基于高階思維能力培養的高中生物課堂學習任務設計方案初探
——以生態系統的穩態為例

（南京師范大學附屬中學 江蘇南京 210003）

知識時代對人才的素質要求偏重于九大能力：創新、決策、批判性思維、信息素養、團隊協作、兼容、獲取隱性知識、自我管理和可持續發展能力。這九大能力被稱之為高階能力。高階能力是以高階思維為核心，解決劣構問題或復雜任務，具體指問題求解、決策制定、批判性思維和創造性思維能力，是綜合運用分析性、創造性和實踐性思維的能力。所謂高階思維是發生在較高認知水平層次上的心智活動或較高層次的認知能力。例如，其在教學目標分類中表現為較高認知水平層次的能力，具體表現為分析、綜合、評價。促進學習者高階能力發展是面向知識時代教學設計研究與實踐的宗旨，因此，探討促進學習者高階思維發展的教學問題設計，是當代教學設計研究最為重要的課題之一。生物學作為一門基于實驗的自然科學，在培養學生高階思維能力方面可以起到示范性作用。因而，探索高中生物課堂任務設計方案，培養學生的高階思維能力很有必要。

1 比較類比，自主構建系統概念

教師在課前布置學習任務：你所了解的系統有哪些？請通過推薦材料和網絡搜索材料的學習，了解系統有哪些特點？課前學習任務使學生了解到系統有兩大基本特征：有多個元素組成；元素之間有相互聯系。教師提出問題，引導學生討論，使學生深刻理解系統的概念和明確生態系統的組成、結構和功能：細胞是不是一個系統？神經系統是不是系統？生態系統是不是也符合系統的兩大特征？

這個設計很好地闡釋了概念構建在培養學生高階思維能力方面的作用，尤其是類比和歸納能力。這樣一方面可以讓學生深刻了解系統的基本特征；另一方面，學生通過結合之前所學知識感受到生態系統這一名詞并不是孤立的，對更好地體會知識之間的聯系起到了不可估量的作用。學生的認識水平在類比歸納中得到了提升，提高了思維水平。

2 文史自然，理論與實踐相結合

教師引導學生分析宋代詩人楊萬里的一首“小池”——“泉眼無聲惜細流，樹陰照水愛晴柔。小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上頭。”這首小詩使學生體會到楊萬里描寫的就是一個池塘生態系統，既包含了池邊綠樹和新發荷葉等生產者、駐足蜻蜓等消費者、小池泉水中的分解者，也有明媚陽光輕柔微風等無機環境。接著，教師引導學生討論各成分之間的關系，學生不僅能說出“小荷、綠樹光合作用，池水、空氣中微生物分解有機物，陽光、空氣為生物成分提供物質和能量”，還能補充詩中“沒有的蜻蜓捕食蚊子等昆蟲，蚊子等昆蟲吸食植物汁液、花蜜”等。

學習自然科學，和文學并不對立，相反兩者可以很好地結合。本課的這項設計不僅讓學生有耳目一新之感，激發了學生的學習興趣、理性與感性相結合，更重要的是讓學生以此為例，理論聯系生活實際，深刻體會生態系統的四個組成成分及其相互關系。

3 通過實例，找出一般規律原理

教師提供有關熱帶雨林和苔原的圖片和文字資料，引導學生關注苔原生態系統和熱帶雨林生態系統的差異，并提出以下問題：生活在苔原和熱帶雨林生態系統中的動植物種類和數量有何差異？當受到外界干擾時，哪種生態系統更容易遭到破壞？當遭到破壞時，哪種生態系統更容易恢復？學生一致贊同熱帶雨林的動植物種類和數量明顯比苔原多，也基本一致認為苔原更容易遭到破壞。教師要求學生闡述理由。在闡述理由的過程中，學生自發得出一般規律：生態系統的物種多樣性程度越高，抵抗力穩定性越強，而恢復力穩定性一般就越弱。

這段學習任務的設計很好地體現了“教師為主導，學生為主體”的教學理念。教師的作用體現在設計案例并布置任務。學生在完成對問題的思考和討論過程中自主總結出一般規律及原理，這不僅有助于對生態系統穩態的理解，也有助于提高分析歸納的高階思維能力。

4 構建模型，直觀體現抽象思維

教師提出問題：千萬年間地球上的自然生態系統經常遭受洪澇、火燒、蟲害，也遭受人類的砍伐與放牧等活動的干擾，卻依然維系生態系統的正常功能。為什么這些生態系統在受到干擾后仍能保持相對穩定呢？這是一個非常復雜的問題，教師可以先將復雜的問題簡單化。例如，教師提供生態系統中旅鼠數量變化的資料，引導學生用文字、箭頭構建一個旅鼠和北極狐之間負反饋調節的模型。通過模型的構建（圖1），學生可以看出生態系統可以通過自我調節來維持自身的穩態，而負反饋調節機制是生態系統自我調節的基礎。

當然上述模型對學生思維的要求比較高，學生初學時可能會有畏難情緒。此時，教師可借助系統思考的STELLA軟件，構建動態模型（圖2），使學生直觀地看出旅鼠和北極狐的動態變化，呈周期性波動，并且是捕食者（北極狐）隨著被捕食者（旅鼠）的變化而變化。這一任務的設計對學生理解這個負反饋調節過程和提升形象思維轉向抽象思維能力大有好處。

5 基于項目，面對真實問題情景

學生的學習不僅限于課堂教學活動，基于學校的“系統思考學習項目”——“守護秦淮河”課題，設計一系列與課堂學習有關的以學生為主體的動態教學活動。教師引導學生利用系統思考分析軟件STELLA，構建基于秦淮河治理的動態模型。學生通過模型的運行，可以看出沒有人為干擾，系統的各個組成成分保持穩態；在一定干擾范圍內，系統也可以通過自我調節保持相對穩態；但是在干擾程度超過河流的自我調節能力時，系統就會崩潰（魚類幾乎全部死亡）（圖3）。這種直觀的沖擊對學生培養保護環境意識也有很大的幫助。

此項學習任務是具體而開放的，可以激發學生的學習積極性，讓學生得以面對真實的問題情境實現知識的意義化建構，經歷更優質、科學的學習過程，進而較大程度地激發學生的學習潛能，促進高階思維能力的提升。當然，這項任務也面臨一些困難，就是目前模型的構建偏于簡單，很多因素（比如空間）都被忽略了。另外，模型中的數據并不完全真實，所以只能模擬各組分的變化趨勢。如果長期研究，教師可以讓學生真實取樣記錄，這樣的結果會更加具有說服力。

6 表達觀點，提升辯證思維能力

通過本節課課堂任務的討論，學生可以了解種群通過捕食者與被捕食者之間的相互關系，也就是通過系統的負反饋調節而達到數量的相對穩定。

另外，教師可給學生補充“旅鼠如何調節種群數量”的視頻，視頻中除了介紹旅鼠通過改變毛色和性情等來調節被捕食量以調節種群數量以外，還介紹了“當旅鼠種群數量增大時，旅鼠選擇集體跳海自殺”。請對此談談看法，旅鼠真的會自殺嗎？

這項任務的設計，一方面是對本節課內容的補充，使學生對生態系統穩態調節的認識更加全面深刻；另一方面旨在引導學生在學習基礎上，提出自己的觀點并說出論據，敢于質疑，并深入思考、科學嚴謹地提出支持或反對依據，從而培養其質疑能力和辯證思維的能力。