積極運用生物學知識，樹立生態(tài)文明的理念，形成生態(tài)意識，踐行生態(tài)環(huán)境保護。

三、項目流程

開展生態(tài)缸的方案設計、實踐生態(tài)缸的制作、生態(tài)缸的穩(wěn)定性研究和生態(tài)環(huán)境調查四個項目任務，建構生態(tài)系統(tǒng)的知識體系，形成生態(tài)系統(tǒng)結構決定功能以及平衡與穩(wěn)態(tài)的生命觀念。同時在項目學習中了解我國目前面臨的生態(tài)環(huán)境問題，提高生態(tài)意識。認識到建設美麗中國，每個人都有責任、有義務，都需要付諸共同的行動。

通過調查廈門筼筜湖生態(tài)環(huán)境發(fā)展，探尋生態(tài)環(huán)境變遷中的人類影響，了解家鄉(xiāng)和學校建設，落實學科育人。

四、項目任務及實施

任務１：生態(tài)缸方案設計

【資料】人教版高中生物選擇性必修2《生物與環(huán)境》第3章《生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性》的內容，生態(tài)系統(tǒng)的結構知識，理解生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和營養(yǎng)結構。生態(tài)系統(tǒng)的組成成分包含非生物和生物兩大部分，生物和非生物通過相互作用，形成統(tǒng)一的整體。生產者、消費者與分解者之間的關系，歸根結底是食物的關系，生態(tài)系統(tǒng)內各種生物之間的這種復雜的營養(yǎng)關系構成了食物鏈、食物網。

【教師】生態(tài)缸是人工模擬的小型生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)缸的系統(tǒng)相對簡單，應該選擇哪些生物和非生物呢？

【學生】學生結合教材生態(tài)系統(tǒng)的知識，通過資料查閱和實地調查，了解廈門本地池塘生態(tài)系統(tǒng)的常見主要物種，了解他們的生活習性等基本情況，從各種成分中選擇典型的種群。

【教師】生態(tài)系統(tǒng)的各組分之間有什么樣的營養(yǎng)關系？他們在群落當中的生態(tài)位如何？如何確定他們的數量關系？

【學生】回顧生態(tài)系統(tǒng)的結構知識，畫出生物成分之間的關系，形成食物網。聯系生態(tài)系統(tǒng)的功能，結合能量流動和物質循環(huán)的特點及生態(tài)缸的大小，分析生物成分之間的數量關系；結合群落的空間結構，確定各成分的數量及植物的種植位置。分析合理性，逐步完善，形成初步方案。

【教師】生態(tài)缸結構設計還有哪些需要注意的事項？

【學生】設計一個人工模擬的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，制作的生態(tài)缸必須是透明且密封的，瓶內的各種生物之間及其無機環(huán)境之間必須能夠在一定時間內處于相對穩(wěn)定的動態(tài)平衡。應該關注溫度、光照等因素的影響，避免陽光直射，以免溫度太高導致生物死亡，生態(tài)缸不宜太小，水量適中。

任務２：生態(tài)缸制作及觀察

【教師】生態(tài)缸密封后，發(fā)生了什么變化？是否能夠穩(wěn)定存在？在制作生態(tài)缸的過程中，有的生態(tài)缸穩(wěn)定性很高，而有的生態(tài)缸卻迅速崩潰，為什么會出現這樣的結果？原因是什么？

【學生】按照方案制作生態(tài)缸，持續(xù)觀察，依據情況對其中的成分進行調整和補充。如果生態(tài)系統(tǒng)中的成分迅速死亡，生態(tài)系統(tǒng)崩潰，學生應檢查并總結失敗的原因，進行第二次設計與制作。直至觀察一段時間后生態(tài)缸中的生物成分都成活，對生態(tài)缸進行封閉處理。觀察封閉后生態(tài)系統(tǒng)內生物存活狀態(tài)和數量變化，直至趨于穩(wěn)定。

【教師】生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定后，最后各成分的數量如何？為什么會維持這樣的數量關系？各種生物在生態(tài)系統(tǒng)中扮演什么角色？其作用是什么？

【學生】持續(xù)觀察記錄，分析成分的變化并分析原因。

【教師】生態(tài)缸中生物群落的空間結構如何？這樣的結構對生物而言有何意義？

【作品展示】展示制作的成果——生態(tài)缸的現狀，展示制作過程中遇到問題、解決問題及團隊合作情況。

任務3：生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

【干擾因素設計】提出感興趣的生態(tài)缸穩(wěn)定性干擾研究課題，設計實驗。針對目前常見的污染問題，進行干擾實驗設計，探究水體富營養(yǎng)化、石油污染、塑料垃圾污染、外來物種入侵等干擾因素對生態(tài)環(huán)境的影響，分析人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響。學生通過已經學習過的實驗設計原則，分析實驗變量，制訂觀察指標，設計實驗并開展實驗，分析結果得出結論。

