在“設(shè)計并制作生態(tài)瓶”活動中構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)核心概念*

高 芳 （浙江省臺州市第一中學(xué) 浙江臺州 318000）

生物學(xué)中的核心概念是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分，它是位于學(xué)科中心的概念性知識，包括了重要概念、原理、理論等的基本理解和解釋［1］。核心概念的構(gòu)建，有助于學(xué)生對生物本質(zhì)的理解及應(yīng)用，對生物學(xué)整體知識體系的完善，而不再是對單個知識點的簡單記憶。核心概念可細分為若干基本概念，通過大量生物學(xué)事實說明基本概念，而生物學(xué)實驗的探究過程就是展現(xiàn)生動的生物學(xué)事實的一個重要手段。在目前教學(xué)改革的背景下，實驗教學(xué)的優(yōu)勢不斷被推崇。但在實際教學(xué)中，很多實驗只是重復(fù)教材上的步驟，進行被動的“實驗驗證”，學(xué)生不能深入思考。即使少部分真正探究的實驗，學(xué)生的動手能力、團隊協(xié)作力得到培養(yǎng)，但重過程輕結(jié)果，使得實驗教學(xué)效果只能停留在能力培養(yǎng)的表面，無法深入到知識體系構(gòu)建的核心［2］。

生態(tài)系統(tǒng)是浙科版高中生物學(xué)必修3 第6 章的內(nèi)容，該部分知識學(xué)生初中便有接觸，但理論性較強，需結(jié)合實踐促進學(xué)生理解。因此，筆者設(shè)計了以生態(tài)瓶制作這一活動為載體，通過實驗探求學(xué)生的前概念，讓學(xué)生對實驗現(xiàn)象進行深入分析，修正前概念、生成基本概念，并利用核心概念解決現(xiàn)實問題，促使學(xué)生對核心概念全面而深刻的理解，提高學(xué)生對復(fù)雜問題全面而準(zhǔn)確的判斷。

1 利用實驗結(jié)果，修正前概念

前概念根深蒂固地存在，直接影響學(xué)生對新概念的掌握。因此，分析學(xué)生的前概念，以了解學(xué)生當(dāng)前的認知水平，有助于教師確定教學(xué)策略，幫助學(xué)生將新、舊概念相聯(lián)系、整合，并最終將新概念融入原有的認知結(jié)構(gòu)中，構(gòu)建新的、完善的生物學(xué)知識體系［3］。在經(jīng)典的科學(xué)研究過程模式中，研究者先作出假設(shè)，根據(jù)實驗觀察分析，就研究結(jié)果展開討論，發(fā)現(xiàn)科學(xué)知識。基于該科研模式提出的POE 教學(xué)策略，旨在通過“預(yù)測—觀察—解釋”3個環(huán)節(jié)的教學(xué)，探求并修正學(xué)生的前概念，繼而形成 新概念［4］。

1.1 通過實驗操作暴露前概念 高中生對生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)容并不陌生，在初中已有基礎(chǔ)，但較為粗略、不全面。通過課前制作生態(tài)瓶的實驗，追尋學(xué)生在生態(tài)瓶制作中的困惑，探求其前概念。根據(jù)實驗的結(jié)果設(shè)計問題，讓學(xué)生觀察、分析、討論，與自己的前概念造成認知沖突，幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變前概念。

上課前，請學(xué)生利用提供材料（金魚藻、紅鯽魚、沙子、小石子等），以小組的形式，自行設(shè)計生態(tài)瓶，其他材料、器皿不限制，如圖1 所示。

圖1 學(xué)生制作的生態(tài)瓶

學(xué)生在積極準(zhǔn)備和討論中產(chǎn)生的一些疑問：①生態(tài)瓶中水的類型：自來水或瓶裝純凈水；②生態(tài)瓶放置位置： 能否在陽光下直射？ ③生態(tài)瓶材質(zhì)：是否需要透光？ ④生態(tài)瓶氧氣來源：器皿是否可以密封？ ⑤紅鯽魚的食物來源：不了解；⑥魚及金魚藻數(shù)量：是否越多越好？

