沈 洋

(北京師范大學附屬嘉興南湖高級中學 嘉興 314000)

浙科版高中生物學(選修3)現(xiàn)代生物科技專題教材中，“生態(tài)工程”這部分內(nèi)容的教學往往被教師與學生存疑。因該內(nèi)容知識點抽象，與實際聯(lián)系不夠緊密。又因案例多、原理相似等導致學生理解困難。教師在教學時，常是通過劃知識點、列表格整理和原文填空背誦等方式來授課。學生因不理解生態(tài)工程的原理與技術，在面對實際生態(tài)工程問題時，并不能分析其原理與采用的技術。這樣的教學方式既不符合課程改革的要求，也不利于學生學科核心素養(yǎng)的提升。教材活動的挖掘，進行整體設計將有助于學生理解“原理”與“技術”的對應關系。也能針對不同的學生，辨別生態(tài)工程的類型，促進學科核心素養(yǎng)的提升。

1 整體設計理念的緣起與發(fā)展

自20世紀60年代以來，巴納錫(Banathy)應用系統(tǒng)與設計的思維方式創(chuàng)造了設計教育的模型與方法，并開發(fā)了各種學習資源。他所采用的“綜合性系統(tǒng)設計”(comprehensive systems design)意味著特定系統(tǒng)水平上的互動與協(xié)調(diào)、不同系統(tǒng)水平上的互相依賴以及設計的內(nèi)在一致性[1]。隨著《普通高中生物學課程標準(2017年版)》的頒布，對教學設計提出了新的要求。單元教學設計介于課程規(guī)劃與課時教學設計之間，做好單元教學設計將有助于落實學科核心素養(yǎng)。單元教學以多個課時完成一個相對集中的教學目標，具有教學整體性，有助于學生綜合學習能力的培養(yǎng)[2]。

2 “生態(tài)工程”教學內(nèi)容分析

“生態(tài)工程”的學習要點是：“概述生態(tài)工程的概念及基本原理”和“舉例說明我國的農(nóng)業(yè)、林業(yè)生態(tài)工程”，包含兩節(jié)內(nèi)容，分別是“生態(tài)工程的主要類型”和“生態(tài)工程在農(nóng)業(yè)中的應用”。教材開篇即提出了生態(tài)工程的原理并介紹了幾個生態(tài)工程的類型。第二節(jié)中首先介紹了套種、間種和輪種技術；然后，通過“庭院生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分析”活動和“農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中種植業(yè)和畜牧業(yè)的優(yōu)化組合的資料研究”活動，讓學生學會計算農(nóng)產(chǎn)品的投入和產(chǎn)出及利潤，認識物質(zhì)和能量多級利用的意義，認識沼氣發(fā)酵、太陽能開發(fā)利用的重要性，認識只有種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，才能促進農(nóng)村經(jīng)濟和生態(tài)的發(fā)展。最后，基于以上的兩個活動，教材中又介紹了我國農(nóng)業(yè)生態(tài)工程的主要技術。

整章內(nèi)容安排了相關知識點的系統(tǒng)介紹，也設計了兩個活動用于幫助學生理解生態(tài)工程原理與技術。但是，因教材編排與課堂教學邏輯性的差異，導致教師往往是先講原理，再通過各種例子加以解釋，而缺少了學生通過活動，獲取信息并歸納提煉的過程，這不利于學生科學思維的發(fā)展。

3 “庭院生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分析”一節(jié)的活動挖掘

3.1 活動的基本流程與價值 活動中以某家庭庭院生態(tài)系統(tǒng)為例，計算投入與產(chǎn)出。“北京郊區(qū)某村一位普通農(nóng)民，全家4口人，3個勞動力，有住房5間，采光面積為2 m2的太陽灶一個，太陽能熱水器一個，容積為8 m3的沼氣池一個，面積為27 m2的塑料大棚一個。大棚建于沼氣池上，棚內(nèi)種植蔬菜，冬天利用沼氣池保溫。家中常年養(yǎng)豬2頭，雞20只，鴨4只，鵝1只?！边@些對該家庭院的文字描述不足以分析得到其利潤等。因此，對投入與產(chǎn)出進行量化是計算的前提。文字向數(shù)字的轉(zhuǎn)換，直接促進學生思維方式的轉(zhuǎn)變。從質(zhì)性分析到量化分析，這對于學生今后解決復雜問題提供了一個路徑。量化的數(shù)據(jù)更加易于通過統(tǒng)計等方式進行分析，其結果也更加有說服力。

經(jīng)濟效益即總產(chǎn)出與總投入的差?？偼度胫溉藢①Y源輸入到系統(tǒng)中，主要指人力和營養(yǎng)物，而不包括生產(chǎn)者所獲得的太陽能。總產(chǎn)出指生態(tài)系統(tǒng)對系統(tǒng)外部的物質(zhì)輸出，包括人的消費和出售?？偼度牒涂偖a(chǎn)出，又可稱為系統(tǒng)的實際消耗和系統(tǒng)的有效貢獻，也就是說投入通過生態(tài)系統(tǒng)獲得產(chǎn)出。表面上分析，經(jīng)濟效益的提高需要提高總產(chǎn)出或減少總投入。但在生態(tài)系統(tǒng)不調(diào)整的情況下，投入與產(chǎn)出已有固定比值。因此，單純減少投入是不可能提高經(jīng)濟效益的，反而會導致經(jīng)濟效益下降。從本質(zhì)上分析，生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟效益的提升，應該優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)。