【干擾實驗實施】利用生態(tài)缸制作完成后一段時間仍然比較穩(wěn)定的，比較成功的生態(tài)缸繼續(xù)開展探究性實驗，發(fā)散思維，加強和鞏固外界因素對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要作用，以此突破生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性這一難點。分層教學，對有需要的學生通過教師引導，設計更加復雜的實驗，幫助學生更好地理解已完成的工作，解決開放性問題。幫助學生按照科學的原則設計作品，基于證據驗證假設、發(fā)現并得出解決問題的方案。培養(yǎng)學生將課內知識向真實生活遷移的科學思維和科學探究素養(yǎng)，體驗科學探究的魅力。

任務4：課堂知識延伸：生態(tài)環(huán)境調查報告

【報告展示】在校內及公共平臺展示作品，進行評價

根據高中生物學課程中的基礎知識，查閱資料，開展實地考察、訪談、調查問卷等活動，探尋歷史中筼筜湖的生態(tài)環(huán)境變化，利用多種方式對廈門筼筜湖生態(tài)環(huán)境保護措施進行調查研究，形成調研報告。積極運用生物學知識，樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，形成生態(tài)意識，參與環(huán)境保護；提升學生的應用和創(chuàng)新能力，發(fā)散學生的思維；利用科學、技術、工程或數學等學科相關知識解決問題；通過對設計作品的評價，提升審美[7]。

項目式學習評價：

1.評價目的：全面考核學生的必備知識、關鍵能力，提升學生核心素養(yǎng)；

2.評價工具：過程性評價表、測試題、項目成果展示評價；

3.評價形式：學生自評、小組評價、教師評價、公眾評價；

4.評價時間：項目實施過程中及結束后。

【項目評價】在項目式學習中，評價不是僅在成果展示階段進行，而是貫穿整個過程，使學習評價與學習目標、學習活動、學習成果保持一致，有利于促進學生的發(fā)展。根據項目式學習的特點，項目式學習的學習目標是知識、能力和綜合素養(yǎng)，學生在項目中的分工不同，無法按統(tǒng)一標準進行評價。因此，僅通過紙筆測試是不夠的，應根據項目目標，從多角度對學生進行評價，著重于表現性評價方法的使用。根據項目的教學目標，制訂符合課標的評價量表，采用自評、互評、組評和師評相結合的方式，對學生的學習過程進行評價，衡量學生在項目式學習中的表現。教師應尊重學生的個性發(fā)展，鼓勵學生進行自我評價，肯定自己的優(yōu)點，發(fā)現自己的問題；小組評價在項目進行過程中可以起到很好的監(jiān)督作用，看到其他同學的優(yōu)點；教師評價可以很好地發(fā)散學生的思維，引導學生進行深入的思考[8]。

五、項目反思

本課例通過整合課內外實踐活動，通過基于項目的問題探究，使學生掌握學科知識、發(fā)展關鍵能力，同時提升了學科素養(yǎng)。在利用生態(tài)系統(tǒng)的知識設計生態(tài)缸的過程中，逐步分析和解決遇到的真實問題，基于STEAM理念鏈接知識與工程。通過對家鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境的調查，關注生態(tài)環(huán)境問題，認識到環(huán)境保護的緊迫性。教師的身份在項目式教學活動中發(fā)生變化，是知識技能的傳授者、知識應用的引導者、學生活動的觀察者、最終是學習的推動者。

項目式學習充滿了創(chuàng)造性和可能性，調動了學生的自學能力及動手能力，激發(fā)了思維的發(fā)散性，使學生在學習中體會到成功的喜悅，有助于提升學生自我效能感。項目式學習需要學生自主構建知識，更加關注學生的能力培養(yǎng)，探究問題的內驅力。項目式學習能夠不斷提升學生對學科研究的參與度，在參與中提升評價、口頭表達、寫作等技能，鍛煉了人際交往能力。

結束語

在項目式學習中，學生對核心概念的理解不是通過背誦、識記等方式獲得的，而是在解決問題過程中自然發(fā)生的，學生能夠真正領悟知識背后的奧秘，是通過高階思維的培養(yǎng)帶動低階知識的學習的過程。

參考文獻

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[8]史有志.新高考背景下高中生物如何踐行教學的有效性[J].第二課堂（D），2023（1）：90.

本文系集美區(qū)教育科學規(guī)劃課題“STEM視域下PBL教學法在高中生物實驗教學中的應用研究”（課題批準號：21103）成果。