生態系統的組成成分及其相互關系

在信息技術與學科課程整合中，一個瓶頸性的難題是：技術整合深入不了學科課堂，一旦深入便終淪為演示工具的宿命。怎樣在學科整合實踐中巧用工具、活用工具、用好工具？這一期的《曲岸說案》，我為大家推出了上海市普陀區晉元高級中學陳萍老師的生物整合案例：《生態系統的組成成分及其相互關系》，希望能對廣大一線學科教師有所幫助和啟示。

聯系方式：胡小勇（曲岸），huxiaoy@hotmail.com；QQ：472275060

教學設計概述

思路概述

《普通高中生物課程標準》提出“注重使學生在現實生活的背景中學習生物學”，倡導學生在解決實際問題的過程中深入理解生物學的核心概念，并能運用生物學的原理和方法參與公眾事務的討論或作出相關的個人決策。《生態系統的組成成分及其相互關系》，就是通過有效使用信息技術來實現上述課程理念的教學設計和實踐。

本教學內容是上海市高中生命科學高二年級第二學期《生態系統》（教材《生命科學》，上海科學技術出版社）中的第一單元。由于本校高二學生已經接受過信息技術課程教學，能夠熟練地操作電腦并掌握了概念圖軟件Mindmanager的使用方法，同時還具備一定的分析問題、解決問題能力，因此將教學設計思路定位為“基于信息技術的分組自主學習”。依據課程標準針對核心問題“生態系統的成分及它們之間的關系”，把學習設置在有意義的問題情境中（設計一個微型生態系統，讓其維持一定時間的運轉）。通過讓學生合作解決真實問題，來學習隱含于問題背后的生物科學知識，形成解決問題和自主學習的能力。教學設計還特別強調關注學生對設計實驗、分析實驗現象和改進實驗過程的體驗，從而理解“非生物的物質和能量、生產者、消費者、分解者、生態系統”等教學重點和難點。

學習目標

知識和技能：掌握生態系統的概念與成分，及各成分在生態系統中的重要作用；認識影響生態系統穩定性的因素；培養學生的觀察能力；培養學生設計實驗、科學分析實驗和預測結果的能力。

過程和方法：引導和組織學生使用Mindmanager工具軟件開展自主學習和協作探究。

情感、態度和價值觀：學生首先通過自己動手制作生態瓶并分析維持其平衡的必要條件，認識到對于一個生態系統來說，非生物成分和生物成分是缺一不可的。其次，通過了解美國生物圈II號失敗的教訓，認識到地球是我們唯一的家園，每個人都有責任保護地球，人類的一切活動都要遵循生態平衡的客觀規律。

教學過程設計

教學內容包括“認識生態系統的成分和功能”、“分析地球之外是否有適合于人類居住的生態系統”兩部分，共設計了三個探究活動。我們采用概念圖軟件Mindmanager，將學習活動建構繪制成一個可擴展的動態結構支架，如圖1所示。在學習過程中通過按步驟展開概念圖，可以獲取學習資源，生成知識，解決問題。在每個活動中，都設計了有意義的問題情境，逐層遞進，從而有效地落實教學目標。

圖1 基于Mindmanager的教學活動框圖

活動1：通過觀察微型生態球和Flash課件，初步認識生態系統有哪些成分和它們之間的關系。達成知識目標“掌握生態系統的成分及各成分的重要作用”、達成能力目標“細心觀察，發現問題”。

活動2：通過模仿設計生態瓶并思考如何讓它維持的時間更長久，進一步深入認識生態系統的成分和它們之間的關系，初步認識到這是維持生態系統穩定性的基礎。達成知識目標“認識影響生態系統穩定性的因素”，達成能力目標“設計實驗、分析實驗現象和改進實驗”。

活動3：通過分析生物圈II號失敗的原因，引導學生認識到“遵循生態規律，保護地球，保護環境，保護野生動植物資源，就是保護人類自己”，逐步樹立人與自然和諧共處的理念。達成情感目標“地球是人類唯一的家園，人類的一切活動都要遵循生態平衡的客觀規律”等。

在教學過程中，應用到的教學資源和材料主要包括：供學生自主學習參考的學案；Mindmanager學習概念圖、Flash課件、PPT課件、數字圖片，以及中國科普網絡資源等。

學生活動：觀察研討

教師播放Flash課件，讓學生觀察風靡歐洲的生態球，如圖2所示，激發學生思維：“為什么完全密閉的玻璃球中的小蝦能自由自在地生活？”

圖2 生態球

學生觀察生態球由哪些材料做成，然后歸類。

有了這些材料，生態球是如何運轉的？（觀看兩個Flash動畫，得出結論）

通過活動，學生概括出生態系統的成分及各成分的作用，明確生態球能夠運轉的原因。

學生活動：模仿實驗

學生模仿生態球，自主嘗試動手做一個微型生態系統，同時思考：“如何讓它維持的時間更長久？”

學生交流分享，通過比較不同的實驗設計方案，推選出最佳組合方案。

師生共同總結，概括出生態系統的概念。

學生活動：展示交流

學生代表作PPT展示：了解為了試驗人類離開地球能否生存，美國建造了完全封閉的“生物圈II號”實驗基地，如圖3所示。它是一個更大型的模擬生態系統，從成分上看，什么都不缺，但是最終這個計劃失敗了。

圖3 生物圈II號

應用所學的生物原理思考和交流：你從“生物圈II號”的失敗中得到了什么啟示？總結經驗教訓：人類在茫茫宇宙中只有地球這一處家園，地球不是實驗室，我們輸不起，只有善待和保護她才是我們真正的出路。

課堂實施效果

從教學設計初稿到最終方案確定，直至課堂實施，我們邀請專家們進行了指導與跟蹤。其中，胡小勇博士進行了全程跟蹤，提出了一系列寶貴的教學活動設計修訂建議和技術整合的實踐策略。在最終的課堂教學實施時，學生們通過學習能夠認識到生態系統的成分及它們之間的關系；能夠深刻認識到生態系統的成分及它們之間的關系是生態系統的穩定性的基礎；并能夠意識到遵循生態規律，保護地球，保護環境，保護野生動植物資源，就是保護人類自己。學生們逐步樹立起人與自然要和諧共處的理念。

整個課堂教學實施順利，學生學習氣氛熱烈、學習效果明顯。教學效果得到了觀摩課堂實施的生物學科教研員和信息技術教研員以及相關專家的一致好評。