創設學習情境開展單元教學實踐

龔荔群　黃晶

摘要 “生態系統及其穩定”單元教學中，以“月宮一號”為載體創設學習情境，指導學生課前預習、提出問題，課中建模、討論等方 式解決問題，課后應用所學知識設計方案、制作生態缸，促進學生形成生命觀念，發展科學思維，提升科學探究能力，樹立 社會責任，發展生物學學科核心素養。

關鍵詞 習情境;單元教學;生態系統;概念圖;核心素養

圍繞大概念進行單元教學已成為當前學科教學 的趨勢和研究熱點。隨著“中國學生發展核心素養” 落實于課堂教學，學界認為單元教學是撬動課堂轉型 的重要支點。^[1]筆者嘗試以2007年版人教社高中《生 物·必修3·穩態與環境》（下文簡稱教科書）第五章“生 態系統及其穩定”開展單元教學實踐與研究。

“月宮一號”是中國第一個空間基地生物再生生 命保障系統地基綜合實驗裝置。在“月宮一號”內進 行的“月宮365”實驗實現了“人—植物—動物—微生 物”生物鏈環人工閉合生態系統的長期穩定循環運 轉，其閉合度和生物多樣性皆比世界上同類實驗裝置 更高，同時有利于該系統內人員的身心健康?！霸聦m一 號”為中國今后深空探測生命保障提供理論和技術 支持。

根據生態平衡原理，利用生命科學前沿研究成果 “月宮一號”創設真實的學習情境，貫穿于本單元“生 態系統的結構、功能、穩定性及其相互關系”等4個課 時的學習過程中。本單元教學的基本流程是：①課前 布置學生根據教師提供的“月宮一號”微課預習本單 元內容。 ②鼓勵學生預習后提出個人感興趣的問題。 ③通過班級QQ群，師生之間、生生之間交流各自感興 趣與疑惑問題。 ④教師利用“極課”軟件收集并分析 學生導學案和生態系統概念圖的完成情況，并根據最 近發展區教學原則，制定本單元教學內容。 ⑤主要以 相關的概念圖、概念模型及數學模型等建?；顒娱_展 課堂教學。 ⑥要求學生課后修改和完善有關概念圖、 概念模型，鼓勵學生小組合作設計并制作生態缸，嘗 試設計定居火星的方案，進一步研究課堂教學中生成 的問題。教師以此激發學生的探究欲望，拓寬視野， 形成結構與功能觀、物質與能量觀及穩態與平衡觀， 提高科學思維能力與科學探究能力，樹立社會責任意 識與擔當。

一、建構概念圖，形成生命觀念 開展聚焦大概念的閱讀、討論及建模等系列學習 活動，幫助學生了解“月宮一號”具體組成成分等事實 性知識，建立對食物鏈、食物網與生態系統等一系列 次位概念的正確認識，深刻理解“生物群落與非生物 的環境因素相互作用形成多樣化的生態系統，完成物 質循環、能量流動和信息傳遞”“生態系統通過自我調 節作用抵御和消除一定限度的外來干擾，保持或恢復 自身結構和功能的相對穩定”等重要概念，促進學生 初步形成大概念“生態系統中的各種成分相互影響， 共同實現系統的物質循環、能量流動和信息傳遞，生 態系統通過自我調節保持相對穩定的狀態”，認同結 構與功能觀、物質與能量觀、穩態與平衡觀等生命 觀念。

同時，運用希沃授課助手軟件展示、評價學生課 前建構的“生態系統”概念圖。發現大部分學生建構 的生態系統概念圖沒有體現概念之間的聯系，有些學 生在繪制食物鏈和食物網時，將作為分解者的微生物 列入其中。因此，課堂教學時，以“月宮一號”為例，指 導學生分析食物鏈和食物網的組成及其相互關系，幫 助學生歸納得出：食物鏈和食物網是由生產者和消費 者所組成的，其中生物之間的關系一般是捕食關系，

促進學生理解生態系統的組成成分與營養結構的關 系。進一步指導學生將能量流動模型改建為物質循 環模型和信息傳遞模型，并總結能量流動、物質循環 和信息傳遞之間的關系為：①能量流動是沿著食物鏈 和食物網進行的;②能量流動是動力機制，物質循環 是基本載體，信息傳遞是調控基礎。若食物鏈發生改 變，將導致功能的改變; ③生態系統是在一定的條件 下，通過能量流、物質流、信息流等對組成生態系統的 結構要素進行調控，進而維持整個生命之網的相對穩 定。^[2]促進學生正確理解生態系統的結構和功能的關 系、物質和能量的關系，以及“月宮一號”所遵循的生 態學原理，形成結構與功能觀、物質與能量觀以及穩 態與平衡觀。

此外，要求學生課后補充、修正個人所建構的生 態系統概念圖，并展示學生優秀作品供相互評價與學 習（如圖1）。本單元4個課時教學結束后布置學生小 組合作設計、制作生態缸，并以此生態缸為例建構生 態系統的結構和功能概念圖。

