姚亭秀 白建秀 陳 俠

(1 北京市第八十中學 北京 100102； 2 北京市朝陽區(qū)教育研究中心 北京 100028； 3 北京教育學院朝陽分院 北京 100026)

1 單元教學內(nèi)容分析

生態(tài)系統(tǒng)中的各種成分相互影響，形成多樣化的生態(tài)系統(tǒng)，完成生態(tài)系統(tǒng)的功能——能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞。其中，能量在生物群落中單向并逐級遞減的流動是生命活動持續(xù)運轉的動力機制；同時生物群落與無機環(huán)境之間不斷進行的物質(zhì)循環(huán)，既是維持生命活動的物質(zhì)基礎，又是能量的載體；物理、化學和行為信息在生態(tài)系統(tǒng)中不斷傳遞，對生命活動的正常進行、生物種群的繁衍和種間關系的調(diào)節(jié)起重要作用，是生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控的基礎。三者在生態(tài)系統(tǒng)中緊密聯(lián)系，不可分割。生態(tài)系統(tǒng)正是在一定的時間和相對穩(wěn)定的條件下，通過多種功能流(能量流、物質(zhì)流、信息流等)對組成生態(tài)系統(tǒng)的結構要素進行調(diào)控，進而維持整個生命之網(wǎng)的穩(wěn)定(圖1)，因此，將本單元設計命名為“生命之網(wǎng)穩(wěn)定的維系——生態(tài)系統(tǒng)的功能”。

同時，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞均屬于生態(tài)學的研究范疇，在研究方法上具有一致性。不同于“傳統(tǒng)的科學實驗”(實驗者在相關理論的指導下，運用一定的實驗儀器，對實驗對象進行干涉，從而獲得相應的實驗現(xiàn)象)，“生態(tài)學研究”是在不干涉或少干涉實驗對象，以致于在沒有破壞“自然發(fā)生”的條件下，獲得對生物與環(huán)境之間關系的認識[1]。因此，生態(tài)學具有獨特的研究方法論： ①模型建構是生態(tài)學研究的必需方法；②對生態(tài)學問題的研究要具有層次性的理念；③生態(tài)學只有按照進化論才可以解釋[2]。

圖1 單元知識結構

另外，生態(tài)學是自然科學和社會科學的橋梁，被廣泛用于解決社會中的實際問題[3]。只有加強對生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)控閾值的研究，才能掌握調(diào)控和維持生態(tài)系統(tǒng)正常運行的機制，才能科學解決全球所面臨的資源與環(huán)境方面的問題。因此，引導學生掌握基礎生態(tài)學知識、體會生態(tài)學研究方法，深刻認識環(huán)境污染產(chǎn)生的本質(zhì)所在，利于學生科學處理人與自然的關系，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)境保護實踐。

2 單元教學設計思路

2.1 設計策略 通過問題情境的解決，使學生在主動參與實踐活動的過程中，深刻理解、構建和應用重要的生物學概念，并利用多元的評價策略，培養(yǎng)學生用能量觀、物質(zhì)觀、信息觀分析生態(tài)系統(tǒng)的意識，促成并發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

2.2 單元任務分解 課題順序上，正如教材所述“一切生命活動都伴隨著能量的變化。沒有能量的輸入，也就沒有生命和生態(tài)系統(tǒng)”，可見能量流動的重要性，同時必修1“分子與細胞”模塊中，呼吸作用、光合作用是宏觀生態(tài)系統(tǒng)層次能量流動的細胞學基礎。因此，將能量流動安排為第一課題，突出知識的生物學意義，符合學生的認知規(guī)律；同時，能量流動以物質(zhì)為載體，物質(zhì)周而復始的循環(huán)，是一切生命活動的齒輪，是人類社會發(fā)展與進化的基本原動力和基本載體，物質(zhì)循環(huán)與能量流動同時進行、不可分割。因此，物質(zhì)循環(huán)安排為第二課題，體現(xiàn)知識的連貫性、關聯(lián)性。信息傳遞安排為第三課題，因為信息傳遞作為生態(tài)系統(tǒng)的又一大功能既存在于能量流動、物質(zhì)循環(huán)過程中，又把各個組分連成一個整體，隨時對系統(tǒng)進行控制和調(diào)節(jié)，對穩(wěn)態(tài)的維持意義重大(圖2)。

圖2 單元任務分解

3 單元教學目標

基于課程標準的內(nèi)容要求、學業(yè)要求和學業(yè)質(zhì)量標準，并圍繞培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下單元教學目標：

(1) 能從“物質(zhì)與能量觀”、“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”，說出生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動的關系，以及信息傳遞對維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定所起到的重要作用。

