基于情境創(chuàng)設(shè)的學(xué)科核心素養(yǎng)落實
——“生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)”教學(xué)設(shè)計

李春燕

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)高淳學(xué)校 江蘇南京 211300)

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)對課程目標(biāo)、課程內(nèi)容等進行了更新,制定了學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),引領(lǐng)育人方式的轉(zhuǎn)變和考試評價的改革。其中課程理念中提出選擇恰當(dāng)?shù)恼鎸嵡榫?設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù),讓學(xué)生積極參與動手和動腦的活動,解決現(xiàn)實生活中的某些問題,從而促進包括生命觀念、科學(xué)思維、探究實踐和態(tài)度責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)落實。此外,2019年中共中央國務(wù)院頒布的《關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見》文件中提出要堅持立德樹人,著力培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時代新人,重視情境教學(xué)。基于此,筆者結(jié)合自身實際教學(xué)經(jīng)驗和教科研所得,以“生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計為例,通過創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生參與某一社會性科學(xué)議題的討論,落實生物學(xué)科相關(guān)核心素養(yǎng)。

1 教材分析及設(shè)計思路

“生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動與物質(zhì)循環(huán)”是蘇教版初中《生物學(xué)·八年級·上冊》第十九章第二節(jié)的內(nèi)容。第十九章第一節(jié)從宏觀和微觀上說明了生態(tài)系統(tǒng)的成分、功能、食物鏈(網(wǎng))、生物富集等。第二節(jié)第一課時“生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動”從能量觀角度闡述了能量流動的特點。本節(jié)“生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)”屬于第二節(jié)第二課時,它從物質(zhì)的角度闡述生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán),重點是碳循環(huán),是后續(xù)生物圈生態(tài)平衡等內(nèi)容的基礎(chǔ),同時有助于學(xué)生真正理解生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)涵。

根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》課程內(nèi)容的編排,本節(jié)內(nèi)容隸屬于主題三“生物與環(huán)境”下大概念“生物與環(huán)境相互依賴、相互影響,形成多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)”中的一個重要概念?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》指出,通過本主題的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠運用系統(tǒng)與整體的思維方式認(rèn)識生物與環(huán)境的關(guān)系,認(rèn)同山水林田湖草是一個生命共同體,形成熱愛自然、敬畏自然的情感,樹立人與自然和諧共生的生態(tài)觀,確立生態(tài)文明觀念。其提供的情境素材建議包括全球變暖與我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)的主要舉措等。因此,教師引入“全球變暖與我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)的主要舉措”這一社會性科學(xué)議題,創(chuàng)設(shè)情境,引導(dǎo)學(xué)生自主參與該議題討論,從而發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標(biāo)

①描述生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán),構(gòu)建碳循環(huán)模型,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維;比較“能量流動和物質(zhì)循環(huán)”的關(guān)系,形成物質(zhì)與能量觀、系統(tǒng)觀等生命觀念。

②通過“碳達峰、碳中和”相關(guān)資料分析,探討低碳生活的方式。

③確立低碳生活的態(tài)度,形成環(huán)境保護意識,初步形成人與自然和諧共生的生態(tài)文明觀念,積極參與環(huán)境保護實踐,增強態(tài)度責(zé)任素養(yǎng)。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)議題情境,提出關(guān)鍵問題

課前,教師分發(fā)預(yù)學(xué)案,學(xué)生以小組為單位查閱相關(guān)信息。課上,教師播放“2020年9月,中國在聯(lián)合國大會上向世界宣布了2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)”視頻。視頻中介紹了什么是碳達峰、碳中和。教師提出關(guān)鍵問題:碳達峰、碳中和中的“碳”主要指什么? 學(xué)生觀看視頻,思考問題,說出“雙碳行動”中的“碳”主要指排放到大氣中的二氧化碳。

教師向?qū)W生展示1760年—2020年大氣層二氧化碳濃度變化曲線圖(圖1),并提出問題:在地球漫長的發(fā)展歷程中,大氣中的二氧化碳含量是如何維持相對穩(wěn)定的? 是什么打破了這種相對平衡的局面? 我們能為“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)做出哪些行動?

設(shè)計意圖:教師利用熱點新聞視頻,創(chuàng)設(shè)真實情境,將課本中的碳循環(huán)與實際問題聯(lián)系起來,引發(fā)學(xué)生對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程的思考,激發(fā)學(xué)生的關(guān)注和學(xué)習(xí)興趣。

3.2 構(gòu)建知識模型,應(yīng)用核心概念

3.2.1 環(huán)節(jié)一:大氣中的二氧化碳含量是如何維持相對穩(wěn)定的?

