基于APOS理論的生物學概念教學

付桂玲

摘要 基于建構主義理論-APOS理論，以“生態位”的概念進行案例教學，讓學生通過“活動-過程-對象-圖式”4個階段主動探索分析學校附近池塘中幾種養殖魚類和家鄉黃河口濕地生態系統常見濕地植物的生態位，提升學生科學思維，歸納生態位概念，最終將事實性知識過渡形成為概念性知識。

關鍵詞 APOS理論 概念教學 生態位

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

文件編號：1003-7586（2020）08-0005-03

美國的教育學家杜賓斯基提出的APOS理論是一種以建構主義為基礎的學習理論，主要應用在數學學習領域。該理論應用在高中生物教學方面甚少，筆者在該理論的指導下，讓學生通過“活動（action）-過程（process）-對象（object）-圖式（scheme）”4個階段（APOS）自主構建知識。這樣的學習方式解決了學生淺層理解概念、“非此即彼”孤立視角看問題的情況，促進了學生對生物學概念整體性、系統性地深度學習和理解。“生態位”作為生態學研究中的經典概念，在群落結構、物種多樣性及種間關系等角度的研究中被廣泛使用?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）的大概念2中次位概念中的第六個“2.1.6分析不同群落中的生物具有與該群落環境相適應的形態結構、生理特性和分布特點”，就是把生態位的相關內容引入了高中生物學課程。在《課程標準》的教學提示中也提出“嘗試分析當地自然群落中某生物的生態位”的活動建議。下面基于APOS理論嘗試對“生態位”這個概念設計教學。

1活動階段

活動階段是指通過某些外部刺激幫助學生建立現實背景和抽象的概念間的關系。在教學過程中，教師設計一系列活動或實際操作對學生進行刺激。這里的刺激不僅僅是實驗操作、動手等，還可以是問題情境下借助科學思維完成的猜想和回顧分析。

教師呈現學校附近養魚池塘的情景照片和生物興趣小組捕撈魚類的照片，引發學生的好奇。接著，生物興趣小組把池中捕獲的草魚、鰱魚、鯉魚、鳙魚和青魚的水層進行介紹，其他同學討論出現這樣分層現象的原因。

教師提供資料：池塘養殖魚類鰱魚主要濾食水體中的浮游植物，鳙魚主要濾食浮游動物;草魚和團頭魴的天然餌料是各類水草，這些魚的魚糞又培植了浮游生物，對鰱魚、鳙魚的食物供應是有利的;而鯉魚、鯽魚和青魚屬以水生昆蟲、底棲生物和螺類等為其天然餌料。

學生根據資料，繪制水層、食物種類與魚類的分布關系圖（圖1）。

教師提出探究問題：海水養殖中，養殖的貝類、文蛤、花蛤、青蛤等營淺埋式生活，所利用的空間僅僅是泥下部分，而主要的水體部分都處在“浪費”狀態。很多老塘中非人工養殖魚類或者毫無價值的雜魚（如鲹子魚）多如牛毛，嚴重耗料、耗氧并占用水體空間，給養魚增效帶來極大的阻礙。蝦池的蝦在生長過程中會產生大量的排泄物，加之在生產過程中的殘餌，沉入池底后，會產生富營養面（層），也稱“淤泥”，淤泥變黑引起池塘底質敗壞，最后導致養殖的蝦大面積缺氧或發病。如何解決這些問題？

學生分組展示方案，小組反復討論，互評方案的可行性及科學性。

學生方案1：如果在貝類的養殖池中放養些魚和蝦，它們生活在水體部分。這樣就可以合理實現水層空間的利用了，并不破壞原來的環境，種群的密度也不會受到影響。

學生方案2：可以增加非人工養殖魚類的天敵，可以增加肉食性魚類以減少這些“雜魚”，促進養殖魚類的生存。

學生方案3：在蝦池中加入一些具有清潔作用的分解淤泥的水生生物，如鯉魚、鯽魚或者貝類。

教師引導學生分析身邊的實際案例，使學生在實踐中初步感知生態位的概念。

2過程階段

APOS理論的第二個階段是過程階段，是對第一個階段“活動”階段一次一次的心理操作與分析，在心理操作反復進行中不斷的熟悉，直到形成一種類似計算機程序的模式，不斷內化、壓縮和提煉，逐漸抽象出概念的本質特征。

教師指出學生的方案中就體現了“生態位”，并讓學生歸納“生態位”的概念。

學生分析1：一個物種的食物種類和食物分布。

學生分析2：一個種群在群落中的空間位置，如魚類處于不同水層。

學生分析3：生態系統中多個物種的關系，如共生、捕食或者競爭就是生態位。

教師對學生的分析給予評價，總結生態位的概念：生態位是指一個種群在生態系統中，在時間空間上所占據的位置及其與相關種群之間的功能關系與作用。一個種群的生態位是按其食物和生境來確定的。

教師出示大草履蟲單獨培養下的增長曲線和雙小核草履蟲共存下的增長曲線，通過對比進一步說明生態位其實可以指“原始”生態位，還有現實生態位。如果沒有競爭者或天敵的狀況下，被利用的整個資源組成被叫做“原始”生態位。因競爭者種種間關系的存在，一種生物沒有可能利用其全部的原始生態位，所占據的只是現實生態位。

在“過程”這個階段，學生通過歸納總結與表達對易錯點辨析，構建準確的概念，落實概念的生成。

3對象階段

當學生把“過程”階段作為一個整體進行操作和變換的時候，這個過程就成為學生心中的“對象”。學生利用并操控對象進行實際應用，需要的時候可以再現對象所含的方法和步驟。

教師提供資料：我們的家鄉是美麗的黃河三角洲，黃河口生態旅游區從2008年就被國家旅游局公布為國家AAAA級旅游景區。這里有野生動物1524多種，其中包括271種的鳥類，所以素有“鳥的樂園”之稱，有天鵝、丹頂鶴等珍稀的鳥類50多種，還有國內罕見的天然檉柳林、萬畝人工刺槐林和紅地毯翅堿蓬。請嘗試選擇你喜愛的鳥類或者濕地植物進行生態位調查分析，設計實施流程（表1）。

教師進一步設置問題：雖然我們的黃河口濕地已經在2018年被國家旅游局公布為國家AAAA級旅游景區。但是還是處于弱勢旅游地帶，每年的旅游觀光游客主要是本地或附近的人員。針對這種情況，你能提出什么合理的建議嗎？

學生分析，提出了引入更多更具有觀賞價值的物種（植物、動物等）的建議。學生的回答引出了“物種入侵”的問題。通過小組討論分析及教師點撥，說明“引種”不能隨意，避免對當地物種影響，打破生態平衡，應遵循引種流程（圖2）。

教師利用上述調查分析和問題探討，再次強調“生態位”的概念要點：每個物種在群落中有不同的地位和角色，也就是生物占有各自的空間，在群落中具有各自的營養位置及功能，以及在溫度、濕度、水分和土壤等環境變化梯度中所居的地位。

4圖式階段

對于活動、過程及對象三個階段及相關的原有孤立分散的分析進行整合分析，就會形成一個綜合的新的圖式結構，用于解決真實情景涉及該概念的某些問題。學生于進行梳理總結歸納，構建出分析生態位的圖解（圖3）和生態位知識的思維導圖（圖4）。

教師進一步提出：該如何把我們的家鄉黃河三角洲濕地發展得更好呢？這個實際問題的提出鍛煉學生的思辨能力，幫助學生達成社會責任和生命觀念，樹立正確的價值觀。同時，在新情景下測試學生解決問題的綜合處理能力，促進“圖式”發揮作用。