指向科學(xué)思維培養(yǎng)的高中生物學(xué)一輪復(fù)習(xí)教學(xué)實(shí)踐

李雨殷

［摘 要］文章以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”一輪復(fù)習(xí)為例，通過創(chuàng)設(shè)“改造新會柑果園”的情境，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維；引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分析與綜合、歸納與概括等思維方法建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程模型、生態(tài)金字塔模型，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維；引導(dǎo)學(xué)生從能量流動角度解決真實(shí)情境問題，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力；通過拓展遷移，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，提高復(fù)習(xí)的效果。

［關(guān)鍵詞］科學(xué)思維；高中生物學(xué)；一輪復(fù)習(xí)；生態(tài)系統(tǒng)的能量流動

［中圖分類號］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）29-0088-03

科學(xué)思維的表現(xiàn)形式是科學(xué)思維方法，其種類包括比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括以及批判性思維［1］。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標(biāo)》）中明確指出科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，并確定了科學(xué)思維的不同發(fā)展水平［2］。這為高考試題命制提供了科學(xué)依據(jù)。因此，考查科學(xué)思維是高考的重點(diǎn)方向。在日常生物學(xué)教學(xué)中，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維是重要的目標(biāo)之一。本文以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”一輪復(fù)習(xí)為例，探討在日常生物學(xué)教學(xué)活動中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

一、教材及學(xué)情分析

“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”是人教版（2019年）高中生物學(xué)選擇性必修2第3章第2節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)復(fù)習(xí)課是在種群、群落的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步過渡到對生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，為后續(xù)復(fù)習(xí)人與環(huán)境的內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)。而能量流動是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一，對維持生態(tài)平衡有重要作用，是發(fā)展學(xué)生系統(tǒng)觀、物質(zhì)與能量觀的重要內(nèi)容之一。同時，該部分內(nèi)容也可與必修1中細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用建立聯(lián)系。在等級考試中，此部分內(nèi)容重點(diǎn)考查信息獲取和整理能力、邏輯推理能力、分析判斷能力、遷移應(yīng)用能力等能力。因此，在復(fù)習(xí)時不僅要回顧核心知識，還要注重訓(xùn)練和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

在知識方面，高三學(xué)生對生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程的認(rèn)識較為混亂，不能較好地運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的規(guī)律。在能力方面，學(xué)生具備一定的分析推理能力和邏輯思維能力，但基于事實(shí)建構(gòu)概念模型、運(yùn)用知識解決問題的能力還有待提高。

二、教學(xué)目標(biāo)

《課標(biāo)》對此部分內(nèi)容的要求為：分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)在生物群落與無機(jī)環(huán)境之間不斷循環(huán)、能量在生物群落中單向流動并逐級遞減的規(guī)律；舉例說明利用物質(zhì)循環(huán)和能量流動規(guī)律，人們能夠更加科學(xué)、有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源；解釋生態(tài)金字塔表征了食物網(wǎng)各營養(yǎng)級之間在個體數(shù)量、生物量和能量方面的關(guān)系。

基于《課標(biāo)》的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，并圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)及其表現(xiàn)水平，制訂了如下的教學(xué)目標(biāo)：

（1）通過創(chuàng)設(shè)單純種植柑樹的果園生態(tài)系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情境，分析能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級、第二營養(yǎng)級的過程，運(yùn)用歸納與概括的方法，使用圖示的方式表征柑果園生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程，發(fā)展系統(tǒng)觀、物質(zhì)與能量觀。（生命觀念；科學(xué)思維）

（2）基于柑果園生態(tài)系統(tǒng)的情境，建構(gòu)能量、生物量和個體數(shù)量的生態(tài)金字塔，表征生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點(diǎn)。（科學(xué)思維）

（3）從調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)能量流動關(guān)系的角度嘗試對單純種植柑樹的果園生態(tài)系統(tǒng)的升級改造提出合理化建議，并認(rèn)同研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的實(shí)踐意義。（科學(xué)思維；社會責(zé)任）

三、教學(xué)實(shí)踐

（一）創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)科學(xué)思維

在復(fù)習(xí)課的引入環(huán)節(jié)，教師簡要介紹學(xué)生熟知的當(dāng)?shù)厥称贰聲碳捌潢惼?，并?chuàng)設(shè)情境：在當(dāng)?shù)赜胁簧侔傩找苑N植新會柑為生，為助力鄉(xiāng)村振興，農(nóng)科院學(xué)生小鄭在調(diào)研某個新會柑果園生態(tài)系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)了一些不好的現(xiàn)象：種植物種單一，并受到了潛葉蛾、蚜蟲等害蟲的侵害，且害蟲的天敵較少，需噴較多的殺蟲劑；雜草長勢較快；人們只獲取新會柑的果皮，其余則丟棄。對此，他感到憂心忡忡。據(jù)此，教師提出核心任務(wù)：幫助小鄭同學(xué)，從生態(tài)系統(tǒng)能量流動的角度為這樣的柑果園升級改造提供建議。

