李春燕

(南京师范大学附属中学高淳学校 江苏南京 211300)

《义务教育生物学课程标准(2022年版)》(以下简称《课程标准》)对课程目标、课程内容等进行了更新,制定了学业要求和学业质量标准,引领育人方式的转变和考试评价的改革。其中课程理念中提出选择恰当的真实情境,设计学习任务,让学生积极参与动手和动脑的活动,解决现实生活中的某些问题,从而促进包括生命观念、科学思维、探究实践和态度责任的学科核心素养落实。此外,2019年中共中央国务院颁布的《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》文件中提出要坚持立德树人,着力培养担当民族复兴大任的时代新人,重视情境教学。基于此,笔者结合自身实际教学经验和教科研所得,以“生态系统中的物质循环”一节的教学设计为例,通过创设情境引导学生参与某一社会性科学议题的讨论,落实生物学科相关核心素养。

1 教材分析及设计思路

“生态系统中的能量流动与物质循环”是苏教版初中《生物学·八年级·上册》第十九章第二节的内容。第十九章第一节从宏观和微观上说明了生态系统的成分、功能、食物链(网)、生物富集等。第二节第一课时“生态系统中的能量流动”从能量观角度阐述了能量流动的特点。本节“生态系统中的物质循环”属于第二节第二课时,它从物质的角度阐述生态系统的物质循环,重点是碳循环,是后续生物圈生态平衡等内容的基础,同时有助于学生真正理解生态系统的内涵。

根据《课程标准》课程内容的编排,本节内容隶属于主题三“生物与环境”下大概念“生物与环境相互依赖、相互影响,形成多种多样的生态系统”中的一个重要概念。《课程标准》指出,通过本主题的学习,学生能够运用系统与整体的思维方式认识生物与环境的关系,认同山水林田湖草是一个生命共同体,形成热爱自然、敬畏自然的情感,树立人与自然和谐共生的生态观,确立生态文明观念。其提供的情境素材建议包括全球变暖与我国实现碳达峰、碳中和目标的主要举措等。因此,教师引入“全球变暖与我国实现碳达峰、碳中和目标的主要举措”这一社会性科学议题,创设情境,引导学生自主参与该议题讨论,从而发展学生的生物学核心素养。

2 教学目标

①描述生态系统中的碳循环,构建碳循环模型,发展学生的科学思维;比较“能量流动和物质循环”的关系,形成物质与能量观、系统观等生命观念。

②通过“碳达峰、碳中和”相关资料分析,探讨低碳生活的方式。

③确立低碳生活的态度,形成环境保护意识,初步形成人与自然和谐共生的生态文明观念,积极参与环境保护实践,增强态度责任素养。

3 教学过程

3.1 创设议题情境,提出关键问题

课前,教师分发预学案,学生以小组为单位查阅相关信息。课上,教师播放“2020年9月,中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标”视频。视频中介绍了什么是碳达峰、碳中和。教师提出关键问题:碳达峰、碳中和中的“碳”主要指什么? 学生观看视频,思考问题,说出“双碳行动”中的“碳”主要指排放到大气中的二氧化碳。

教师向学生展示1760年—2020年大气层二氧化碳浓度变化曲线图(图1),并提出问题:在地球漫长的发展历程中,大气中的二氧化碳含量是如何维持相对稳定的? 是什么打破了这种相对平衡的局面? 我们能为“双碳”目标的实现做出哪些行动?

设计意图:教师利用热点新闻视频,创设真实情境,将课本中的碳循环与实际问题联系起来,引发学生对生态系统碳循环过程的思考,激发学生的关注和学习兴趣。

3.2 构建知识模型,应用核心概念

3.2.1 环节一:大气中的二氧化碳含量是如何维持相对稳定的?

学生阅读教材文字及生态系统中的碳循环示意图(图2)。教师引导学生思考:①碳在生物体内主要以什么形式存在? 消费者体内的碳来源于哪里?②生产者、消费者、分解者的哪些生命活动会影响大气中二氧化碳的含量? 将图2 补充完整。③据图2阐述大气二氧化碳的来源和去向。学生小组交流得出碳在生物体内主要以有机物形式存在;消费者体内的碳通过直接或间接取食生产者获得。生产者的光合作用和呼吸作用、消费者的呼吸作用、分解者的分解作用等会影响大气中二氧化碳含量的变化。学生代表投影展示生态系统中的碳循环示意图的填写情况,由其他小组成员进行评价、修订。修订后,学生阐述大气二氧化碳的来源和去向进而描述碳循环的过程。

在学生认识生态系统的碳循环后,教师引导学生角色扮演阐述一段内容,请其他同学猜猜它是生产者、消费者还是分解者? 学生通过活动充分领悟生态系统中的绿色植物、动物、微生物在碳循环中分别发挥的作用。

教师给出生产者、消费者、分解者、大气、箭头(箭头表示出碳的流动方向)等要素,布置学生绘制出碳循环的模型图(图3)。教师再补充氮循环、磷循环的模型图,引导学生归纳出生态系统中物质循环的概念。

图3 碳循环的模型图

设计意图:教师通过问题搭设台阶,引导学生思考大气碳库中二氧化碳的主要来源和去向,通过角色扮演分析绿色植物、动物、微生物在碳循环中分别发挥的作用,从而促进学生构建碳循环模型,既提高了学生的分析、建模、归纳和总结的科学思维,也提升了学生的模型建构能力,有助于学生运用系统与整体的思维方式认识生物与环境的关系,认同山水林田湖草是一个生命共同体,促进学生系统整体观等生命观念的形成。

3.2.2 环节二:是什么打破了大气中的二氧化碳含量相对平衡的局面?

