邹德乐

摘要 应用5E教学模式开展“生态系统的结构”教学，制定指向核心素养的教学目标，结合科学幻想、资料分析、模型建构、问题串等方法，引导学生主动参与知识构建过程，借助该模式的各个环节培养学生的学科核心素养。

关键词 生态系统的结构5E教学模式 生物学学科核心素养

中图分类号C633. 91

文献标志码B

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）明确指出，课程的基本理念为“核心素养为宗旨，内容聚焦大概念，教学过程重实践，学业评价促发展”;根本任务是提高学生终身发展所需的生物学学科核心素养，同时建议通过每节课或每项活动逐步培养形成。5E教学模式是美国生物科学课程研究所提出的一种基于建构主义理论和概念转变理论的教学模式，引入我国后被广泛应用于课堂教学。该模式主要由吸引（ Engagement）、探究（Exploration）、解释（ Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）5个环节组成，其理念、环节与新课标所倡导的课程基本理念不谋而合。笔者尝试运用该教学模式开展“生态系统的结构”的教学.借助各个教学环节发展学生核心素养。

1 教学内容分析

教学目标对教学活动发挥着导向作用，美国教育家布鲁姆说过，有效的教学始于知道希望达到的目标是什么。本节是2017年版人教版《必修3.稳态与环境》第五章“生态系统及稳定性”第一节，是在学习了细胞、个体、种群、群落之后，对更高层次生命系统的探索，是学习生态系统的功能以及稳定性的基础。研究课程标准可知，本节的内容要求是建立次位概念“阐明生态系统由生产者、消费者和分解者等生物因素以及阳光、空气、水等非生物因素组成，各组分紧密联系使生态系统成为具有一定结构和功能的统一体”和“讨论某一生态系统中生产者和消费者通过食物链和食物网联系在一起形成复杂的营养结构”。学生平时经常接触生态系统，在初中阶段已对生态系统有了初步的学习，在高中也学习了细胞内有机物的合成与分解等知识，因此对生态系统的成分不难进行判断、归类。但学生不知道其作为一个系统的内涵，教师需使学生进一步建立各组分的联系进而阐明生态系统的整体性，而对食物链（网）和营养级的拓展学习也是本节的教学重点。

2 教学目标

（1）通过对具体案例的分析，说出生态系统的组成成分，能运用结构与功能观阐明各组分的功能。

（2）通过分析物质在各组分间的流动，建构生态系统的结构模型，认识生态系统是一个有机统一整体，尝试对设计的生态系统进行修正，培养推理、建模、创造性思维、批判性思维等科学思维能力。

（3）通过讨论多种生态系统的结构，理解食物链（网）、营养级等概念，树立生态系統的稳态与平衡观。

（4）通过关注当下生态系统存在的问题，尝试利用所学为生态保护提出合理建议，培养社会责任素养。

3 教学环节

3.1 吸引

教师通过视频展示一些被严重破坏的生态系统，引导学生思考：如果地球生态恶化到无法挽回，需要太空移民重建家园，请进行简要的科幻绘画。同时，结合前面所学，判断视频展示的是种群、群落，还是生态系统。学生在平板电脑上进行绘画，彼此交流各自的作品。

设计意图：近年来科幻电影、科幻文学大行其道，外太空是一个热门话题，不少学生对《火星救援》《流浪地球》《三体>等津津乐道。教师贴近学情创设情境，有利于激发学生的兴趣。对人工生态系统的科幻绘画和判断视频中生命系统的层次可暴露学生的前科学概念，找准教学的起点。

中学生物教育往往重视科学发展的“过去式”和“现在式”，对未来的幻想常被认为是胡思乱想，对提高学习成绩无益而不被鼓励，久而久之学生的好奇心和想象力下降。从帮助学生适应未来发展和满足个人需要的角度，教师创设科幻情境，促进学生发散思维;同时，对当下遭受破坏的生态系统进行关注，渗透社会责任。

3.2 探究一解释

学生通过科幻绘画对外太空的生态系统进行的猜测是否合理？教师继续开展以下教学活动。

（1）教师展示我国重大科研项目“月宫一号”相关资料，引导学生分析相关问题。

资料1：“月宫一号”是我国建立的第一个、世界上第三个生物再生生命保障地基有人综合密闭实验系统。2018年5月15日，我国志愿者在其中进行了为期370 d的试验获得了圆满成功，创造了人类密闭生存时间的世界纪录。此次试验实现了98%系统闭合度，氧气和水100%在系统内循环再生，80%的食物循环再生。

教师引导学生对此实验进行提问，汇总问题主要集中在：这个闭合系统内有什么？如何实现氧气、水、食物等物质循环？并引导学生回忆初中所学并尝试回答。教师对学生的答案不做评价，进一步展示以下资料。

资料2：“月宫一号”是一种生物再生生命保障系统，它是基于生态系统原理将生物技术与工程控制技术有机结合，构建由植物、动物、微生物组成的人工生态系统，为人类提供类似地球生态环境的生命保障。

资料3：“月宫一号”采用了人工光植物照明技术-LED植物照明，它能够满足多种植物对光照条件特定的需求，保障了农作物的优质高产。

资料4：该微生态循环系统中，植物是核心部分包括5种粮食作物、15种蔬菜、1种水果。绿色植物通过光合作用提供食物和氧气，又将二氧化碳和其他废物“变废为宝”。植物还是水净化的功臣，通过根系吸收和叶片的蒸腾作用参与系统的水循环。微生物则担负着下游的收尾工作，降解植物不可食用部分、排泄物和生活废水等，使它们再生为植物提供水分和养料。科研团队还在该系统中饲养了黄粉虫，它喜欢食用麦子秸秆，能为人们提供丰富的蛋白质。