1.2 探討實驗現(xiàn)象后同化前概念 將生態(tài)系統(tǒng)核心概念分解，確立基本概念。分析基本概念對應(yīng)的前概念及相應(yīng)的實驗現(xiàn)象，設(shè)計連續(xù)且不斷深入的問題串，引發(fā)學(xué)生的認知沖突，為概念轉(zhuǎn)變提供基礎(chǔ)。學(xué)生通過分析、思考及討論，在認知上同化前概念，深入理解新概念。

問題1：實驗幾天后，為什么有的生態(tài)瓶水質(zhì)渾濁（圖2）？ 該怎樣處理？

圖2 生態(tài)瓶水質(zhì)渾濁

學(xué)生通過觀察，發(fā)現(xiàn)生態(tài)瓶的渾濁是由于存在較多魚的糞便，而糞便屬于有機物，需要分解者分解。因此提出：渾濁生態(tài)瓶中需要引入分解者。

問題2：分解者是誰？

學(xué)生基本清楚分解者是肉眼看不見的細菌和真菌，通過本實驗體會到它們在生態(tài)系統(tǒng)中的重要地位。

問題3：怎樣引入分解者？

學(xué)生聯(lián)系生活實際，自然生態(tài)系統(tǒng)中肯定存在分解者，因此，生態(tài)瓶中可加入分解者較多的干凈河水。自來水、純凈水含菌量較少，效果不如河水。

問題4：總結(jié)生態(tài)系統(tǒng)的生物成分。

通過教師的不斷提問，學(xué)生對實驗現(xiàn)象探究分析，生成了基本概念：生態(tài)系統(tǒng)的生物成分包括了生產(chǎn)者、消費者和分解者，糾正了前概念中忽視分解者的錯誤。通過實例現(xiàn)象，學(xué)生深入理解生態(tài)系統(tǒng)中成分之間的關(guān)系及其在生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用。在學(xué)生進行分組討論的環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過生生互動交流探討，體現(xiàn)了主體性，這與建構(gòu)主義理論的觀點相一致。

2 分析實驗對象，生成基本概念

課堂上當(dāng)分析對象為一張生態(tài)系統(tǒng)的圖片時，學(xué)生沒有親身感觸，分析過程很難深入。而在具體的生態(tài)瓶制作活動中，學(xué)生不僅熟悉對象，且興趣倍增，在此基礎(chǔ)上提問，可促使學(xué)生深入思考。教師請學(xué)生以小組合作形式，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)各組分關(guān)系的模型（圖3）。進一步以碳元素為例，在模型圖中分析物質(zhì)循環(huán)的過程，詳解組成成分的地位、作用。學(xué)生通過悉心觀察后細致分析，結(jié)論的可靠性大大提高。

圖3 生態(tài)系統(tǒng)各組分關(guān)系的模型圖

3 構(gòu)建核心概念，形成核心素養(yǎng)

在實驗分析的背景下，由教師引導(dǎo)，學(xué)生總結(jié)歸納，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)核心概念框架圖。生態(tài)系統(tǒng)的概念圖（圖4）有利于學(xué)生梳理各概念之間的科學(xué)邏輯關(guān)系，形成知識框架，但無法展現(xiàn)學(xué)生對重要概念的學(xué)習(xí)歷程。這就需要教師引導(dǎo)學(xué)生梳理概念之間的上、下位關(guān)系，以陳述句的形式描述核心概念，這樣的核心概念框架圖（圖5）直觀反映了學(xué)生形成核心概念的進階歷程及路徑，避免了概念孤立地存在，使相關(guān)概念形成一個完整的、有聯(lián)系的體系［5］。構(gòu)建過程有利于將學(xué)生認知結(jié)構(gòu)中原本零散的知識系統(tǒng)化，原本模糊的概念清晰化，原本淺顯的理解深入化，從而提升學(xué)生的思維。

