“群落的演替”一節(jié)5E教學(xué)設(shè)計

汪 娜 （湖北省武漢市第二中學(xué) 湖北武漢 430010）

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》的課程理念強調(diào)以核心素養(yǎng)為宗旨，既要讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識，又要讓學(xué)生領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過程中所持有的觀點及解決問題的思路和方法［1］。

5E 教學(xué)模式是美國生物學(xué)課程研究（BSCS）開發(fā)出的一種建構(gòu)主義教學(xué)模式，其最終目標是指向?qū)W生科學(xué)概念的構(gòu)建,這也是理科教育的核心任務(wù)。5E 教學(xué)模式包括5 個教學(xué)環(huán)節(jié)，分別是引入（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、精致（elaborate）和評價（evaluate）［1］。在“群落的演替”一節(jié)的教學(xué)中，筆者嘗試以“5E”教學(xué)模式為基本流程，對教材相關(guān)內(nèi)容進行調(diào)整與充實，幫助學(xué)生深入理解科學(xué)概念，發(fā)展其生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 教材及學(xué)情分析

1.1 教材分析 “群落的演替”是人教版必修3第4 章第3 節(jié)的內(nèi)容，涉及的知識點主要包括群落演替的概念、過程、類型和人類活動對群落演替的影響。其中，群落演替的過程是教學(xué)重、難點。本節(jié)從群落水平闡述了生命系統(tǒng)是一個動態(tài)發(fā)展的過程，凸顯生物與環(huán)境相互作用的規(guī)律。在章節(jié)關(guān)系上，上一節(jié)有關(guān)群落結(jié)構(gòu)中的物種組成、種間關(guān)系、群落的空間結(jié)構(gòu)等概念是學(xué)習(xí)本節(jié)的基礎(chǔ)。

1.2 學(xué)情分析 這節(jié)內(nèi)容看似不難，若使用傳統(tǒng)的講授型教學(xué)模式，學(xué)生的收獲僅局限在對群落演替過程和類型的感性識記，而對于演替過程背后所涉及優(yōu)勢取代的實質(zhì)及原因、生物與環(huán)境的相互作用、最終平衡狀態(tài)形成的原因等內(nèi)容，學(xué)生的了解卻不夠理性透徹。

1.3 教學(xué)目標

1）生命觀念。分析群落演替過程，形成生命系統(tǒng)的動態(tài)發(fā)展觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、生物與環(huán)境相互作用的科學(xué)自然觀。

2）科學(xué)思維。構(gòu)建實物模型模擬棄耕后農(nóng)田最可能的演替歷程，能將所建模型與原型對比，闡釋現(xiàn)象背后的實質(zhì)，歸納與概括群落演替的過程及規(guī)律。

3）科學(xué)探究。通過小組合作探究棄耕后農(nóng)田最可能的演替歷程，將建模與原型對比，針對現(xiàn)象觀察提問并逐步破疑，從中增強對自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，并培養(yǎng)團隊合作精神。

4）社會責(zé)任。分析過度放牧后的演替，關(guān)注“退牧還草”等國家政策；通過小組合作，分析與關(guān)注自身“衣、食、住、行”等不經(jīng)意行為對群落演替產(chǎn)生直接或間接的影響，樹立與踐行“綠水青山就是金山銀山的”理念，形成生態(tài)意識。

2 教學(xué)過程

2.1 第1 環(huán)節(jié)：engage（引入） 本環(huán)節(jié)的目標是創(chuàng)設(shè)情境，引入新課。教師提供有意義的學(xué)習(xí)活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生對教師提供的實物、問題、情境或現(xiàn)象進行思考，聯(lián)系已有的知識和經(jīng)驗，暴露錯誤的前概念，這是學(xué)習(xí)科學(xué)概念的重要基礎(chǔ)和前提［2］。

上課伊始，教師播放視頻展示海洋、草原、森林、湖泊、凍原等群落的唯美景象，引入新課：家鄉(xiāng)的水稻田不得已被棄耕，若無人照料，每年秋天是否會依然出現(xiàn)金黃色稻浪翻滾的場景？多年以后，這片棄耕的農(nóng)田會有怎樣的變化？

沙盤游戲：讓學(xué)生用材料模擬農(nóng)田被棄耕多年后最可能的演替歷程（課前為每個小組準備必要的學(xué)具：3 個紙盒代表演替的3 個階段，細沙模擬土壤，喬木、灌木、草本植物的微縮模型若干）。

沙盤是一種物理模型，可讓抽象的事物變得具體、直觀。用沙盤游戲作為新課引入，學(xué)生的求知熱情立刻被點燃。他們大膽想象和推測，擺出最可能的演替歷程（圖1）。在建模過程中，各組構(gòu)建的模型各不相同，有些并不符合自然規(guī)律，學(xué)生交流討論后進行修正。在此過程中，學(xué)生原有的認識在與同伴的互動過程中不斷修正、重組、細化。這種互動過程不僅是動手，更是動腦思維的過程。建模活動是科學(xué)探究的有效形式之一［2］。