教师根据资料，提出问题：每一个生物体的生存都离不开物质和能量，分析资料中“月宫一号”生态系统的生物是怎样获得物质和能量的？这些生物中哪些是自养的？哪些是异养的？教师引导学生按照不同种类生物的营养方式和它们在生态系统中的作用，将生物进行分类。除生物之外，该系统还应含有什么？生态系统各种成分分别发挥什么作用？如果缺失某种成分会导致什么后果？通过问题驱动思考，逐步引导学生分析、总结各成分的功能。

教师引导学生认真阅读资料4，结合教材相关知识，思考生态系统各成分之间的关系，尝试建构生态系统的结构模型。学生在小组内进行模型的比较、解释：每个箭头代表的含义是什么？为什么非生物的物质与能量和生产者之间为双向箭头？……随后，教师播放有关“月宫一号的物质循环”的视频，学生对模型进行验证。教师由模型中的生产者与消费者存在着捕食关系，联系到食物链和食物网的学习，学生分析该人工生态系统中這些生物之间的食物联系并写出食物链，师生总结食物链的特点。

（2）教师引导学生对之前绘画的人工生态系统进行分析。

类比“月宫一号”的生态学原理，学生对之前设计的生态系统的结构进行反思，修正和细化这些最初的方案。随后，教师引导学生开展在月球建立该生态系统的可行性讨论。例如，针对解决月球上无适合植物生长的土壤时，学生联系身边的无土栽培提出配置营养液的方法。此外，该挑选哪些生物？如何建立这些生物间的联系？怎么设置它们的比例关系？学生发散思维尝试回答，也提出了更多的问题。最后，学生一致认为这是一项极为庞大而复杂的工程，难度巨大。至此，师生共同总结生态系统的定义。

设计意图：教师将处理过的我国科学家的前沿研究呈现给学生，层层递进引导他们分析和发现生态系统的结构组成和内在关系，建构生态系统的结构模型，随后对之前自己幻想的生态系统进行修正、细化，力求学生在分析问题、解决问题中提高能力。此环节需要学生通过对具体科研事实进行分析，运用比较与分类、归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等思维方法，发现生态系统的规律，作出科学合理的解释。随后，教师引导学生理解并完善科学幻想，帮助其认识前概念的不足，进而建构科学概念，发展学生的批判性思维。这些均有助于科学思维和科学探究的养成，并着重培养学生的结构与功能观和生态观等生命观念。

3.3 迁移

学生意识到简单的“月宫一号”与理想中丰富复杂的生态系统之间存在较大差距，会激发对身边生态系统开展深入研究的欲望。教师应创设情境，引导学生进行深度思考。课前，教师拍摄身边生态系统的照片并在后面书写问题串：

①举例说出这个生态系统中的成分和判断依据。

②辨析：植物就是生产者吗？动物就是消费者吗？微生物就是分解者吗？

③该生态系统中共有几条食物链？什么是营养级，最长的食物链有几个营养级？

④该生态系统中的食物链为什么能构成食物网？这个食物网中有哪些种间关系，请举例说明。

⑤复杂的食物网有什么优点？在食物网中能否完成物质的循环？还需要哪些成分？

⑥结合所学，谈谈日常生活中如何保护身边的生态系统。

课上各小组抽取照片，小组成员跟随问题串逐步分析，开展思维碰撞，随后派出代表进行展示交流。

设计意图：教师将学生的学习引向身边真实而又复杂的生态系统，通过引导学生解释相关问题，检验和拓深所学知识，使学生在合作学习过程中不断锤炼表达和交流的能力。学生了解营养级、食物网的概念，进一步理解生产者和消费者借助食物网紧密联系构成生态系统的营养结构。此过程有助于学生理解生态系统的整体性和复杂性。学生运用新知识进行类比分析真实情境中相关的问题，既加深对概念的理解，又养成对生活的实际问题进行理性解释和判断的习惯。复杂生态系统的学习有助于认识生命的整体性、系统性，进而促进学生树立系统观。此外，倡导参与环境保护，可以增强学生社会责任感，共建生态文明。

3.4 评价

新课程标准倡导，评价以学生发展为本，以生物学课程内容、学业质量标准为依据，聚焦学科核心素养，促进教师的教和学生的学。教师采用课堂行为观察、纸笔测验、学生自评和小组评价等多种方式，将评价贯穿于整个教学活动中。例如，学习完“月宫一号”生态系统后，学生对之前设计的生态系统进行自我评价，反思并修正前概念。教师除掌握学生的知识学习程度，还应关注核心素养的达成情况。本节课中运用的科学思维包括归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、创造性思维和批判性思维，是评价的重要内容。教师在“解释”和“迁移”环节开展过程性评价，重点关注学生能否基于事实与证据建构模型揭示生物学规律，运用此规律分析新情境的问题;随后可设置题目检测，多方面评估学生科学思维的素养水平。

4 教学反思

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生适应未来社会发展的需要。本节课上，教师通过创设科幻情境暴露学生的前科学概念，引导学生分析事实性证据获取新知识，促进学生建构模型理解概念的内涵，以便学生迁移应用，深化概念。教师借助5E教学模式的各个环节，让学生主动参与学习过程，促进学科核心素养的发展。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]刘文科.“月宫一号”植物舱中的LED植物照明[J].照明工程学报，2018，29（3）：10.

[3]马建兴.运用5E教学模式发展学生生物学学科核心素养的策略与路径[J].中学生物学，2019，35（7）：8-10.