二、建構數學模型，發展科學思維

首先，以“月宮一號”創設一系列問題情境：①“月 宮一號”中西紅柿的能量是如何輸入的？②西紅柿所 固定的能量有哪些去向？ ③西紅柿的枝干等會被人 全部食用嗎？ ④被人食用的部分就是人的同化量嗎？ ⑤人糞便中的能量屬于哪個營養級的同化量？指導 學生歸納能量流動的過程是輸入每一營養級的能量， 一部分在生產者或消費者的呼吸作用中以熱能的形 式散失了，一部分被下一營養級的生物所同化，一部 分以枯枝敗葉、遺體殘骸等形式被分解者分解 ，還有 一部分暫未利用。

接著，提供有關能量流動數據，組織學生小組討 論分析“月宮一號”生態系統能量流動過程及數據，建 構“月宮一號”生態系統能量流動數學模型（如圖2）。 再結合賽達博格湖的能量流動圖解，指導學生總結能 量在生態系統中流動的特點和規律是單向流動、逐級 遞減。促進學生養成“有理有據”闡述個人觀點的意 識與習慣。

進一步指導學生討論： ①科學家為什么要在“月 宮一號”中養黃粉蟲？ 可不可以養狗？ 為什么？ ② “月宮一號”這一人工生態系統與賽達博格湖自然生 態系統有哪些不同？能量傳遞效率超過20%是否與 教科書觀點矛盾？為什么？ ③若實驗時間超過365 天，實驗人員超過4人時，“月宮一號”生態系統是否 還能保持相對穩定？如果不能，應該怎么解決？ ④ “月宮一號”閉合度已達98%，能否做到100%？激發 學生思考與質疑，鼓勵學生嘗試運用所學的知識分析 問 題、解決問 題，培養學生的批判性思維和創造性 思維。

三、制作概念模型，提升科學探究能力 指導學生運用教師提供的三種大小不同的白色 卡紙、三種大小不同的紫色、藍色、紅色箭頭等材料， 小組合作設計、制作“月宮一號”生態系統能量流動概 念模型。運用希沃授課助手實時展示學生建模過程， 并請小組代表進行解釋。再以系列問題情境引導學 生思考能量流動的特點。例如，①可以在大張的白色 卡紙上寫“初級消費者”、中等大小的白色卡紙上寫 “生產者”嗎？為什么？ ②每個箭頭分別代表什么含 義？ ③箭頭的方向能反過來嗎？ ④能量為什么不能 從初級消費者流入生產者？ ⑤能量為什么逐級遞減？ 引導學生深刻理解能量流動的特點以及能量流動與 營養結構的關系。再進一步要求學生將能量流動模 型（如圖3）設計改編成以碳循環為例的物質循環模型 如圖4）與信息傳遞模型（如圖5）。由此，促進學生 深入學習，理解物質循環及與能量流動之間的關系。

通過建模活動，促進學生發揮團隊合作優勢，大 膽地設計、制作模型，開展小組間交流及評價活動，提 升科學探究能力。

四、激發愛國情感，樹立社會責任 以“月宮一號”創設問題情境：你認為“月宮一號” 實驗成功具有什么意義？激發學生對生物技術以及 生態學的學習興趣，樹立民族自信心和自豪感，堅定 愛國之心和報國之志;指導學生圍繞“月宮一號”廢物 利用展開討論，明確“垃圾分類從我做起，變廢為寶美 化家園”的重要性;指導學生探討“月宮一號”的碳循 環過程，促進學生明確低碳生活的必要性和重要性， 并要求學生課后開展有關低碳生活的調查研究。課 堂上請小組代表運用PPT、視頻等形式展示、宣傳研 究成果。推薦學生使用“個人排碳量計算器”，幫助學 生增強環保意識，養成低碳生活的習慣。鼓勵學生在 本單元學習結束后，響應“月宮一號”總設計師劉紅教 授的“為人類在月球上建一個家”的倡議，嘗試設計 “人類在火星上建一個家”的方案，讓學生體驗人工創 造生態系統的艱辛，促進學生珍惜和保護我們的共同 家園——地球，自覺地與大自然和諧共處。

以“月宮一號”創設學習情境開展“生態系統及其 穩定”單元教學，實現了三大教學轉變，即從生物學知 識的分點教學走向聚焦大概念的單元教學;摒棄教師 講授、學生操練為主的傳統教學模式，走向解決真實 問題的深度學習;開展基于學習資源、實時互動的線 上線下混合式學習。^[3]這種智慧課堂有助于提高學生 的學習興趣和學習效率，促進學生發展生物學學科核 心素養。

參考文獻：

[1] 頓繼安，何彩霞.大概念下的單元教學設計[J].基礎 教育課程，2019（18）

[2] 姚亭秀，白建秀，陳俠.“生命之網穩定的維系——生態系統的功能”單元設計[J]生物學教學，2019（10）.

[3] 戴曉娥. 大單元大情境大任務——統編語文教科書"新教學”[J].語文建設，019（9）.

（責任編輯：陳欣）