圖4 生態(tài)系統(tǒng)概念圖

生態(tài)系統(tǒng)核心概念的構(gòu)建，可使學(xué)生形成生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一、物質(zhì)與能量協(xié)調(diào)、穩(wěn)態(tài)與平衡對應(yīng)的生命觀念，提高對錯誤前概念的批判性思維和建立各組分關(guān)系模型的理性思維方法，經(jīng)歷“預(yù)測—觀察—解釋”的科學(xué)探究過程，以及樹立生態(tài)平衡、保護環(huán)境的社會責(zé)任意識。核心概念的構(gòu)建過程，也是逐步滲透并形成生物學(xué)核心素養(yǎng)的過程。

圖5 生態(tài)系統(tǒng)核心概念框架圖

4 應(yīng)用核心概念，評價實驗教學(xué)

學(xué)生能否在新情境下，遷移應(yīng)用核心概念，是檢驗學(xué)生能否深入理解核心概念的重要手段，也是評價實驗教學(xué)和完善教學(xué)行為的關(guān)鍵步驟。現(xiàn)階段，實驗教學(xué)的評價手段較為單一，主要針對記憶性知識和操作性技能方面，而忽視了學(xué)生思維過程的發(fā)展性評價［1］。在傳統(tǒng)評價方法的基礎(chǔ)上，筆者通過提出實驗困惑，以讓學(xué)生分析原因及探討實踐意義的方式，檢測學(xué)生學(xué)習(xí)效果，實現(xiàn)實驗教學(xué)評價。例如：①請分析生態(tài)瓶中糞便持續(xù)累積的原因； ②人工魚塘各組分的數(shù)量關(guān)系是否符合自然生態(tài)系統(tǒng)的比例，怎樣保持其相對穩(wěn)定？③請聯(lián)系生活實際，試想如何研究影響生態(tài)瓶相對穩(wěn)定的因素。

學(xué)生通過對知識系統(tǒng)全面的理解，構(gòu)建完整的知識體系，進而實現(xiàn)知識遷移，理論聯(lián)系實際。概念從實驗中總結(jié)，并最終指導(dǎo)實驗活動，實驗的探究與概念的認知過程結(jié)合得越緊密，概念的理解就越深入，思維的拓展也會越寬廣。學(xué)生最終通過聯(lián)系生活實際，認識到保護自然環(huán)境的重要性，即知識遷移使學(xué)生在提升知識能力的同時，情感價值教育也得到升華。

5 啟示

5.1 實驗教學(xué)與概念教學(xué)整合策略 首先了解學(xué)生認知結(jié)構(gòu)中的前概念，讓學(xué)生通過觀察和分析實驗現(xiàn)象，對前概念進行修正；對實驗對象深入探究，落實基本概念；在繪制概念圖的基礎(chǔ)上，進一步構(gòu)建核心概念的框架圖，加深學(xué)生對核心概念的理解；提出實驗困惑，以此了解學(xué)生對概念的理解程度，并作出實驗教學(xué)評價。高中生物學(xué)教材中的其他內(nèi)容，例如光合作用等，也可應(yīng)用此教學(xué)策略。

5.2 實驗教學(xué)與概念教學(xué)整合意義 學(xué)生在動手操作中觀察分析和討論，提高學(xué)習(xí)的主動性。將抽象的理論知識轉(zhuǎn)化為生動形象的實例，有利于學(xué)生深入理解概念，構(gòu)建知識體系。在此基礎(chǔ)上思維拓展、知識遷移，將概念聯(lián)系生活實際、應(yīng)用指導(dǎo)實踐，對社會現(xiàn)象形成自我的科學(xué)認識，并最終升華為生物學(xué)核心素養(yǎng)。