鄒德樂

摘要 應用5E教學模式開展“生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”教學，制定指向核心素養(yǎng)的教學目標，結(jié)合科學幻想、資料分析、模型建構(gòu)、問題串等方法，引導學生主動參與知識構(gòu)建過程，借助該模式的各個環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)5E教學模式 生物學學科核心素養(yǎng)

中圖分類號C633. 91

文獻標志碼B

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）明確指出，課程的基本理念為“核心素養(yǎng)為宗旨，內(nèi)容聚焦大概念，教學過程重實踐，學業(yè)評價促發(fā)展”;根本任務是提高學生終身發(fā)展所需的生物學學科核心素養(yǎng)，同時建議通過每節(jié)課或每項活動逐步培養(yǎng)形成。5E教學模式是美國生物科學課程研究所提出的一種基于建構(gòu)主義理論和概念轉(zhuǎn)變理論的教學模式，引入我國后被廣泛應用于課堂教學。該模式主要由吸引（ Engagement）、探究（Exploration）、解釋（ Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）5個環(huán)節(jié)組成，其理念、環(huán)節(jié)與新課標所倡導的課程基本理念不謀而合。筆者嘗試運用該教學模式開展“生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”的教學.借助各個教學環(huán)節(jié)發(fā)展學生核心素養(yǎng)。

1 教學內(nèi)容分析

教學目標對教學活動發(fā)揮著導向作用，美國教育家布魯姆說過，有效的教學始于知道希望達到的目標是什么。本節(jié)是2017年版人教版《必修3.穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第五章“生態(tài)系統(tǒng)及穩(wěn)定性”第一節(jié)，是在學習了細胞、個體、種群、群落之后，對更高層次生命系統(tǒng)的探索，是學習生態(tài)系統(tǒng)的功能以及穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。研究課程標準可知，本節(jié)的內(nèi)容要求是建立次位概念“闡明生態(tài)系統(tǒng)由生產(chǎn)者、消費者和分解者等生物因素以及陽光、空氣、水等非生物因素組成，各組分緊密聯(lián)系使生態(tài)系統(tǒng)成為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一體”和“討論某一生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者和消費者通過食物鏈和食物網(wǎng)聯(lián)系在一起形成復雜的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)”。學生平時經(jīng)常接觸生態(tài)系統(tǒng)，在初中階段已對生態(tài)系統(tǒng)有了初步的學習，在高中也學習了細胞內(nèi)有機物的合成與分解等知識，因此對生態(tài)系統(tǒng)的成分不難進行判斷、歸類。但學生不知道其作為一個系統(tǒng)的內(nèi)涵，教師需使學生進一步建立各組分的聯(lián)系進而闡明生態(tài)系統(tǒng)的整體性，而對食物鏈（網(wǎng)）和營養(yǎng)級的拓展學習也是本節(jié)的教學重點。

2 教學目標

（1）通過對具體案例的分析，說出生態(tài)系統(tǒng)的組成成分，能運用結(jié)構(gòu)與功能觀闡明各組分的功能。

（2）通過分析物質(zhì)在各組分間的流動，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，認識生態(tài)系統(tǒng)是一個有機統(tǒng)一整體，嘗試對設(shè)計的生態(tài)系統(tǒng)進行修正，培養(yǎng)推理、建模、創(chuàng)造性思維、批判性思維等科學思維能力。

（3）通過討論多種生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，理解食物鏈（網(wǎng)）、營養(yǎng)級等概念，樹立生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

（4）通過關(guān)注當下生態(tài)系統(tǒng)存在的問題，嘗試利用所學為生態(tài)保護提出合理建議，培養(yǎng)社會責任素養(yǎng)。

3 教學環(huán)節(jié)

3.1 吸引

教師通過視頻展示一些被嚴重破壞的生態(tài)系統(tǒng)，引導學生思考：如果地球生態(tài)惡化到無法挽回，需要太空移民重建家園，請進行簡要的科幻繪畫。同時，結(jié)合前面所學，判斷視頻展示的是種群、群落，還是生態(tài)系統(tǒng)。學生在平板電腦上進行繪畫，彼此交流各自的作品。

設(shè)計意圖：近年來科幻電影、科幻文學大行其道，外太空是一個熱門話題，不少學生對《火星救援》《流浪地球》《三體>等津津樂道。教師貼近學情創(chuàng)設(shè)情境，有利于激發(fā)學生的興趣。對人工生態(tài)系統(tǒng)的科幻繪畫和判斷視頻中生命系統(tǒng)的層次可暴露學生的前科學概念，找準教學的起點。