學(xué)生閱讀教材文字及生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)示意圖(圖2)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考:①碳在生物體內(nèi)主要以什么形式存在? 消費者體內(nèi)的碳來源于哪里?②生產(chǎn)者、消費者、分解者的哪些生命活動會影響大氣中二氧化碳的含量? 將圖2 補充完整。③據(jù)圖2闡述大氣二氧化碳的來源和去向。學(xué)生小組交流得出碳在生物體內(nèi)主要以有機物形式存在;消費者體內(nèi)的碳通過直接或間接取食生產(chǎn)者獲得。生產(chǎn)者的光合作用和呼吸作用、消費者的呼吸作用、分解者的分解作用等會影響大氣中二氧化碳含量的變化。學(xué)生代表投影展示生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)示意圖的填寫情況,由其他小組成員進行評價、修訂。修訂后,學(xué)生闡述大氣二氧化碳的來源和去向進而描述碳循環(huán)的過程。

在學(xué)生認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)后,教師引導(dǎo)學(xué)生角色扮演闡述一段內(nèi)容,請其他同學(xué)猜猜它是生產(chǎn)者、消費者還是分解者? 學(xué)生通過活動充分領(lǐng)悟生態(tài)系統(tǒng)中的綠色植物、動物、微生物在碳循環(huán)中分別發(fā)揮的作用。

教師給出生產(chǎn)者、消費者、分解者、大氣、箭頭(箭頭表示出碳的流動方向)等要素,布置學(xué)生繪制出碳循環(huán)的模型圖(圖3)。教師再補充氮循環(huán)、磷循環(huán)的模型圖,引導(dǎo)學(xué)生歸納出生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)的概念。

圖3 碳循環(huán)的模型圖

設(shè)計意圖:教師通過問題搭設(shè)臺階,引導(dǎo)學(xué)生思考大氣碳庫中二氧化碳的主要來源和去向,通過角色扮演分析綠色植物、動物、微生物在碳循環(huán)中分別發(fā)揮的作用,從而促進學(xué)生構(gòu)建碳循環(huán)模型,既提高了學(xué)生的分析、建模、歸納和總結(jié)的科學(xué)思維,也提升了學(xué)生的模型建構(gòu)能力,有助于學(xué)生運用系統(tǒng)與整體的思維方式認(rèn)識生物與環(huán)境的關(guān)系,認(rèn)同山水林田湖草是一個生命共同體,促進學(xué)生系統(tǒng)整體觀等生命觀念的形成。

3.2.2 環(huán)節(jié)二:是什么打破了大氣中的二氧化碳含量相對平衡的局面?

學(xué)生再次閱讀已填完整的生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)示意圖,分析化石燃料的過度燃燒、樹木的過度砍伐等都會打破大氣中的二氧化碳含量相對平衡的局面,進而造成“溫室效應(yīng)”。學(xué)生結(jié)合課前小組合作查找的關(guān)于“溫室效應(yīng)”的資料,觀看教師播放介紹溫室效應(yīng)的視頻,逐步認(rèn)識大氣中的二氧化碳含量維持相對平衡的重要意義。

教師向?qū)W生分享資料“一件T 恤的碳足跡”,其中介紹了一件200 多克的純棉T 恤如何能排放出接近自身重量30 倍左右的二氧化碳,又需要種植多少棵樹才能實現(xiàn)碳中和。此外,教師向?qū)W生介紹手機微信小程序“碳足跡計算工具”,利用碳足跡計算小程序,邀請學(xué)生計算日常衣、食、住、行、用相關(guān)物品的生產(chǎn)、使用過程中會排放多少二氧化碳,需要種植多少棵樹才能實現(xiàn)碳中和。學(xué)生課后可以使用小程序計算日常穿著、用電、用水、乘坐不同交通工具、使用一個塑料袋、吃不同食物等的碳足跡。

設(shè)計意圖:嘗試說明打破大氣中的二氧化碳含量相對平衡局面的原因和大氣中的二氧化碳含量維持相對平衡的重要意義。通過計算碳足跡等更直觀地展示人類生活時排放到大氣中的二氧化碳的量,促進學(xué)生形成環(huán)境保護意識,初步形成人與自然和諧共生的生態(tài)文明觀念,增強學(xué)生的態(tài)度責(zé)任素養(yǎng)。

