基于經驗誘導型學習環的生物概念教學

王紅梅

摘 要 嘗試借助“經驗誘導型”學習環，從“細胞—個體一群體”的生命系統各層次，通過概念探索、概念引入介紹及應用三個環節，引導學生復習生命系統穩態的調節機制，幫助學生深入理解概念的本質、生命活動的本質和規律，實現知識的整合。

關鍵詞 經驗誘導型 學習環 概念教學 生命系統 反饋調節

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

學習環，也譯為學習循環，是20世紀60年代美國學者阿特金和卡普拉斯在科學課程改善研究中提出來的一種探究教學模式。經過研究和實踐，學習環在中小學科學教育中取得了良好的教育效果。

學習環模式是圍繞著“概念”開展探究教學的，注重學習者親歷探究的過程。經驗誘導型學習環包括“概念探索、概念引入介紹和概念應用”3個階段，注重利用學生已有的知識。因此，教師在概念探索階段提出和其先前知識有關的因果問題，學生可依此提出假設，嘗試解釋該因果問題。筆者嘗試借助“經驗誘導型”學習環，從“細胞—個體一群體”的生命系統各層次學習穩態調節機制，幫助學生深入理解概念的本質，生命活動的本質和規律，實現知識的整合。

1 概念探索

生命系統通過信息交流和反饋調節等活動維持其自身穩定，執行其正常功能，該部分內容將對整個高中生物學習起到一個主導、貫穿的作用。生命系統穩態的維持是調節的結果，那么，是靠什么來進行調節的呢？教師提出一個描述性的因果問題：如圖2所示的甲、乙兩曲線變化過程能夠解釋什么現象。這樣引導學生根據已有學習經驗搜集，并呈現出來。學生可從中獲得：若乙表示甲狀腺激素含量變化，則甲可表示由垂體分泌的促甲狀腺激素含量變化；若乙表示甲狀腺激素含量變化，切除動物的甲狀腺，則甲所表示的物質分泌增多；若圖表示的是草原生態系統中狼和羊兩個種群的數量變化，則甲表示狼的種群變化，乙表示羊的種群變化。

在本階段，教師盡量少給學生指導，放手讓學生自發地搜索高中教材中涉及的調節過程，并形成自己的觀點。在教材的指導下，教師將不同模塊的知識進行整合，并梳理反饋調節的概念層次，確定本節課的知識主線。

評析：學生經過新課內容的學習之后，仍缺乏知識的整合，對具體知識仍是“割裂”式儲存。根據已有的學習經驗，學生較易從個體水平的激素調節、群體水平的種群數量變化或生態水平的種群間的數量變化來談對內環境問題和生態系統問題的調節。

2 概念引介

這一環節中，教師指導學生自主建構科學概念，學生通過解釋所學習的概念和探究過程，將經驗進行抽象化和理論化。教師通過呈現或補充具體案例，引導學生進行不同層次生命系統反饋調節的具體分析，建立反饋機制模型。在這個過程中，教師也應適時澄清學生在學習過程中的錯誤概念，加強學生對概念的科學理解。

2.1 細胞水平的反饋調節

生命系統最基本的結構層次是細胞，細胞穩態的維持可以通過調節化合物的合成和降解等來實現。細胞的穩態表現為細胞內葡萄糖、O2、水分、細胞代謝產物等含量的相對穩定，DNA結構的相對穩定等。細胞水平的反饋調節往往是為了避免細胞內物質和能量的浪費，保證代謝活動經濟而高效的進行。如在光合作用的生化反應中，若蔗糖合成或輸出受阻，使三碳糖磷酸大量積累于葉綠體基質中，導致光反應中合成ATP、NADPH數量下降，卡爾文循環減速。

2.2 個體水平的反饋調節

個體水平的反饋調節是生物個體維持穩態的重要機制，該水平的反饋調節在教材中能找到較多實例，如血糖調節、體溫調節、甲狀腺激素的調節等。以體溫調節為例，恒溫動物體溫的相對恒定是產熱和散熱平衡的結果。劇烈運動時，細胞代謝旺盛，引起產熱量多，體溫升高，通過反射使甲狀腺激素等分泌減少來抑制產熱，通過汗腺分泌汗液增加、血管舒張血流量增大來增加散熱量，進而使體溫下降。而當體溫下降時，又可通過增加產熱，減少散熱來使體溫回升。