圖1 學(xué)生構(gòu)建的物理模型照片

2.2 第2 環(huán)節(jié)：explore（探究） 本環(huán)節(jié)的目標是通過提供數(shù)據(jù)原型（表1），引導(dǎo)學(xué)生將構(gòu)建的模型與數(shù)據(jù)原型進行對比，并進一步修正與完善模型，通過分析數(shù)據(jù)理解群落演替科學(xué)概念的內(nèi)涵。

表1 1個棄耕農(nóng)田上的演替和物種數(shù)目［3］

教師提問：沃森，克里克2 位科學(xué)家曾將構(gòu)建的模型不斷地與原型進行對比，進而建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。課上構(gòu)建的模型應(yīng)與怎樣的原型進行對比？仔細觀察原型數(shù)據(jù)后，你發(fā)現(xiàn)了什么？有哪些不解的問題需要與同伴討論？

生物學(xué)概念是前人在實踐中探索出的，是生物學(xué)家科學(xué)探究的成果。學(xué)習(xí)概念，不僅要學(xué)習(xí)概念所反映的生物學(xué)規(guī)律，更要通過模仿科學(xué)家科學(xué)探究的方法主動進行概念的內(nèi)化。科學(xué)探究總是從提出問題開始，本環(huán)節(jié)鼓勵學(xué)生提出感興趣的問題，為下一環(huán)節(jié)作準備。

2.3 第3 環(huán)節(jié)：explain 1（解釋1） 本環(huán)節(jié)的目標是教師對學(xué)生在上一環(huán)節(jié)的提問進行分級分類，通過引導(dǎo)學(xué)生交流解疑，分析棄耕農(nóng)田演替過程背后的原因與實質(zhì)，重點突破每階段新出現(xiàn)的生物來歷及優(yōu)勢取代的問題。

破疑1：由草本階段演替為灌木階段時，新出現(xiàn)的生物從何而來？

破疑2：灌木和草本植物，哪類植物競爭優(yōu)勢更大？為什么？

追問：既然如此，為何在灌木階段還能找到草本植物？

教師強調(diào)：群落演替中，一些種群取代另一些種群通常是“優(yōu)勢取代”，而非“取而代之”。

在教學(xué)中，教師鼓勵學(xué)生像科學(xué)家一樣思考：提出問題、分析問題、解決問題，關(guān)注現(xiàn)象背后的原因和實質(zhì)，參與概念的形成過程，討論后盡量作答。同時，教師在課前要充分準備，預(yù)估學(xué)生可能提出的問題，并準備一些圖片或文字素材，以便在課上適時提示。

2.4 第4 環(huán)節(jié)：explain 2（解釋2） 本環(huán)節(jié)的目標是分析裸巖上的演替過程，重點突破生物與環(huán)境相互作用的問題。

教師提前準備微課，描述裸巖上的演替過程。學(xué)生觀看微課視頻，并填寫學(xué)案中的表格。小組分工合作，每組重點關(guān)注其中一個階段的生物與環(huán)境相互作用的實例，分組交流匯總。教師提問：是否只要時間足夠長，所有的群落都能發(fā)展到森林頂級群落？為什么？若學(xué)生回答確有困難，教師可出示圖片（圖2）給予提示進行釋疑解惑。

圖2 決定頂級群落的兩大氣候因素［4］

基于上述分析，師生共同歸納：群落演替是生物與生物、生物與無機環(huán)境之間相互作用的結(jié)果。當群落發(fā)展至與當?shù)氐耐寥篮蜌夂驐l件處于相對平衡時，群落演替達到相對穩(wěn)定的階段，即成為頂級群落。此時，需提醒學(xué)生注意，有些學(xué)生構(gòu)建的模型雖與原型不同，但仍可能正確。因原型來源于美國北卡羅來納州，若溫度和水分條件滿足，學(xué)生的演替模型也可能在地球的某一個角落出現(xiàn)。

筆者在教學(xué)中，將教材的編排順序調(diào)整為先講“棄耕后農(nóng)田上的演替”（次生演替），再講“裸巖上的演替”（初生演替），這更符合學(xué)生由易到難的認知規(guī)律。同時，教學(xué)的側(cè)重點不同：“棄耕后農(nóng)田上的演替”重點突破每階段新出現(xiàn)的生物來歷及優(yōu)勢取代的問題；“裸巖上的演替”重點突破生物與環(huán)境相互作用的問題。教材中關(guān)于“裸巖上的演替”這部分內(nèi)容，雖圖文并茂，但只關(guān)注植物的變化，涉及動物和微生物的變化非常少，因此，單純從教材獲取群落演替過程的信息不夠完整。筆者采用微課取代閱讀教材，一方面幫助學(xué)生全面認識群落演替的過程，另一方面用微課中的實物圖代替教材的示意圖更顯真實與直觀，此環(huán)節(jié)充分展現(xiàn)“用教材教，而不是教教材”的思想。