中學生物教育往往重視科學發(fā)展的“過去式”和“現(xiàn)在式”，對未來的幻想常被認為是胡思亂想，對提高學習成績無益而不被鼓勵，久而久之學生的好奇心和想象力下降。從幫助學生適應未來發(fā)展和滿足個人需要的角度，教師創(chuàng)設(shè)科幻情境，促進學生發(fā)散思維;同時，對當下遭受破壞的生態(tài)系統(tǒng)進行關(guān)注，滲透社會責任。

3.2 探究一解釋

學生通過科幻繪畫對外太空的生態(tài)系統(tǒng)進行的猜測是否合理？教師繼續(xù)開展以下教學活動。

（1）教師展示我國重大科研項目“月宮一號”相關(guān)資料，引導學生分析相關(guān)問題。

資料1：“月宮一號”是我國建立的第一個、世界上第三個生物再生生命保障地基有人綜合密閉實驗系統(tǒng)。2018年5月15日，我國志愿者在其中進行了為期370 d的試驗獲得了圓滿成功，創(chuàng)造了人類密閉生存時間的世界紀錄。此次試驗實現(xiàn)了98%系統(tǒng)閉合度，氧氣和水100%在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)再生，80%的食物循環(huán)再生。

教師引導學生對此實驗進行提問，匯總問題主要集中在：這個閉合系統(tǒng)內(nèi)有什么？如何實現(xiàn)氧氣、水、食物等物質(zhì)循環(huán)？并引導學生回憶初中所學并嘗試回答。教師對學生的答案不做評價，進一步展示以下資料。

資料2：“月宮一號”是一種生物再生生命保障系統(tǒng)，它是基于生態(tài)系統(tǒng)原理將生物技術(shù)與工程控制技術(shù)有機結(jié)合，構(gòu)建由植物、動物、微生物組成的人工生態(tài)系統(tǒng)，為人類提供類似地球生態(tài)環(huán)境的生命保障。

資料3：“月宮一號”采用了人工光植物照明技術(shù)-LED植物照明，它能夠滿足多種植物對光照條件特定的需求，保障了農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

資料4：該微生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中，植物是核心部分包括5種糧食作物、15種蔬菜、1種水果。綠色植物通過光合作用提供食物和氧氣，又將二氧化碳和其他廢物“變廢為寶”。植物還是水凈化的功臣，通過根系吸收和葉片的蒸騰作用參與系統(tǒng)的水循環(huán)。微生物則擔負著下游的收尾工作，降解植物不可食用部分、排泄物和生活廢水等，使它們再生為植物提供水分和養(yǎng)料。科研團隊還在該系統(tǒng)中飼養(yǎng)了黃粉蟲，它喜歡食用麥子秸稈，能為人們提供豐富的蛋白質(zhì)。

教師根據(jù)資料，提出問題：每一個生物體的生存都離不開物質(zhì)和能量，分析資料中“月宮一號”生態(tài)系統(tǒng)的生物是怎樣獲得物質(zhì)和能量的？這些生物中哪些是自養(yǎng)的？哪些是異養(yǎng)的？教師引導學生按照不同種類生物的營養(yǎng)方式和它們在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，將生物進行分類。除生物之外，該系統(tǒng)還應含有什么？生態(tài)系統(tǒng)各種成分分別發(fā)揮什么作用？如果缺失某種成分會導致什么后果？通過問題驅(qū)動思考，逐步引導學生分析、總結(jié)各成分的功能。

教師引導學生認真閱讀資料4，結(jié)合教材相關(guān)知識，思考生態(tài)系統(tǒng)各成分之間的關(guān)系，嘗試建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。學生在小組內(nèi)進行模型的比較、解釋：每個箭頭代表的含義是什么？為什么非生物的物質(zhì)與能量和生產(chǎn)者之間為雙向箭頭？……隨后，教師播放有關(guān)“月宮一號的物質(zhì)循環(huán)”的視頻，學生對模型進行驗證。教師由模型中的生產(chǎn)者與消費者存在著捕食關(guān)系，聯(lián)系到食物鏈和食物網(wǎng)的學習，學生分析該人工生態(tài)系統(tǒng)中這些生物之間的食物聯(lián)系并寫出食物鏈，師生總結(jié)食物鏈的特點。

（2）教師引導學生對之前繪畫的人工生態(tài)系統(tǒng)進行分析。

類比“月宮一號”的生態(tài)學原理，學生對之前設(shè)計的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行反思，修正和細化這些最初的方案。隨后，教師引導學生開展在月球建立該生態(tài)系統(tǒng)的可行性討論。例如，針對解決月球上無適合植物生長的土壤時，學生聯(lián)系身邊的無土栽培提出配置營養(yǎng)液的方法。此外，該挑選哪些生物？如何建立這些生物間的聯(lián)系？怎么設(shè)置它們的比例關(guān)系？學生發(fā)散思維嘗試回答，也提出了更多的問題。最后，學生一致認為這是一項極為龐大而復雜的工程，難度巨大。至此，師生共同總結(jié)生態(tài)系統(tǒng)的定義。