2.3 群體水平的反饋調節

群體水平的反饋調節是生態系統自我調節能力的基礎。例如，在森林中，當害蟲數量增加時，食蟲鳥由于食物豐富，數量也會增多，這樣害蟲種群的增長就會受到抑制（圖6）。

那么，生態系統中的反饋調節是否只發生在生物與生物之間？生物與非生物環境之間有無反饋調節？需要指出生物群落與非生物環境之間的反饋調節也是普遍存在的，例如火災過后，森林中的種群密度降低，但光照更充足、土壤的無機養料因大火灰燼的補充而增多，新的植株因此迅速生長。植物的生長又為動物的生長提供條件，森林中多種生物種群密度因此增加。

教師進一步提出學生存在的困惑：在自然環境中，種群密度是否會限制種群數量的增長？如何理解？這其實也是一個種群內個體的反饋調節問題。在種群數量增長的過程中，當數量的增長超過環境容納量時，種群密度就會制約種群進一步的發展，病原物和寄生物的傳播速度增大，使死亡率增加；在種群密度高的年份，鳥類可以通過領域行為使種群數量下降；嚙齒類動物在種群密度過大時，會通過內分泌調節使種群數量迅速下降。而種群數量減少時，密度制約作用又減弱，使種群數量增長。所以在種群層面上的反饋調節一般是通過密度制約因素實現的。

在分析了生命系統不同層次的反饋調節案例及模型構建后，教師繼續追問：反饋調節是否僅指負反饋調節？在細胞、個體、群體水平有無正反饋調節？通過分析，學生不難找出教材中的實例：如果一個湖泊受到了污染，魚類的數量就會因死亡而減少，死魚腐爛后又會進一步加重污染并引起更多魚的死亡。另外，神經纖維膜上達到閾值時Na+通道開放過程、傷口的血液凝固過程、群落的演替等都是正反饋調節。

最后聯系細胞、個體和群體三個層次，教師引導學生總結反饋調節的概念：在一個系統中，系統本身的工作效果，反過來又作為信息調節該系統的工作，這種調節方式叫做反饋調節。反饋信息與原輸入信息起相反作用，使輸出信息減弱的調節是負反饋；而反饋信息與原輸入信息起相同作用，使輸出信息進一步增強的調節是正反饋。

評析：在對案例的分析和構建各個層次生命系統的反饋調節模型中，學生不僅在形式上積極參與，實質上也是積極主動思考，通過分析、比較、歸納等思維活動，建構正確概念。而由于負反饋調節在生理活動中涉及面廣，并通過不斷“糾正”控制信息來維持穩態，其重要性的確大于正反饋；而正反饋的意義在于使生理過程不斷加強，甚至完成生理過程。所以在教學中，教師要做一些補充說明，便于學生更容易理解反饋調節作用。

3 概念應用

這一環節旨在使學生通過應用深入理解概念，將所學概念拓展于新情境中，以獲得更高層次的能力提升。通過以問題為中心的活動，檢測學生對“生命系統的反饋調節”概念的理解，引導學生看到科學概念在日常生活經驗和社會實踐中的應用與意義，鼓勵學生自我評價及反思。

案例1：地方性甲狀腺腫的主要病因是缺碘，該病主要多見于遠離沿海及海拔高的山區，嘗試根據反饋調節的機理解釋原因。

案例2：河流生態系統受到含大量有機物的生活污水輕度污染后又凈化過程中，水中溶解氧含量是如何變化的？

案例3：根據種群密度的反饋調節機制，若僅通過器械捕殺、藥物毒殺等措施對鼠等有害動物的防治，會帶來什么現象？如何運用所學知識解決這一問題？

評析：這個環節中，學生將已建構的生命系統的反饋調節概念擴展到新的情境中，運用于生活之中，如疾病的分析、生態問題的解決，并獲得更多的信息和更高層次的技巧。此環節中，教師應鼓勵學生善于正確使用剛獲得的概念“生命系統的反饋調節”，那些還沒有真正掌握概念的學生經過此過程，他們對此會有更深的理解。另外，值得討論的是：下一個學習環的課題是什么？兩者之間有什么聯接點？比如，在案例3的分析中，學生將聯系“環境容納量”這一概念進行分析，這又為新一輪的學習環教學提供素材。

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