從學(xué)生的生活情境和經(jīng)驗(yàn)出發(fā)設(shè)計(jì)情境主線——如何改造新會柑果園，并提出核心任務(wù)，從而引入對生態(tài)系統(tǒng)能量流動相關(guān)內(nèi)容的復(fù)習(xí)。從解決實(shí)際問題的角度出發(fā)，通過身邊的例子來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生思考周圍生活中存在的生物學(xué)問題，并應(yīng)用生物學(xué)知識解決問題。這不僅能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，增強(qiáng)學(xué)生熱愛家鄉(xiāng)、奉獻(xiàn)家鄉(xiāng)的情感。

（二）建構(gòu)模型，訓(xùn)練科學(xué)思維

1.建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程模型

教師提出問題：根據(jù)以上情境（暫不考慮該柑果園生態(tài)系統(tǒng)與人的聯(lián)系），該柑果園生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者、初級消費(fèi)者、次級消費(fèi)者有哪些？分別屬于第幾個營養(yǎng)級？學(xué)生自主學(xué)習(xí)，借助文字和箭頭繪制能量分別流經(jīng)該柑果園生態(tài)系統(tǒng)第一營養(yǎng)級和第二營養(yǎng)級的示意圖，小組交流討論，并達(dá)成共識，由小組代表分享討論結(jié)果（如圖1和圖2），其他小組進(jìn)行評價(jià)、補(bǔ)充和完善，教師適時進(jìn)行點(diǎn)評。

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生分析、比較第一營養(yǎng)級、第二營養(yǎng)級的能量去路，歸納兩者能量去路的共同點(diǎn)，讓學(xué)生使用圖示的方式表征柑果園生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖，并請學(xué)生代表結(jié)合示意圖概述柑果園生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程（如圖3）。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所建構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程示意圖回顧能量流動的概念和特點(diǎn)，并設(shè)置合理的問題：①為什么能量在生態(tài)系統(tǒng)中是單向流動的？②有人說柑果園生態(tài)系統(tǒng)是人工設(shè)計(jì)的，所以其營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率可由人任意控制，你認(rèn)為這種說法對嗎？引導(dǎo)學(xué)生回顧能量傳遞效率內(nèi)容，并繼續(xù)追問：為什么只有10%～20%的能量流入下一營養(yǎng)級？其他能量流去哪里了？

2.建構(gòu)生態(tài)金字塔模型

教師先引導(dǎo)學(xué)生基于柑果園生態(tài)系統(tǒng)的情境，用圖形表示柑果園生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔（如圖4）、生物量金字塔（如圖5）、個體數(shù)量金字塔（如圖6），學(xué)生代表展示并闡述其繪制的生態(tài)金字塔。緊接著追問：①柑果園生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔的每一層體積代表什么？②為什么能量金字塔和生物量金字塔是上窄下寬的形狀？③為什么柑樹和害蟲在數(shù)量關(guān)系上會出現(xiàn)倒金字塔的情況？讓學(xué)生進(jìn)行交流討論，從而加深學(xué)生對生態(tài)金字塔概念的理解。

整個環(huán)節(jié)教師緊扣情境，精心設(shè)置問題串，充分引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用歸納與概括、模型與建模等科學(xué)思維方法，通過概念模型的形式清晰梳理能量流動的過程，加強(qiáng)學(xué)生對必備知識的理解和掌握，發(fā)展學(xué)生的物質(zhì)與能量觀。充分利用新會柑果園生態(tài)系統(tǒng)的情境素材，培養(yǎng)學(xué)生獲取與整理信息的能力，提升學(xué)生的思維能力。

（三）解決問題，提升科學(xué)思維

教師再次提出情境導(dǎo)入時的核心任務(wù)：幫助小鄭同學(xué)，從生態(tài)系統(tǒng)能量流動的角度為這樣的柑果園升級改造提供建議。首先，引導(dǎo)學(xué)生回顧研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的實(shí)踐意義，并根據(jù)其實(shí)踐意義，從能量流動角度思考如何對單純種植柑樹的果園生態(tài)系統(tǒng)（如圖7）進(jìn)行升級改造。為了促進(jìn)學(xué)生深入思考，教師首先提出了引導(dǎo)性問題：①如何充分利用空間和資源，增大流入該柑果園生態(tài)系統(tǒng)的總能量？②為了使能量持續(xù)高效流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?，?yīng)該減少哪部分的能量流動？③是否可以通過環(huán)保的方式將雜草與害蟲中的部分能量進(jìn)行傳遞，使其最終被人類所利用呢？其方法是什么？④如何對柑果園實(shí)現(xiàn)能量的多級利用，從而提高能量的利用率？然后請學(xué)生對比分析柑果園改造前后的生態(tài)系統(tǒng)模式圖（如圖7和圖8），并從能量利用率、生態(tài)保護(hù)、經(jīng)濟(jì)效益等角度分析升級改造后的柑果園生態(tài)系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)。

