基于核心素養下生態瓶的設計與制作

沈潔瓊

【摘要】生物學概念是人們對生物及其生理現象本質屬性的認識和總結[1]。概念的獲得往往建立于實驗的基礎之上，是對生物學事實的總結與提升。核心素養是個體終身發展中最關鍵、最必要的基礎素養。在實驗中進行概念教學是兼顧知識與能力，構建生物核心素養的有效方法。

【關鍵詞】概念教學? 生物實驗? 核心素養

【中圖分類號】G63? ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）13-0251-01

概念是知識的高度抽象與概括，實驗是培養學生能力的一種重要途徑和手段，生物學科學的形成和發展都離不開實驗[2]。核心素養是學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。將概念教學滲透于生物實驗，促進學生核心素養的構建。

2017年版生物課標中選擇性必修課程概念2即“生態系統中的各成分相互影響，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”。為幫助學生對該核心概念的理解，促進學生核心素養的提升，新課標明確開設的實驗包括：“設計并制作生態瓶，觀察和比較不同生態瓶中生態系統的穩定性，撰寫報告分析其原因。” 故本實驗的開展既是新課標的要求，亦是學生生物學核心素養提升的基石。

本實驗要求學生以小組為單位設計一個微型的人工模擬的池塘生態系統，并觀察其穩定性。選出組長負責主持研究工作，各組員分工合作。在課堂討論的基礎上，由學生設計實驗方案，擬定觀察記錄表。實驗操作部分安排在課后進行，定期觀察記錄實驗現象。依據實驗結果，分析討論實驗成敗原因，設計改良方法，完成實驗報告。

一、感知概念，形成正確生命觀

生態系統是生物群落及非生物環境所構成的一個生態學功能系統。模擬構建的人工生態系統必須具備生產者、消費者和分解者以及陽光、空氣、水等非生物因素。在建模前，教師建議學生先調查池塘生態系統的主要生物群落及其無機環境，了解它們的基本情況。并請學生思考1：生態瓶為什么必須是透明的？提示：既能讓植物受到光照又便于觀察。思考2：瓶中的水是否要加滿？提示：不能，應留出一定空間，使瓶內保留一部分空氣。思考3：為什么要加蓋封口？提示：所構建的生態系統必須是密封的，才能探究生態系統維持穩態的條件。思考4：為什么不適宜放在直射的高強度的自然光下？提示：防止水溫過高導致水生植物死亡。學生調查思考的過程正是對生態系統組成成分的具體感知，通過直觀的接觸了解，進一步明確生產者、消費者、分解者的界定。讓學生在掌握概念性知識的基礎上形成正確生命觀念，熱愛自然、尊重自然，理解生命是結構與功能的統一體，體會進化與適應密切關聯。

二、理解概念，認同生命共同體

生態瓶是一個人工模擬的封閉的生態系統，要使該生態系統在相對較長的時間內保持穩態，就必須要實現物質循環和能量流動。教師提醒學生注意：封閉生態系統對其中成分和比例有著更高的要求。請學生思考1：為什么不能放入太多動物？且個體不宜過大？提示：消費者過多，會消耗大量氧氣，在密閉環境中容易缺氧導致死亡。思考2：為什么密閉的生態瓶可以較長時間維持穩態？提示：在該密閉生態系統中，既有各生物成分，又有非生物的物質和能量，既有物質循環又有能量流動。雖然營養結構極為簡單，但這是一個完整的生態系統，可以保持相對穩定。通過思考與討論，引導學生關注生態瓶中各種生物之間以及生物與無機環境之間的內在關聯，進一步理解物質循環和能量流動的內容及其重要性。認同生物之間相互依賴相互制約，生物適應環境，環境也能影響生物，生物與環境是不可分割的整體。

三、深化概念，發展科學思維

生態系統的穩定性是生物學的重要概念，而“觀察和比較不同生態瓶中生態系統的穩定性”正是本實驗的目的之一。請學生思考：影響生態系統穩態的因素有哪些？提示：光照、溫度、水質、植物量或動物量等因素。各小組選定一個影響生態系統穩態的條件設計探究實驗，設置對照，擬定觀察記錄表。讓學生學會尊重科學事實，形成實證意識和嚴謹的求知態度，崇尚真理。能夠運用科學的思維方式認識事物、解決問題、規范行為。

四、構建模型，學會科學探究

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述。對有些科學問題的探究既無法用真實模型，也無法找到替代模型，此時，便可借用人工模擬的方法來開展研究。本實驗即充分體現了建模思想，利用生態系統的物質模型——生態瓶，模擬真實的生態系統，觀察生態系統的穩定性。通過設置對照實驗，探究光照、溫度、水質、植物量或動物量等不同因素對生態系統穩態的影響，確定研究內容，注意控制變量。通過動植物生活情況、水質變化等判斷生態系統的穩定性，記錄生態瓶達到比較穩定狀態所需的時間以及其中最先死亡的生物并分析主要原因。結合觀察實際，進一步加深對生態系統穩定性的認識。實驗結束后，統計全班每組學生所制作的生態瓶穩定性維持時間的長短。思考：為什么生態瓶中的生物可以生存一段時間，最后又全部死亡？提示：由于生態瓶中的生態系統極為簡單，自我調節能力較差，生態系統的穩定性容易被破壞。最后，教師引導學生利用實驗事實進行科學推理，得出結論，完成實驗報告。再通過一系列的分析總結與交流，學生對生態系統穩定性有更全面深入的了解，并深刻體驗到維持生態平衡的難度，進一步地懂得了生態系統的脆弱，意識到人類有責任和義務維護生態平衡。

本實驗以生態系統為核心概念，涉及生態系統成分、物質循環和能量流動、生態系統的穩態三個重要概念。概念之間的內在聯系構成了生物與環境的知識網絡，建立了關于生物與環境關系的思維模型，通過生態系統模型的構建與研究，學生能更好地理解概念及所構成的體系。學生從學習者向組織者、活動者、探究者、實踐者轉變，增強社會責任感，加速知識、能力轉化為素養，促進生物核心素養的進階與提升，成為更全面發展的人。

參考文獻：

[1]蔡雪燕.淺談高中生物概念教學[J].新課程：教育學術版，2009（4）.

[2]冉新紅.高中生物實驗教學淺析[J].中華少年：教學版，2011：216.