3.3 解決實際問題,升華情境

教師圍繞“我們能為‘雙碳’目標(biāo)的實現(xiàn)做什么?”組織頭腦風(fēng)暴活動。小組成員共同學(xué)習(xí)資料,提出低碳衣著、低碳飲食、低碳居住、低碳出行的策略,選派代表向全班分享,再由其他小組成員點評、補充。

最后,教師PPT 展示“我的南京”APP“碳積分兌換板塊”;“支付寶”APP“螞蟻森林”板塊,向?qū)W生展示個人低碳生活方式如何形成社會性合力,為國家“雙碳目標(biāo)”的實現(xiàn)貢獻力量。

設(shè)計意圖:教師引導(dǎo)學(xué)生從自身出發(fā)提出低碳衣著、低碳飲食、低碳居住、低碳出行的策略等,不僅鞏固了所學(xué)知識,也培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和能力,學(xué)生初步形成生態(tài)文明觀念,積極參與環(huán)境保護實踐,立志成為美麗中國的建設(shè)者,為國家實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”而行動。

3.4 聯(lián)系前后知識,推進概念體系建構(gòu)

教師聯(lián)系上節(jié)課學(xué)習(xí)的能量流動的特點提出問題:①物質(zhì)循環(huán)與能量流動有什么關(guān)系? 又有何區(qū)別? ②假如沒有物質(zhì)循環(huán),能量是否能在營養(yǎng)級間實現(xiàn)流動? ③假如沒有能量的供應(yīng),物質(zhì)循環(huán)是否能正常進行? 學(xué)生交流表達出生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是伴隨物質(zhì)循環(huán)進行的,能量流動時單向流動、逐級遞減;而物質(zhì)是不斷循環(huán)的。假如沒有物質(zhì)循環(huán),能量不能在營養(yǎng)級間實現(xiàn)流動;假如沒有能量的供應(yīng),物質(zhì)循環(huán)也無能正常進行;因此,生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和物質(zhì)循環(huán)是同時存在、相互依存形成的統(tǒng)一整體。教師再安排學(xué)生以表格的形式比較能量流動和物質(zhì)循環(huán)(表1)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)循環(huán)比較

設(shè)計意圖:引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識,認(rèn)識物質(zhì)循環(huán)是能量流動的載體,能量流動是物質(zhì)循環(huán)的動力。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和物質(zhì)循環(huán)是相互依存形成的統(tǒng)一整體,有助于學(xué)生主動推進概念體系建構(gòu),促進學(xué)生的物質(zhì)與能量觀、系統(tǒng)觀等生命觀念的形成,學(xué)生通過比較、分析等提升了科學(xué)思維。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課通過創(chuàng)設(shè)議題情境,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注和參與社會性科學(xué)議題“全球變暖與我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)的主要舉措”的討論,從新的角度開展教學(xué)。學(xué)生在關(guān)注和參與社會性科學(xué)議題討論的情境中獲取知識、建構(gòu)模型,培養(yǎng)科學(xué)思維、形成物質(zhì)與能量觀、系統(tǒng)觀等生命觀念,同時聯(lián)系自身實際探討低碳生活的方式,確立低碳生活的態(tài)度,初步形成人與自然和諧共生的生態(tài)文明觀念,積極參與環(huán)境保護實踐,增強學(xué)生的態(tài)度責(zé)任素養(yǎng),這樣充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主導(dǎo)、以情境問題為驅(qū)動啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí),并在學(xué)習(xí)過程中潛移默化地落實生物學(xué)核心素養(yǎng),讓生物學(xué)習(xí)真正發(fā)生。

類似與中學(xué)生物學(xué)內(nèi)容貼切的情境還有很多,教師在選擇情境并設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)時,需要深入分析學(xué)情,合理設(shè)計問題串、動態(tài)關(guān)注學(xué)生表現(xiàn)情況等提升教學(xué)效能。此外,在學(xué)生學(xué)業(yè)評價方面,無論是紙筆測驗或開放性調(diào)查等,都應(yīng)恰當(dāng)?shù)匕迅黝惽榫橙谌肫渲?真正從教學(xué)、評價等各方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

總之,情境創(chuàng)設(shè)融入生物學(xué)教學(xué)可以使生物學(xué)知識與社會熱點、生產(chǎn)生活實際、傳統(tǒng)文化等相結(jié)合,引導(dǎo)學(xué)生活學(xué)活用知識,綜合提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)。