教材活動中給出了庭院生態(tài)系統(tǒng)投入與產(chǎn)出表，從表中“成本利潤率”這一數(shù)據(jù)分析確定了以養(yǎng)雞替代養(yǎng)鴨的策略。通過計算增加的收入或減少的投入，分析優(yōu)化了生態(tài)系統(tǒng)的生物成分后經(jīng)濟效益的變化。

3.2 協(xié)調(diào)原理，構建“種植業(yè)和畜牧業(yè)合理優(yōu)化技術”概念 在進行此活動時，教師要協(xié)調(diào)好具體內(nèi)容與原理、技術的關系，也要協(xié)調(diào)教材不同節(jié)次內(nèi)容之間的關系。師生不可僅停留在對于相關數(shù)據(jù)的計算上，更重要的是對其中操作所蘊涵的原理與技術的思考。因此，教師應引導學生進行思考與討論，通過調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的生物成分而提升了經(jīng)濟效益，采取了何種技術，依據(jù)了什么原理。授課時，有位學生提到這優(yōu)化了養(yǎng)殖結構，這一表述已接近相關技術的表述，即“種植業(yè)和畜牧業(yè)合理優(yōu)化技術”。關于原理的說明，可通過說明人在雞鴨替代操作中協(xié)調(diào)了兩者利益等，從而提出“合理優(yōu)化技術”的原理是“協(xié)調(diào)”。

學生初步理解了此技術，而該技術的深度學習將通過教材中另一活動達成。

3.3 再生原理，構建“潔凈可再生的新能源開發(fā)技術”概念 在本活動中，庭院生態(tài)工程除了具有經(jīng)濟效益外，還有生態(tài)效益和社會效益。教師可提問： 在該案例中，該農(nóng)民還采取了哪些技術，提高經(jīng)濟效益又兼顧生態(tài)效益？這要從他的行動描述及表格中的量化數(shù)字出發(fā)。他在庭院中有太陽灶、太陽能熱水器和沼氣池各一個，且從表格中的供方和需方分析系統(tǒng)內(nèi)部的投入與產(chǎn)出，可看到沼氣池在整個系統(tǒng)內(nèi)部的投入占比最大，說明在經(jīng)濟效益方面沼氣池做了極大貢獻。并且沼氣池和太陽能的利用，減少了燃煤、薪柴等的使用，減少了對生態(tài)環(huán)境的破壞，也獲得了可再生能源。

通過以上分析，學生初步形成生態(tài)工程中的原理與技術，即利用“再生”原理，采用“潔凈可再生的新能源開發(fā)技術”，兼顧經(jīng)濟效益與生態(tài)效益。

3.4 循環(huán)原理，構建“物質(zhì)的良性循環(huán)技術”概念 活動中，通過表格可觀察到雞糞對豬有投入，在材料的討論部分也明確說明了這是一個“蔬菜—雞、豬—沼氣”的小循環(huán)，要求從物質(zhì)利用的角度分析。雞糞作為豬的飼料，且豬糞又經(jīng)沼氣池發(fā)酵獲得沼氣，使蔬菜中的物質(zhì)和能量經(jīng)多級利用，提高了利用率。請學生思考： 這樣操作的原理和技術又應該如何命名？生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部小循環(huán)的建立，其依據(jù)了物質(zhì)循環(huán)原理，采用“物質(zhì)的良性循環(huán)技術”。

之所以稱為良性循環(huán)是因為物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的本質(zhì)屬性，這里強調(diào)良性指的物質(zhì)的循環(huán)伴隨物質(zhì)和能量的多級利用。

3.5 整體原理，構建“經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益共發(fā)展”概念 教學的整體性把握，內(nèi)容的整體性統(tǒng)籌，特別是前后節(jié)內(nèi)容中具體活動與相關概念的整體把握，有利于促進學生的學習。在本內(nèi)容教學中，教師與學生通過對活動“庭院生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分析”的深入剖析，即可初步了解生態(tài)工程的原理與技術。在分析“經(jīng)濟效益”“生態(tài)效益”和“社會效益”時，即是從“整體”上進行系統(tǒng)規(guī)劃。

4 教學建議

4.1 以活動整合教學內(nèi)容，進行整體設計 教師需將教學內(nèi)容進行重新整合，以章為單位統(tǒng)籌整章教學內(nèi)容，即需要有章節(jié)的整體設計。而教學內(nèi)容的整合，應以活動為抓手。生物學學科核心素養(yǎng)的提升需依靠活動，綜合素養(yǎng)需綜合活動的落實，教學內(nèi)容同樣需要綜合?；顒又刑N涵的原理，通過教師與學生的深挖，完成內(nèi)容的學習，促進學生整體思維的形成。

4.2 多利用教材活動與插圖等資源，深入挖掘 教師備課時對于情境、活動等會動足腦筋、力求新穎，但不能拋棄教材中的活動與插圖等資源。無論是學習還是評價，教材活動與插圖都是經(jīng)典的素材。師生對教學內(nèi)容進行學習剖析時，更應該借助于教材中的活動和插圖，從經(jīng)典中獲取教學靈感。

4.3 理解“科學、技術和工程”三者的關系，統(tǒng)領全局 在教材中除本文提及的生態(tài)工程外，還有基因工程與胚胎工程等，工程中含有許多技術。而技術是基于科學而形成的，科學可稱為原理。因此，教師正確理解“科學、技術和工程”三者的關系，對教學內(nèi)容的整體把握、系統(tǒng)思考，將有利于學生對于“科學、技術和工程”的理解。教學中也應構建工程的技術路線與原理，從而建立三者的相互關系，促進學生內(nèi)化學習內(nèi)容和提升學科核心素養(yǎng)。