基于核心素養(yǎng)下生態(tài)瓶的設(shè)計(jì)與制作

沈潔瓊

【摘要】生物學(xué)概念是人們對(duì)生物及其生理現(xiàn)象本質(zhì)屬性的認(rèn)識(shí)和總結(jié)[1]。概念的獲得往往建立于實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，是對(duì)生物學(xué)事實(shí)的總結(jié)與提升。核心素養(yǎng)是個(gè)體終身發(fā)展中最關(guān)鍵、最必要的基礎(chǔ)素養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行概念教學(xué)是兼顧知識(shí)與能力，構(gòu)建生物核心素養(yǎng)的有效方法。

【關(guān)鍵詞】概念教學(xué)? 生物實(shí)驗(yàn)? 核心素養(yǎng)

【中圖分類號(hào)】G63? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）13-0251-01

概念是知識(shí)的高度抽象與概括，實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生能力的一種重要途徑和手段，生物學(xué)科學(xué)的形成和發(fā)展都離不開實(shí)驗(yàn)[2]。核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。將概念教學(xué)滲透于生物實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的構(gòu)建。

2017年版生物課標(biāo)中選擇性必修課程概念2即“生態(tài)系統(tǒng)中的各成分相互影響，共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞，生態(tài)系統(tǒng)通過自我調(diào)節(jié)保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)”。為幫助學(xué)生對(duì)該核心概念的理解，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升，新課標(biāo)明確開設(shè)的實(shí)驗(yàn)包括：“設(shè)計(jì)并制作生態(tài)瓶，觀察和比較不同生態(tài)瓶中生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，撰寫報(bào)告分析其原因?！?故本實(shí)驗(yàn)的開展既是新課標(biāo)的要求，亦是學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)提升的基石。

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生以小組為單位設(shè)計(jì)一個(gè)微型的人工模擬的池塘生態(tài)系統(tǒng)，并觀察其穩(wěn)定性。選出組長(zhǎng)負(fù)責(zé)主持研究工作，各組員分工合作。在課堂討論的基礎(chǔ)上，由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，擬定觀察記錄表。實(shí)驗(yàn)操作部分安排在課后進(jìn)行，定期觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析討論實(shí)驗(yàn)成敗原因，設(shè)計(jì)改良方法，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

一、感知概念，形成正確生命觀

生態(tài)系統(tǒng)是生物群落及非生物環(huán)境所構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能系統(tǒng)。模擬構(gòu)建的人工生態(tài)系統(tǒng)必須具備生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者以及陽(yáng)光、空氣、水等非生物因素。在建模前，教師建議學(xué)生先調(diào)查池塘生態(tài)系統(tǒng)的主要生物群落及其無機(jī)環(huán)境，了解它們的基本情況。并請(qǐng)學(xué)生思考1：生態(tài)瓶為什么必須是透明的？提示：既能讓植物受到光照又便于觀察。思考2：瓶中的水是否要加滿？提示：不能，應(yīng)留出一定空間，使瓶?jī)?nèi)保留一部分空氣。思考3：為什么要加蓋封口？提示：所構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)必須是密封的，才能探究生態(tài)系統(tǒng)維持穩(wěn)態(tài)的條件。思考4：為什么不適宜放在直射的高強(qiáng)度的自然光下？提示：防止水溫過高導(dǎo)致水生植物死亡。學(xué)生調(diào)查思考的過程正是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)組成成分的具體感知，通過直觀的接觸了解，進(jìn)一步明確生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者的界定。讓學(xué)生在掌握概念性知識(shí)的基礎(chǔ)上形成正確生命觀念，熱愛自然、尊重自然，理解生命是結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一體，體會(huì)進(jìn)化與適應(yīng)密切關(guān)聯(lián)。