將單純種植柑樹的果園生態(tài)系統(tǒng)模式圖和復(fù)合的果園生態(tài)模式圖作為素材進(jìn)行對比，從人們期望的“持續(xù)”“高效”與“綠色”地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益出發(fā)，圍繞增大能量的輸入、提高能量利用率、調(diào)整能量流動的關(guān)系等角度，提出引導(dǎo)性問題，讓學(xué)生基于情境信息和必備知識，展開關(guān)于研究能量流動的實(shí)踐意義的復(fù)習(xí)，重視學(xué)生在真實(shí)情境下的應(yīng)用能力、在分析問題和解決實(shí)際問題過程中科學(xué)思維能力的提升。

（四）遷移拓展，發(fā)展科學(xué)思維

教師呈現(xiàn)2020年高考全國Ⅲ卷第31題，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，實(shí)現(xiàn)對知識的遷移和應(yīng)用，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

（2020年高考全國Ⅲ卷第31題）假設(shè)某種藍(lán)藻（A）是某湖泊中唯一的生產(chǎn)者，其密度極大，使湖水能見度降低。某種動物（B）是該湖泊中唯一的消費(fèi)者?；卮鹣铝袉栴}：

（1）該湖泊水體中A種群密度極大的可能原因是? ? ? ? ? ? ? ?。（答出2點(diǎn)即可）

（2）畫出該湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量流動的示意圖。

（3）假設(shè)該湖泊中引入一種僅以A為食的動物（C）后，C種群能夠迅速壯大，則C和B的種間關(guān)系是? ? ? ? ? ? ? 。

教師充分挖掘情境價(jià)值，給學(xué)生布置拓展性作業(yè)：小鄭根據(jù)調(diào)研所發(fā)現(xiàn)的問題，準(zhǔn)備向政府提交一份發(fā)展綠色生態(tài)柑果園的建議書。請?jiān)囈孕∴嵉纳矸?，運(yùn)用所學(xué)知識，完成此建議書，字?jǐn)?shù)在300字以內(nèi)。以此號召學(xué)生心系鄉(xiāng)村振興，為祖國的發(fā)展貢獻(xiàn)力量，升華主題。

從素養(yǎng)立意的角度，布置作業(yè)，能展現(xiàn)學(xué)生邏輯思維的過程性，達(dá)到強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)思維，提升學(xué)生綜合素養(yǎng)的目的。在此過程中，學(xué)生主動進(jìn)行深度思考，嘗試用生態(tài)平衡的觀念解決相關(guān)生態(tài)問題，這進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生的科學(xué)思維。此外，該過程中還滲透社會責(zé)任，使學(xué)生心系鄉(xiāng)村振興，培養(yǎng)其家國情懷，鞏固其人與自然和諧相處、可持續(xù)發(fā)展的觀念。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課以“升級改造新會柑果園”這一情境貫穿整個教學(xué)過程，從真實(shí)的生活世界選取情境素材，以情境為載體引導(dǎo)學(xué)生思考、分析和判斷，讓學(xué)生回顧生態(tài)系統(tǒng)能量流動的一般規(guī)律和特征，認(rèn)識到研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的實(shí)踐意義，從而學(xué)會更加科學(xué)、有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源。在教學(xué)中，教師通過概念建模、問題引領(lǐng)以及任務(wù)驅(qū)動，加深學(xué)生對生物學(xué)重要概念的理解，進(jìn)一步提高學(xué)生分析解決生物學(xué)問題的能力。在整個教學(xué)過程中，教師以合理的問題作為任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)生小組內(nèi)合作、探討、歸納與概括，小組間進(jìn)行交流展示，最終建構(gòu)概念模型，發(fā)展物質(zhì)與能量觀。高三的復(fù)習(xí)課，不僅是對知識的復(fù)習(xí)與鞏固，更重要的是加深對概念的理解，提高在真實(shí)情境下運(yùn)用學(xué)科知識和概念解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題或完成任務(wù)的能力。通過解決問題或完成任務(wù)還可以激發(fā)、訓(xùn)練、提升和強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)思維，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 吳成軍.試論科學(xué)思維及其在生物學(xué)學(xué)科中的獨(dú)特性［J］.生物學(xué)教學(xué)，2018（11）：7-9.

［2］? 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［M］. 北京：人民教育出版社，2020.