2.5 第5 環(huán)節(jié)：elaborate（精致） 本環(huán)節(jié)的目標是通過分析比較2 種演替過程的共性規(guī)律和差異，歸納群落演替的一般規(guī)律，并過渡到群落演替的2 種類型的學(xué)習(xí)。

教師提問：以上2 種演替過程是否有一些共性規(guī)律？（提示：從豐富度、種間關(guān)系、群落固定的太陽能等方面）這2 種演替過程是否有差異？

教師補充：裸巖上的演替過程中，地衣作為“開拓植物”加速巖石風(fēng)化成土壤，為苔蘚定居與生長創(chuàng)造了條件；農(nóng)田棄耕后1年內(nèi)，很快就有馬唐草、飛蓬草等多達31 種野生植物迅速占領(lǐng)生境中的資源，并開始改造環(huán)境，為其他生物（特別是動物）的進入創(chuàng)造條件。總之，不論是哪種演替過程，總有一些生長速度快、具有巨大散布能力的生物率先遷入定居，并對后續(xù)的演替產(chǎn)生影響［3］。典型的初生演替，還包括發(fā)生在沙丘或冰川泥上的演替；次生演替還包括過量砍伐后的森林、過度放牧后的草原上發(fā)生的演替。

引導(dǎo)學(xué)生對群落演替的下位概念進行歸納總結(jié)，使其從感性上升到理性深刻地理解新概念。

2.6 第6 環(huán)節(jié)：evaluate 1（評價1） 本環(huán)節(jié)的目標是通過分類、比較，歸納演替的方向和速度對其的影響，并關(guān)注“退牧還草”等國家政策。

教師提供3 個群落演替實例：①火災(zāi)后的森林；②湖泊的自然演替；③水華后的湖泊演替。讓學(xué)生進行分類，并交流分類的方式與依據(jù)。學(xué)生有的認為可分為水中和陸地上的；有的認為可分為自然和人為的；有的認為可分為群落演替的方向越來越復(fù)雜或越來越簡單......

通過開放性問題的引導(dǎo)，幫助學(xué)生關(guān)注群落演替的其他屬性（水生與陸地、自然與人為、正向與逆向），從而多維度地理解群落演替的概念，同時對學(xué)生進行情感價值觀的熏陶。

2.7 第7 環(huán)節(jié)：evaluate 2（評價2） 本環(huán)節(jié)的目標是通過小組合作，分析與關(guān)注自身“衣、食、住、行”等不經(jīng)意行為對群落演替產(chǎn)生直接或間接的影響，樹立與踐行“綠水青山就是金山銀山的”理念，形成生態(tài)意識。

有的學(xué)生認為住在城市，沒有機會砍伐森林，也沒有機會圍湖造田，自己的生活不可能影響群落演替，是否如此？學(xué)生分組討論“衣、食、住、行”與“群落演替”之間的關(guān)聯(lián)。

本環(huán)節(jié)成為本節(jié)課的高潮，學(xué)生積極思考，小組討論，全班交流。

教師歸納：人類不經(jīng)意的行為也在間接影響群落演替。作為生物圈中的一員，人類的活動應(yīng)當遵從自然規(guī)律，使人與自然和諧發(fā)展。最后，全班學(xué)生呼吁：群落演替，做最好的那個你。

城市學(xué)生容易產(chǎn)生群落演替與己無關(guān)的想法。通過小組合作討論，學(xué)生發(fā)現(xiàn)“衣、食、住、行”中一些不經(jīng)意的行為仍然會直接或間接影響群落的演替。本環(huán)節(jié)可讓學(xué)生通過審視自身的不當行為再次引發(fā)對環(huán)保問題的關(guān)注。最后呼吁：“群落演替，做最好的那個你”達到社會責(zé)任的培養(yǎng)和情感價值觀的升華。

3 教學(xué)反思

本節(jié)課采用5E 教學(xué)模式，從沙盤游戲入手激發(fā)學(xué)生興趣并引入概念；通過探究（構(gòu)建模型）、解釋（提出問題、分析問題、解決問題）、精致（歸納比較）凸顯參與概念的形成過程并內(nèi)化概念，指向科學(xué)思維和科學(xué)探究；從評價（分類、關(guān)鍵詞聯(lián)想）凸顯概念的整合，指向生命觀念和社會責(zé)任。本節(jié)課的教學(xué)亮點是教師在課前已做好充分的預(yù)設(shè)，準備了模型、微課及各種素材，課堂上給學(xué)生提供自主探究和合作探究的舞臺。整節(jié)課氣氛活躍、高潮迭起，學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體，極大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的熱情，較好地發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。