高中生物學差異教學模式初探
——以“生態系統的能量流動”為例?

劉 欣 （北京師范大學附屬中學 北京 100052）

傳統的高中生物學課堂教學，往往采用“著眼中間，兼顧兩頭”的教學策略，主要面向班級中間層次的學生開展教學活動。隨著新課程改革的推進，學生在課程選擇方面擁有了更大的自主權，“分層走班”逐漸被“選課走班”所取代，同一教學班內的學生在認知準備、學習意愿和學習能力方面存在較大的差異，傳統的教學模式難以滿足學生的差異化需求，而差異教學模式為這一新挑戰提供了解決問題的途徑。

差異教學模式是指在差異教學觀念、理念和原則的指導下建立的教學活動結構框架和活動程序，是發現并利用學生差異的一組相對穩定的教學方法和策略，其理論架構如圖1所示。

差異教學要求教師在課前診斷學生的差異，為不同層次的學生制定適合的學習目標。對認知準備不足的學生進行課前指導，幫助其縮小與同伴間的差距。之后以課程標準為依據，制定所有學生都應達到的基礎性學習目標和面向學有余力者的高階學習目標。在課堂教學中，教師應根據學習主題，設計多樣化的學習菜單，供學生選擇適合的學習資料和任務，并在學生探索過程中為不同層次的學生搭建“腳手架”，引導學生彼此互助合作，實現共同發展。最后，差異教學強調持續性地及時反饋與多元評價，以幫助不同發展水平的學生都獲得最大程度的進步。

本文以“生態系統的能量流動”為例，介紹對差異教學模式的探索。

1 認知鋪墊與目標制定

1.1 學情診斷與認知鋪墊 “生態系統的能量流動”一節需要學生構建模型，說明能量流動的過程和特征，據此解決實際問題。要完成這一學習任務，學生必須具備關于生態系統的結構、生物體物質與能量代謝的知識儲備。“生態系統的結構”一節的后測表明，學生對該部分概念掌握情況較好，因此，課前診斷主要聚焦于物質與能量代謝部分。診斷問題如下。

1）綠色植物的同化作用方式是什么？綠色植物單位時間同化能量值和呼吸作用消耗能量值通常用什么指標表示？

2）動物的同化作用類型是什么？食物中的能量是否都會成為動物體內的能量？

教師提供微課和閱讀資料，有困難的學生自主選擇借助微課或閱讀資料獲得認知鋪墊，之后再回答問題。

1.2 挑戰性學習目標的制定 根據課程標準的內容要求與學業要求，本節課的基礎性目標預設為：

1）從物質與能量觀的視角，概述生態系統的能量流動過程和特點；

2）進行生態系統能量流動的科學史數據分析和模型構建；

3）討論生態系統能量流動原理在現實生產、生活中的應用。

本節課面向學有余力學生的高階目標是：在實現上述目標基礎上，闡明能量流動模型是對自然生態系統能量流動的高度抽象、概括化的表征，并能運用其解釋某些與能量收支有關的生命現象，解決現實問題。

2 差異任務與互助活動

2.1 構建生態系統能量流動過程的概念模型 教師引導學生分析奧林匹克森林公園濕地中的一條食物鏈“浮游植物→浮游動物→鰱魚（Hypophthal‐michthys molitrix）→中白鷺（Ardea intermedia）”，回答學習任務單上的問題：

1）能量是怎樣輸入第一營養級的？

2）第一營養級同化的能量有哪些去向？分別是通過什么生命活動實現的？

3）能量是怎樣輸入第二營養級的？第二營養級同化的能量有哪些去向？

4）能量在第三、四營養級的變化與第二營養級的情況是否相同？

5）該食物鏈僅是濕地營養結構的一部分，據此繪制的示意圖能否反映整個生態系統的能量流動途徑？

學生3人一組，根據問題串進行討論，用箭頭和關鍵詞繪制能量流動過程的示意圖，建立概念模型。之后在教師組織下進行展示和交流，說明除最高營養級之外，各營養級同化的能量都有呼吸散失、傳遞給下一營養級和遺棄給分解者3個去向。這一概念模型具有普適性，雖然生態系統的營養結構非常復雜，但可將同一營養級的所有生物合并處理。

學有余力的學生可在完成上述任務基礎上，觀察賽達伯格湖的能量流動途徑（圖2），思考自己的概念模型與此是否相符。

2.2 建立生態系統能量流動過程的數學模型 教師說明將各營養級同化能量、呼吸作用散失的能量和遺體殘骸中的能量分別用字母A、R和V表示，營養級用n表示，請學生回答任務單中的問題。