設(shè)計意圖：教師將處理過的我國科學家的前沿研究呈現(xiàn)給學生，層層遞進引導他們分析和發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和內(nèi)在關(guān)系，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，隨后對之前自己幻想的生態(tài)系統(tǒng)進行修正、細化，力求學生在分析問題、解決問題中提高能力。此環(huán)節(jié)需要學生通過對具體科研事實進行分析，運用比較與分類、歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等思維方法，發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，作出科學合理的解釋。隨后，教師引導學生理解并完善科學幻想，幫助其認識前概念的不足，進而建構(gòu)科學概念，發(fā)展學生的批判性思維。這些均有助于科學思維和科學探究的養(yǎng)成，并著重培養(yǎng)學生的結(jié)構(gòu)與功能觀和生態(tài)觀等生命觀念。

3.3 遷移

學生意識到簡單的“月宮一號”與理想中豐富復雜的生態(tài)系統(tǒng)之間存在較大差距，會激發(fā)對身邊生態(tài)系統(tǒng)開展深入研究的欲望。教師應創(chuàng)設(shè)情境，引導學生進行深度思考。課前，教師拍攝身邊生態(tài)系統(tǒng)的照片并在后面書寫問題串：

①舉例說出這個生態(tài)系統(tǒng)中的成分和判斷依據(jù)。

②辨析：植物就是生產(chǎn)者嗎？動物就是消費者嗎？微生物就是分解者嗎？

③該生態(tài)系統(tǒng)中共有幾條食物鏈？什么是營養(yǎng)級，最長的食物鏈有幾個營養(yǎng)級？

④該生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈為什么能構(gòu)成食物網(wǎng)？這個食物網(wǎng)中有哪些種間關(guān)系，請舉例說明。

⑤復雜的食物網(wǎng)有什么優(yōu)點？在食物網(wǎng)中能否完成物質(zhì)的循環(huán)？還需要哪些成分？

⑥結(jié)合所學，談談日常生活中如何保護身邊的生態(tài)系統(tǒng)。

課上各小組抽取照片，小組成員跟隨問題串逐步分析，開展思維碰撞，隨后派出代表進行展示交流。

設(shè)計意圖：教師將學生的學習引向身邊真實而又復雜的生態(tài)系統(tǒng)，通過引導學生解釋相關(guān)問題，檢驗和拓深所學知識，使學生在合作學習過程中不斷錘煉表達和交流的能力。學生了解營養(yǎng)級、食物網(wǎng)的概念，進一步理解生產(chǎn)者和消費者借助食物網(wǎng)緊密聯(lián)系構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。此過程有助于學生理解生態(tài)系統(tǒng)的整體性和復雜性。學生運用新知識進行類比分析真實情境中相關(guān)的問題，既加深對概念的理解，又養(yǎng)成對生活的實際問題進行理性解釋和判斷的習慣。復雜生態(tài)系統(tǒng)的學習有助于認識生命的整體性、系統(tǒng)性，進而促進學生樹立系統(tǒng)觀。此外，倡導參與環(huán)境保護，可以增強學生社會責任感，共建生態(tài)文明。

3.4 評價

新課程標準倡導，評價以學生發(fā)展為本，以生物學課程內(nèi)容、學業(yè)質(zhì)量標準為依據(jù)，聚焦學科核心素養(yǎng)，促進教師的教和學生的學。教師采用課堂行為觀察、紙筆測驗、學生自評和小組評價等多種方式，將評價貫穿于整個教學活動中。例如，學習完“月宮一號”生態(tài)系統(tǒng)后，學生對之前設(shè)計的生態(tài)系統(tǒng)進行自我評價，反思并修正前概念。教師除掌握學生的知識學習程度，還應關(guān)注核心素養(yǎng)的達成情況。本節(jié)課中運用的科學思維包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、創(chuàng)造性思維和批判性思維，是評價的重要內(nèi)容。教師在“解釋”和“遷移”環(huán)節(jié)開展過程性評價，重點關(guān)注學生能否基于事實與證據(jù)建構(gòu)模型揭示生物學規(guī)律，運用此規(guī)律分析新情境的問題;隨后可設(shè)置題目檢測，多方面評估學生科學思維的素養(yǎng)水平。

4 教學反思

學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生適應未來社會發(fā)展的需要。本節(jié)課上，教師通過創(chuàng)設(shè)科幻情境暴露學生的前科學概念，引導學生分析事實性證據(jù)獲取新知識，促進學生建構(gòu)模型理解概念的內(nèi)涵，以便學生遷移應用，深化概念。教師借助5E教學模式的各個環(huán)節(jié)，讓學生主動參與學習過程，促進學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻：

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