基于PBL教學法的高中生物探究·實踐活動

高雅君　張鳳娟

摘 要：以“探尋廈門筼筜湖的生態(tài)環(huán)境變遷”為驅(qū)動性問題，圍繞制作生態(tài)缸這個項目產(chǎn)品，通過“生態(tài)缸的方案設(shè)計”“生態(tài)缸的制作”“生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗”“廈門筼筜湖生態(tài)環(huán)境調(diào)查”四個任務(wù)，引導(dǎo)學生應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)的知識分析和解決實際問題，并將知識應(yīng)用于實踐。學生經(jīng)歷探究活動，在實踐中體驗項目的意義和價值。通過一段時間的項目式學習，掌握必備知識，促進學生溝通能力、社交能力的發(fā)展。通過具有地方特色的環(huán)境調(diào)查，引導(dǎo)學生關(guān)注生態(tài)環(huán)境問題，發(fā)展學科核心素養(yǎng)，提升社會責任感。

關(guān)鍵詞：項目式學習；生態(tài)缸；生態(tài)系統(tǒng)；探究實踐

PBL（project-based learning，項目式學習）是在項目進行過程中，通過基于現(xiàn)實世界的真實問題開展持續(xù)的探究活動，加深對核心知識的理解的一種學習方式；倡導(dǎo)利用生活素材和情境開展教學，并通過制作最終作品的形式來自主地完成知識建構(gòu)，養(yǎng)成綜合實踐創(chuàng)新能力[1]，有效促進學生的深度學習和核心素養(yǎng)的形成[2]。《普通高中生物學課程標準》2017年版，明確將生物學學科核心素養(yǎng)作為課程宗旨，科學探究的重要作用再次受到高度重視，科學探究對于學生掌握科學概念、參與科學實踐、理解科學本質(zhì)都有積極的促進作用[3]。

高中生物人教版新教材中“探究·實踐”活動是實驗探究的良好素材，該部分內(nèi)容的深入開展，是學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、利用知識解決真實問題的過程，能夠提升學生的學科核心素養(yǎng)。人教版高中生物教材必修和選擇性必修模塊共有“探究·活動”31項，其中有些項目耗時較長，探究內(nèi)容多，而課時有限，僅僅利用課堂難以滿足要求，造成很多學校放棄這部分探究活動。教師作為教學的主導(dǎo)者，如何為學生創(chuàng)造豐富的教學資源和環(huán)境，引導(dǎo)學生在這種環(huán)境中發(fā)揮適當?shù)淖灾鳈?quán)，學會組織和使用學習材料，將課堂－生活－社會連接在一起，是急需解決的問題。PBL教學是解決課堂課時矛盾，提高教材資源利用率，提升學生解決真實問題能力的有力抓手[4]。

本文結(jié)合實驗教學的特點和PBL的常規(guī)模型基于STEAM理念，構(gòu)建了項目式學習在高中生物教學中的應(yīng)用步驟。下文以“設(shè)計制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性”的探究·活動為例，進行闡釋。

一、項目主題選擇

生物學是一門實驗性學科，實驗性是生物學的一個突出特點。通過實驗，學生可以利用多種感官直接感知事物本身，豐富直接經(jīng)驗，獲得生動表象，以之作為形成概念、理解原理、掌握規(guī)律的依據(jù)。生物學項目式學習的內(nèi)容盡量選取有實驗內(nèi)容或者可以依據(jù)內(nèi)容開設(shè)實驗的章節(jié)。“設(shè)計制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性”是2019高中生物新教材人教版《生物與環(huán)境》模塊中第3章節(jié)《生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性》的內(nèi)容，是學生學習生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及其穩(wěn)定性的重要“探究·實踐”活動[5]。課標要求“生態(tài)系統(tǒng)中的各種成分相互影響，共同實現(xiàn)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞，生態(tài)系統(tǒng)通過自我調(diào)節(jié)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)”。