二、理解概念，認(rèn)同生命共同體

生態(tài)瓶是一個(gè)人工模擬的封閉的生態(tài)系統(tǒng)，要使該生態(tài)系統(tǒng)在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)態(tài)，就必須要實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。教師提醒學(xué)生注意：封閉生態(tài)系統(tǒng)對(duì)其中成分和比例有著更高的要求。請(qǐng)學(xué)生思考1：為什么不能放入太多動(dòng)物？且個(gè)體不宜過大？提示：消費(fèi)者過多，會(huì)消耗大量氧氣，在密閉環(huán)境中容易缺氧導(dǎo)致死亡。思考2：為什么密閉的生態(tài)瓶可以較長(zhǎng)時(shí)間維持穩(wěn)態(tài)？提示：在該密閉生態(tài)系統(tǒng)中，既有各生物成分，又有非生物的物質(zhì)和能量，既有物質(zhì)循環(huán)又有能量流動(dòng)。雖然營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，但這是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，可以保持相對(duì)穩(wěn)定。通過思考與討論，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生態(tài)瓶中各種生物之間以及生物與無機(jī)環(huán)境之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步理解物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的內(nèi)容及其重要性。認(rèn)同生物之間相互依賴相互制約，生物適應(yīng)環(huán)境，環(huán)境也能影響生物，生物與環(huán)境是不可分割的整體。

三、深化概念，發(fā)展科學(xué)思維

生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是生物學(xué)的重要概念，而“觀察和比較不同生態(tài)瓶中生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”正是本實(shí)驗(yàn)的目的之一。請(qǐng)學(xué)生思考：影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的因素有哪些？提示：光照、溫度、水質(zhì)、植物量或動(dòng)物量等因素。各小組選定一個(gè)影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的條件設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，設(shè)置對(duì)照，擬定觀察記錄表。讓學(xué)生學(xué)會(huì)尊重科學(xué)事實(shí)，形成實(shí)證意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度，崇尚真理。能夠運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識(shí)事物、解決問題、規(guī)范行為。

四、構(gòu)建模型，學(xué)會(huì)科學(xué)探究

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述。對(duì)有些科學(xué)問題的探究既無法用真實(shí)模型，也無法找到替代模型，此時(shí)，便可借用人工模擬的方法來開展研究。本實(shí)驗(yàn)即充分體現(xiàn)了建模思想，利用生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)模型——生態(tài)瓶，模擬真實(shí)的生態(tài)系統(tǒng)，觀察生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，探究光照、溫度、水質(zhì)、植物量或動(dòng)物量等不同因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的影響，確定研究?jī)?nèi)容，注意控制變量。通過動(dòng)植物生活情況、水質(zhì)變化等判斷生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，記錄生態(tài)瓶達(dá)到比較穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間以及其中最先死亡的生物并分析主要原因。結(jié)合觀察實(shí)際，進(jìn)一步加深對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)全班每組學(xué)生所制作的生態(tài)瓶穩(wěn)定性維持時(shí)間的長(zhǎng)短。思考：為什么生態(tài)瓶中的生物可以生存一段時(shí)間，最后又全部死亡？提示：由于生態(tài)瓶中的生態(tài)系統(tǒng)極為簡(jiǎn)單，自我調(diào)節(jié)能力較差，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性容易被破壞。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行科學(xué)推理，得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。再通過一系列的分析總結(jié)與交流，學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性有更全面深入的了解，并深刻體驗(yàn)到維持生態(tài)平衡的難度，進(jìn)一步地懂得了生態(tài)系統(tǒng)的脆弱，意識(shí)到人類有責(zé)任和義務(wù)維護(hù)生態(tài)平衡。

本實(shí)驗(yàn)以生態(tài)系統(tǒng)為核心概念，涉及生態(tài)系統(tǒng)成分、物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)三個(gè)重要概念。概念之間的內(nèi)在聯(lián)系構(gòu)成了生物與環(huán)境的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，建立了關(guān)于生物與環(huán)境關(guān)系的思維模型，通過生態(tài)系統(tǒng)模型的構(gòu)建與研究，學(xué)生能更好地理解概念及所構(gòu)成的體系。學(xué)生從學(xué)習(xí)者向組織者、活動(dòng)者、探究者、實(shí)踐者轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，加速知識(shí)、能力轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)，促進(jìn)生物核心素養(yǎng)的進(jìn)階與提升，成為更全面發(fā)展的人。

參考文獻(xiàn)：

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