1）列出每一營養級的能量收支等式，預測各營養級生物量的變化。

2）各營養級遺棄給分解者的能量總和與分解者利用的能量是否一定相等？

3）用字母表示生態系統輸入的總能量與散失的總能量，預測生態系統未來的變化。

4）各營養級同化能量值的大小關系是怎樣的？為什么？

學生分組討論上述問題，最后在教師引導下進行交流，說明各個營養級能量收入為An，能量支出為Rn+Vn+An+1，某營養級單位時間能量收入與支出不一定相等，可能會有未利用的能量U，能量收支等式可表示為：An=Rn+Vn+An+1+Un。如果U>0，該營養級生物量會增加，反之，生物量則會減少。各營養級遺棄給分解者的能量與分解者利用的能量不一定相等，如果前者大于后者，會出現遺體殘骸的堆積現象。生態系統輸入的總能量為A1，輸出的總能量為各營養級與分解者呼吸作用散失能量之和，如果輸入大于輸出，說明該生態系統中的群落演替尚未達到相對穩定狀態。生態系統中營養級越高，同化的能量數值越小，因為上一營養級中必然有一部分能量會呼吸散失和遺棄給分解者。

學有余力的學生在完成上述任務之余，可分析各類群動物用于生長發育和繁殖的能量占同化能量的比例（表1），根據不同類群動物代謝特點思考其生產效率存在差異的原因，并對畜牧養殖業提出建議。

表1 各類群動物的生產效率[3]

2.3 檢驗生態系統能量流動的模型 教師引導學生分析賽達伯格湖的能量流動圖解，對已構建的能量流動模型進行檢驗和修正。首先請學生標注圖解中各項數據的含義，驗證自己的概念模型。之后計算各營養級的能量收支及整個生態系統的總能量收支，驗證數學模型，判斷出賽達伯格湖年輸入能量值遠高于年散失能量值，是一個不成熟的生態系統。最后，指導學生比較各營養級的同化能，計算相鄰2個營養級間的能量傳遞效率，歸納概括生態系統能量流動的特點，從系統有序性和穩態維持的角度闡明能量流動的意義。

3 持續反饋與多元評價

3.1 教學中的持續反饋 差異教學強調持續的大面積的教學反饋，及時了解和滿足不同學生的學習需要。本節課的教學反饋分為課前、課中和課后3個環節。

課前教師批改學生的問題診斷作業，指導沒有通過問題診斷的學生及時完成任務。

課堂教學中，在分組活動期間觀察各小組的情況，及時給予個別指導。在交流表達環節，既鼓勵學生主動表達，也有意識地請具有典型錯誤的學生回答問題，組織學生進行討論和糾正。例如，有的學生認為第二營養級同化的能量是其攝入食物的能量，此時，應引導學生說出糞便中的能量并沒有進入動物體內，屬于第一營養級遺棄給分解者的能量。

課后教師收集和批改學生的學習任務單。部分學生對選做任務進行了思考作答，教師通過批注引導其理解科研工作者研究能量流動的建模方法，嘗試解決畜牧業生產中的實際問題。課后的反饋還包括對學生作業的批改。

3.2 差異化的多元評價 本節課在課前進行診斷性評價，課中和課后主要進行形成性評價，通過各環節的反饋，幫助學生了解自己的學習任務達成情況，及時調控學習進程。

本節課的課后作業中，除作為基礎性作業的習題外，還包含2項探究性作業，一項是提供我國2010—2020年糧食產量和大豆進口量的數據，說明進口大豆的主要用途是榨油和作飼料，請學生用能量流動的原理解釋為什么在大豆價格大幅上漲時我國仍不能將糧食用地改種大豆；另一項是提供我國科學家研究水生群落能量流動的論文，請學生閱讀論文，簡述生態學家測定能量流動各項數據的方法。學生可自主選擇完成其中一項作業。教師根據學生作業情況對其概念理解水平和應用能量流動原理解決實際問題的能力進行評價。

4 總結與反思

本節課采用的差異教學模式是一種“保底不封頂”的模式。前測和認知鋪墊有效補齊了部分學生在學習準備方面的不足，幫助其達成基礎性目標。課堂學習中設置差異性任務，學有余力的學生在完成共性任務之后，可自主選擇拓展任務，延伸至課后的師生互動保證了其自主學習活動的有效性。

本節課中學生的學習是小組合作探究學習與獨立學習穿插進行的。以小組為單位完成能量流動的概念模型構建、數學模型構建和模型檢驗這3個學習任務，在此過程中學生以問題串為線索進行頭腦風暴，實現組內異質合作，共同進步。而在小組間交流、討論和教師解釋、糾錯時，學生是在獨立學習，可自主選擇聽講或完成拓展任務，從而實現了隱性動態分層。

總之，教師圍繞學習主題設計以問題解決為目的的探究性活動，提供可選擇的學習菜單，幫助學生從自身情況出發，選擇適合的學習任務和學習途徑，并給予及時的反饋，是實現差異教學、促進學生生物學學科核心素養發展的關鍵。