設(shè)計制作生態(tài)缸可以幫助學生學習知識，增進理解，演示生物與環(huán)境之間的相互依存關(guān)系及探究生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，生動直觀。本研究在自制生態(tài)缸的基礎(chǔ)上，增加生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力測試實驗及生態(tài)環(huán)境調(diào)查內(nèi)容。通過項目式學習的方式，圍繞生態(tài)缸制作，展開一段時間持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)知識學習和應(yīng)用，通過問題驅(qū)動，進行深度學習，實現(xiàn)利用課內(nèi)知識解決現(xiàn)實世界真實問題的目的。

二、項目學習目標

生物學學科核心素養(yǎng)是學生在學習過程中習得的受益終身的成果，是學生在解決生物學問題時所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力，所以，落實生物學學科核心素養(yǎng)是本次項目式學習的根本目標。在項目式教學中，項目目標起著非常重要的作用，基于課程標準的內(nèi)容要求、學業(yè)要求和學生質(zhì)量標準，制訂了如下教學目標[6]。

（一）通過設(shè)計和選擇生態(tài)缸的生物和非生物成分，嘗試對設(shè)計的合理性進行論證和科學解釋，闡明生態(tài)缸中生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及相互關(guān)系，培養(yǎng)學生自覺、有效地獲取、評估、使用信息的能力。

（二）通過觀察和討論分析生態(tài)缸中的生產(chǎn)者和消費者的生態(tài)位及它們之間形成的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，分解者存在的必要性，理清生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)以及群落的種間關(guān)系和空間結(jié)構(gòu)。

（三）通過構(gòu)建概念圖，分析生態(tài)缸中生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動關(guān)系，進一步提升物質(zhì)與能量觀。

（四）通過觀察并記錄生態(tài)缸內(nèi)生物生長情況，解決項目進行時遇到的問題，理解生態(tài)系統(tǒng)具有保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定，認識生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，提升解決現(xiàn)實問題的能力。

（五）通過生態(tài)缸制作的項目延伸，探尋筼筜湖生態(tài)環(huán)境變遷，關(guān)注廈門市筼筜湖生態(tài)環(huán)境問題和治理情況，積極運用生物學知識，樹立生態(tài)文明的理念，形成生態(tài)意識，踐行生態(tài)環(huán)境保護。

三、項目流程

開展生態(tài)缸的方案設(shè)計、實踐生態(tài)缸的制作、生態(tài)缸的穩(wěn)定性研究和生態(tài)環(huán)境調(diào)查四個項目任務(wù)，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的知識體系，形成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定功能以及平衡與穩(wěn)態(tài)的生命觀念。同時在項目學習中了解我國目前面臨的生態(tài)環(huán)境問題，提高生態(tài)意識。認識到建設(shè)美麗中國，每個人都有責任、有義務(wù)，都需要付諸共同的行動。

通過調(diào)查廈門筼筜湖生態(tài)環(huán)境發(fā)展，探尋生態(tài)環(huán)境變遷中的人類影響，了解家鄉(xiāng)和學校建設(shè)，落實學科育人。

四、項目任務(wù)及實施

任務(wù)１：生態(tài)缸方案設(shè)計

【資料】人教版高中生物選擇性必修2《生物與環(huán)境》第3章《生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性》的內(nèi)容，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)知識，理解生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。生態(tài)系統(tǒng)的組成成分包含非生物和生物兩大部分，生物和非生物通過相互作用，形成統(tǒng)一的整體。生產(chǎn)者、消費者與分解者之間的關(guān)系，歸根結(jié)底是食物的關(guān)系，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各種生物之間的這種復(fù)雜的營養(yǎng)關(guān)系構(gòu)成了食物鏈、食物網(wǎng)。

【教師】生態(tài)缸是人工模擬的小型生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)缸的系統(tǒng)相對簡單，應(yīng)該選擇哪些生物和非生物呢？

【學生】學生結(jié)合教材生態(tài)系統(tǒng)的知識，通過資料查閱和實地調(diào)查，了解廈門本地池塘生態(tài)系統(tǒng)的常見主要物種，了解他們的生活習性等基本情況，從各種成分中選擇典型的種群。

【教師】生態(tài)系統(tǒng)的各組分之間有什么樣的營養(yǎng)關(guān)系？他們在群落當中的生態(tài)位如何？如何確定他們的數(shù)量關(guān)系？