学生再次阅读已填完整的生态系统中的碳循环示意图,分析化石燃料的过度燃烧、树木的过度砍伐等都会打破大气中的二氧化碳含量相对平衡的局面,进而造成“温室效应”。学生结合课前小组合作查找的关于“温室效应”的资料,观看教师播放介绍温室效应的视频,逐步认识大气中的二氧化碳含量维持相对平衡的重要意义。

教师向学生分享资料“一件T 恤的碳足迹”,其中介绍了一件200 多克的纯棉T 恤如何能排放出接近自身重量30 倍左右的二氧化碳,又需要种植多少棵树才能实现碳中和。此外,教师向学生介绍手机微信小程序“碳足迹计算工具”,利用碳足迹计算小程序,邀请学生计算日常衣、食、住、行、用相关物品的生产、使用过程中会排放多少二氧化碳,需要种植多少棵树才能实现碳中和。学生课后可以使用小程序计算日常穿着、用电、用水、乘坐不同交通工具、使用一个塑料袋、吃不同食物等的碳足迹。

设计意图:尝试说明打破大气中的二氧化碳含量相对平衡局面的原因和大气中的二氧化碳含量维持相对平衡的重要意义。通过计算碳足迹等更直观地展示人类生活时排放到大气中的二氧化碳的量,促进学生形成环境保护意识,初步形成人与自然和谐共生的生态文明观念,增强学生的态度责任素养。

3.3 解决实际问题,升华情境

教师围绕“我们能为‘双碳’目标的实现做什么?”组织头脑风暴活动。小组成员共同学习资料,提出低碳衣着、低碳饮食、低碳居住、低碳出行的策略,选派代表向全班分享,再由其他小组成员点评、补充。

最后,教师PPT 展示“我的南京”APP“碳积分兑换板块”;“支付宝”APP“蚂蚁森林”板块,向学生展示个人低碳生活方式如何形成社会性合力,为国家“双碳目标”的实现贡献力量。

设计意图:教师引导学生从自身出发提出低碳衣着、低碳饮食、低碳居住、低碳出行的策略等,不仅巩固了所学知识,也培养了学生解决问题的责任担当和能力,学生初步形成生态文明观念,积极参与环境保护实践,立志成为美丽中国的建设者,为国家实现“碳达峰、碳中和”而行动。

3.4 联系前后知识,推进概念体系建构

教师联系上节课学习的能量流动的特点提出问题:①物质循环与能量流动有什么关系? 又有何区别? ②假如没有物质循环,能量是否能在营养级间实现流动? ③假如没有能量的供应,物质循环是否能正常进行? 学生交流表达出生态系统的能量流动是伴随物质循环进行的,能量流动时单向流动、逐级递减;而物质是不断循环的。假如没有物质循环,能量不能在营养级间实现流动;假如没有能量的供应,物质循环也无能正常进行;因此,生态系统中的能量流动和物质循环是同时存在、相互依存形成的统一整体。教师再安排学生以表格的形式比较能量流动和物质循环(表1)。

表1 生态系统中能量流动和物质循环比较

设计意图:引导学生联系所学知识,认识物质循环是能量流动的载体,能量流动是物质循环的动力。生态系统中的能量流动和物质循环是相互依存形成的统一整体,有助于学生主动推进概念体系建构,促进学生的物质与能量观、系统观等生命观念的形成,学生通过比较、分析等提升了科学思维。

4 教学反思

本节课通过创设议题情境,引导学生关注和参与社会性科学议题“全球变暖与我国实现碳达峰、碳中和目标的主要举措”的讨论,从新的角度开展教学。学生在关注和参与社会性科学议题讨论的情境中获取知识、建构模型,培养科学思维、形成物质与能量观、系统观等生命观念,同时联系自身实际探讨低碳生活的方式,确立低碳生活的态度,初步形成人与自然和谐共生的生态文明观念,积极参与环境保护实践,增强学生的态度责任素养,这样充分体现了以学生为主导、以情境问题为驱动启发学生自主学习,并在学习过程中潜移默化地落实生物学核心素养,让生物学习真正发生。

类似与中学生物学内容贴切的情境还有很多,教师在选择情境并设计学习任务时,需要深入分析学情,合理设计问题串、动态关注学生表现情况等提升教学效能。此外,在学生学业评价方面,无论是纸笔测验或开放性调查等,都应恰当地把各类情境融入其中,真正从教学、评价等各方面激发学生的学习兴趣,提升学生的生物学核心素养。

总之,情境创设融入生物学教学可以使生物学知识与社会热点、生产生活实际、传统文化等相结合,引导学生活学活用知识,综合提升学生生物学核心素养。