(2) 嘗試建立模型并運用比較、分析與綜合、定性與定量、批判性思維等科學思維的方法，說明生態(tài)系統(tǒng)中能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞的過程、特征及其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用；

(3) 嘗試提出關于生態(tài)系統(tǒng)能量流動量化研究、生態(tài)系統(tǒng)信息源類型探究實驗的實驗方案；

(4) 能夠對相關生態(tài)學現(xiàn)象作出合理的分析和判斷，為生態(tài)資源的合理利用及維持其可持續(xù)發(fā)展提出有價值的建議。

4 主要單元教學過程

4.1 “生態(tài)系統(tǒng)的能量流動——動力機制”課題 共分為四個教學環(huán)節(jié)。

環(huán)節(jié)一： 力爭以已有學習知識為鋪墊(圖3a、 b)，建立有關“能量”知識間的聯(lián)系，體會生態(tài)學研究的層次性、系統(tǒng)性，使學生從低級層級的能量流動路徑中得到對高級層次宏觀現(xiàn)象及其規(guī)律的深入理解，也以高級層次為背景，更清晰地厘清低層次的能量流動路徑；并引發(fā)學生對生態(tài)系統(tǒng)水平能量流動特殊路徑(即“傳遞”)的思考，體會生態(tài)系統(tǒng)能量流動研究的重要意義；此外，定性模式圖的繪制為環(huán)節(jié)二中定量模式圖的建構奠定基礎。

環(huán)節(jié)二： 提供具體的生態(tài)研究區(qū)域，引導學生討論“進行該生態(tài)區(qū)能量流動量化研究的大體流程”，并提供該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)能量流動測算數(shù)據(jù)(圖3c)[4]，組織學生通過對數(shù)據(jù)的整理、分析，建構山東俚島魚礁生態(tài)系統(tǒng)能量流動定量模式圖(圖3d)，體驗生態(tài)學重要的研究方法——模型建構法，由知識技能轉入對學生學科思想方法的培養(yǎng)，實現(xiàn)學生思維與行為訓練的相統(tǒng)一。

環(huán)節(jié)三、四： 借助塞達博格湖、銀泉、俚島魚礁能量流動圖解，引導學生討論能量在生態(tài)系統(tǒng)中轉化、流動的特點、規(guī)律，讓學生樹立能量觀，參與討論提高能量利用率的途徑和方法，提升知識的實踐價值。

(a)

(b)

4.2 “生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)——基本載體”課題 該課題的知識難度不大，因此側重對學生科學思維和社會責任意識的培養(yǎng)和訓練。如環(huán)節(jié)二，借研究數(shù)據(jù)(圖4)引導學生分析“全球氣溫升高是否只與溫室氣體的排放有關？”訓練學生的批判性思維。再如環(huán)節(jié)四，選擇貼近學生生活的社會熱點問題進行研討，切實落實對學生社會責任意識的培養(yǎng)。

圖4 全球氣溫變化統(tǒng)計[5]

4.3 “生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞——調(diào)控基礎”課題 通過對學術研究成果的分析，訓練學生的科學探究能力，并為后續(xù)“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”的形成奠定基礎。同時，引導學生體會信息傳遞意義的同時，嘗試使學生體會信息傳遞在生物進化中的作用，不斷滲透進化觀，使其成為學生在生態(tài)學研究方法到結果解釋全過程的指導原則[6]。

4.4 關聯(lián)知識 體悟價值 最后，引導學生構建生態(tài)系統(tǒng)能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞之間的關系(圖5)，總結單元題目“維系生命之網(wǎng)的穩(wěn)定——生態(tài)系統(tǒng)的功能”，并思考生態(tài)學研究方法的獨特性及研究價值(圖5)。

圖5 單元教學效果反饋

5 單元教學反思

5.1 借用生態(tài)學研究方法，建構生態(tài)學概念 本單元設計貫穿了模型建構法的方法，突破了三部分知識間的獨立性，有效幫助學生厘清復雜生態(tài)系統(tǒng)中能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞在研究方法上的一致性。

5.2 利用科研素材和真實事件，搭建學生學習能力展現(xiàn)的舞臺 精心選用與教材內(nèi)容密切相關的真實、豐富的科研素材，并與教材內(nèi)容合理整合，使學生在真實且開放的情境中習得知識，提升能力。

5.3 巧用問題激發(fā)社會責任意識，倡導學生學以致用 以學生熟悉的社會熱點問題為切入口，在對大氣中CO2含量的變化、有害物質(zhì)富集、秸稈焚燒、沼氣利用等問題的探討中培養(yǎng)學生的社會責任意識，真正實現(xiàn)為生態(tài)文明培養(yǎng)傳播者、為美麗中國培養(yǎng)建設者。