【學生】回顧生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)知識，畫出生物成分之間的關(guān)系，形成食物網(wǎng)。聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)的功能，結(jié)合能量流動和物質(zhì)循環(huán)的特點及生態(tài)缸的大小，分析生物成分之間的數(shù)量關(guān)系；結(jié)合群落的空間結(jié)構(gòu)，確定各成分的數(shù)量及植物的種植位置。分析合理性，逐步完善，形成初步方案。

【教師】生態(tài)缸結(jié)構(gòu)設(shè)計還有哪些需要注意的事項？

【學生】設(shè)計一個人工模擬的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，制作的生態(tài)缸必須是透明且密封的，瓶內(nèi)的各種生物之間及其無機環(huán)境之間必須能夠在一定時間內(nèi)處于相對穩(wěn)定的動態(tài)平衡。應(yīng)該關(guān)注溫度、光照等因素的影響，避免陽光直射，以免溫度太高導(dǎo)致生物死亡，生態(tài)缸不宜太小，水量適中。

任務(wù)２：生態(tài)缸制作及觀察

【教師】生態(tài)缸密封后，發(fā)生了什么變化？是否能夠穩(wěn)定存在？在制作生態(tài)缸的過程中，有的生態(tài)缸穩(wěn)定性很高，而有的生態(tài)缸卻迅速崩潰，為什么會出現(xiàn)這樣的結(jié)果？原因是什么？

【學生】按照方案制作生態(tài)缸，持續(xù)觀察，依據(jù)情況對其中的成分進行調(diào)整和補充。如果生態(tài)系統(tǒng)中的成分迅速死亡，生態(tài)系統(tǒng)崩潰，學生應(yīng)檢查并總結(jié)失敗的原因，進行第二次設(shè)計與制作。直至觀察一段時間后生態(tài)缸中的生物成分都成活，對生態(tài)缸進行封閉處理。觀察封閉后生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物存活狀態(tài)和數(shù)量變化，直至趨于穩(wěn)定。

【教師】生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定后，最后各成分的數(shù)量如何？為什么會維持這樣的數(shù)量關(guān)系？各種生物在生態(tài)系統(tǒng)中扮演什么角色？其作用是什么？

【學生】持續(xù)觀察記錄，分析成分的變化并分析原因。

【教師】生態(tài)缸中生物群落的空間結(jié)構(gòu)如何？這樣的結(jié)構(gòu)對生物而言有何意義？

【作品展示】展示制作的成果——生態(tài)缸的現(xiàn)狀，展示制作過程中遇到問題、解決問題及團隊合作情況。

任務(wù)3：生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

【干擾因素設(shè)計】提出感興趣的生態(tài)缸穩(wěn)定性干擾研究課題，設(shè)計實驗。針對目前常見的污染問題，進行干擾實驗設(shè)計，探究水體富營養(yǎng)化、石油污染、塑料垃圾污染、外來物種入侵等干擾因素對生態(tài)環(huán)境的影響，分析人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響。學生通過已經(jīng)學習過的實驗設(shè)計原則，分析實驗變量，制訂觀察指標，設(shè)計實驗并開展實驗，分析結(jié)果得出結(jié)論。

【干擾實驗實施】利用生態(tài)缸制作完成后一段時間仍然比較穩(wěn)定的，比較成功的生態(tài)缸繼續(xù)開展探究性實驗，發(fā)散思維，加強和鞏固外界因素對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要作用，以此突破生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性這一難點。分層教學，對有需要的學生通過教師引導(dǎo)，設(shè)計更加復(fù)雜的實驗，幫助學生更好地理解已完成的工作，解決開放性問題。幫助學生按照科學的原則設(shè)計作品，基于證據(jù)驗證假設(shè)、發(fā)現(xiàn)并得出解決問題的方案。培養(yǎng)學生將課內(nèi)知識向真實生活遷移的科學思維和科學探究素養(yǎng)，體驗科學探究的魅力。

任務(wù)4：課堂知識延伸：生態(tài)環(huán)境調(diào)查報告

【報告展示】在校內(nèi)及公共平臺展示作品，進行評價

根據(jù)高中生物學課程中的基礎(chǔ)知識，查閱資料，開展實地考察、訪談、調(diào)查問卷等活動，探尋歷史中筼筜湖的生態(tài)環(huán)境變化，利用多種方式對廈門筼筜湖生態(tài)環(huán)境保護措施進行調(diào)查研究，形成調(diào)研報告。積極運用生物學知識，樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，形成生態(tài)意識，參與環(huán)境保護；提升學生的應(yīng)用和創(chuàng)新能力，發(fā)散學生的思維；利用科學、技術(shù)、工程或數(shù)學等學科相關(guān)知識解決問題；通過對設(shè)計作品的評價，提升審美[7]。

項目式學習評價：

1.評價目的：全面考核學生的必備知識、關(guān)鍵能力，提升學生核心素養(yǎng)；

2.評價工具：過程性評價表、測試題、項目成果展示評價；

3.評價形式：學生自評、小組評價、教師評價、公眾評價；

4.評價時間：項目實施過程中及結(jié)束后。

【項目評價】在項目式學習中，評價不是僅在成果展示階段進行，而是貫穿整個過程，使學習評價與學習目標、學習活動、學習成果保持一致，有利于促進學生的發(fā)展。根據(jù)項目式學習的特點，項目式學習的學習目標是知識、能力和綜合素養(yǎng)，學生在項目中的分工不同，無法按統(tǒng)一標準進行評價。因此，僅通過紙筆測試是不夠的，應(yīng)根據(jù)項目目標，從多角度對學生進行評價，著重于表現(xiàn)性評價方法的使用。根據(jù)項目的教學目標，制訂符合課標的評價量表，采用自評、互評、組評和師評相結(jié)合的方式，對學生的學習過程進行評價，衡量學生在項目式學習中的表現(xiàn)。教師應(yīng)尊重學生的個性發(fā)展，鼓勵學生進行自我評價，肯定自己的優(yōu)點，發(fā)現(xiàn)自己的問題；小組評價在項目進行過程中可以起到很好的監(jiān)督作用，看到其他同學的優(yōu)點；教師評價可以很好地發(fā)散學生的思維，引導(dǎo)學生進行深入的思考[8]。

五、項目反思

本課例通過整合課內(nèi)外實踐活動，通過基于項目的問題探究，使學生掌握學科知識、發(fā)展關(guān)鍵能力，同時提升了學科素養(yǎng)。在利用生態(tài)系統(tǒng)的知識設(shè)計生態(tài)缸的過程中，逐步分析和解決遇到的真實問題，基于STEAM理念鏈接知識與工程。通過對家鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境的調(diào)查，關(guān)注生態(tài)環(huán)境問題，認識到環(huán)境保護的緊迫性。教師的身份在項目式教學活動中發(fā)生變化，是知識技能的傳授者、知識應(yīng)用的引導(dǎo)者、學生活動的觀察者、最終是學習的推動者。

項目式學習充滿了創(chuàng)造性和可能性，調(diào)動了學生的自學能力及動手能力，激發(fā)了思維的發(fā)散性，使學生在學習中體會到成功的喜悅，有助于提升學生自我效能感。項目式學習需要學生自主構(gòu)建知識，更加關(guān)注學生的能力培養(yǎng)，探究問題的內(nèi)驅(qū)力。項目式學習能夠不斷提升學生對學科研究的參與度，在參與中提升評價、口頭表達、寫作等技能，鍛煉了人際交往能力。

結(jié)束語

在項目式學習中，學生對核心概念的理解不是通過背誦、識記等方式獲得的，而是在解決問題過程中自然發(fā)生的，學生能夠真正領(lǐng)悟知識背后的奧秘，是通過高階思維的培養(yǎng)帶動低階知識的學習的過程。

參考文獻

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本文系集美區(qū)教育科學規(guī)劃課題“STEM視域下PBL教學法在高中生物實驗教學中的應(yīng)用研究”（課題批準號：21103）成果。