龔荔群　黃晶

摘要 “生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定”單元教學中，以“月宮一號”為載體創(chuàng)設學習情境，指導學生課前預習、提出問題，課中建模、討論等方 式解決問題，課后應用所學知識設計方案、制作生態(tài)缸，促進學生形成生命觀念，發(fā)展科學思維，提升科學探究能力，樹立 社會責任，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞 習情境;單元教學;生態(tài)系統(tǒng);概念圖;核心素養(yǎng)

圍繞大概念進行單元教學已成為當前學科教學 的趨勢和研究熱點。隨著“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)” 落實于課堂教學，學界認為單元教學是撬動課堂轉(zhuǎn)型 的重要支點。^[1]筆者嘗試以2007年版人教社高中《生 物·必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》（下文簡稱教科書）第五章“生 態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定”開展單元教學實踐與研究。

“月宮一號”是中國第一個空間基地生物再生生 命保障系統(tǒng)地基綜合實驗裝置。在“月宮一號”內(nèi)進 行的“月宮365”實驗實現(xiàn)了“人—植物—動物—微生 物”生物鏈環(huán)人工閉合生態(tài)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定循環(huán)運 轉(zhuǎn)，其閉合度和生物多樣性皆比世界上同類實驗裝置 更高，同時有利于該系統(tǒng)內(nèi)人員的身心健康?！霸聦m一 號”為中國今后深空探測生命保障提供理論和技術(shù) 支持。

根據(jù)生態(tài)平衡原理，利用生命科學前沿研究成果 “月宮一號”創(chuàng)設真實的學習情境，貫穿于本單元“生 態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、穩(wěn)定性及其相互關系”等4個課 時的學習過程中。本單元教學的基本流程是：①課前 布置學生根據(jù)教師提供的“月宮一號”微課預習本單 元內(nèi)容。 ②鼓勵學生預習后提出個人感興趣的問題。 ③通過班級QQ群，師生之間、生生之間交流各自感興 趣與疑惑問題。 ④教師利用“極課”軟件收集并分析 學生導學案和生態(tài)系統(tǒng)概念圖的完成情況，并根據(jù)最 近發(fā)展區(qū)教學原則，制定本單元教學內(nèi)容。 ⑤主要以 相關的概念圖、概念模型及數(shù)學模型等建?；顒娱_展 課堂教學。 ⑥要求學生課后修改和完善有關概念圖、 概念模型，鼓勵學生小組合作設計并制作生態(tài)缸，嘗 試設計定居火星的方案，進一步研究課堂教學中生成 的問題。教師以此激發(fā)學生的探究欲望，拓寬視野， 形成結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀及穩(wěn)態(tài)與平衡觀， 提高科學思維能力與科學探究能力，樹立社會責任意 識與擔當。

一、建構(gòu)概念圖，形成生命觀念 開展聚焦大概念的閱讀、討論及建模等系列學習 活動，幫助學生了解“月宮一號”具體組成成分等事實 性知識，建立對食物鏈、食物網(wǎng)與生態(tài)系統(tǒng)等一系列 次位概念的正確認識，深刻理解“生物群落與非生物 的環(huán)境因素相互作用形成多樣化的生態(tài)系統(tǒng)，完成物 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)作用抵御和消除一定限度的外來干擾，保持或恢復 自身結(jié)構(gòu)和功能的相對穩(wěn)定”等重要概念，促進學生 初步形成大概念“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)”，認同結(jié) 構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀等生命 觀念。

同時，運用希沃授課助手軟件展示、評價學生課 前建構(gòu)的“生態(tài)系統(tǒng)”概念圖。發(fā)現(xiàn)大部分學生建構(gòu) 的生態(tài)系統(tǒng)概念圖沒有體現(xiàn)概念之間的聯(lián)系，有些學 生在繪制食物鏈和食物網(wǎng)時，將作為分解者的微生物 列入其中。因此，課堂教學時，以“月宮一號”為例，指 導學生分析食物鏈和食物網(wǎng)的組成及其相互關系，幫 助學生歸納得出：食物鏈和食物網(wǎng)是由生產(chǎn)者和消費 者所組成的，其中生物之間的關系一般是捕食關系，

促進學生理解生態(tài)系統(tǒng)的組成成分與營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的關 系。進一步指導學生將能量流動模型改建為物質(zhì)循 環(huán)模型和信息傳遞模型，并總結(jié)能量流動、物質(zhì)循環(huán) 和信息傳遞之間的關系為：①能量流動是沿著食物鏈 和食物網(wǎng)進行的;②能量流動是動力機制，物質(zhì)循環(huán) 是基本載體，信息傳遞是調(diào)控基礎。若食物鏈發(fā)生改 變，將導致功能的改變; ③生態(tài)系統(tǒng)是在一定的條件 下，通過能量流、物質(zhì)流、信息流等對組成生態(tài)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)要素進行調(diào)控，進而維持整個生命之網(wǎng)的相對穩(wěn) 定。^[2]促進學生正確理解生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的關 系、物質(zhì)和能量的關系，以及“月宮一號”所遵循的生 態(tài)學原理，形成結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀以及穩(wěn) 態(tài)與平衡觀。

此外，要求學生課后補充、修正個人所建構(gòu)的生 態(tài)系統(tǒng)概念圖，并展示學生優(yōu)秀作品供相互評價與學 習（如圖1）。本單元4個課時教學結(jié)束后布置學生小 組合作設計、制作生態(tài)缸，并以此生態(tài)缸為例建構(gòu)生 態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能概念圖。

二、建構(gòu)數(shù)學模型，發(fā)展科學思維

首先，以“月宮一號”創(chuàng)設一系列問題情境：①“月 宮一號”中西紅柿的能量是如何輸入的？②西紅柿所 固定的能量有哪些去向？ ③西紅柿的枝干等會被人 全部食用嗎？ ④被人食用的部分就是人的同化量嗎？ ⑤人糞便中的能量屬于哪個營養(yǎng)級的同化量？指導 學生歸納能量流動的過程是輸入每一營養(yǎng)級的能量， 一部分在生產(chǎn)者或消費者的呼吸作用中以熱能的形 式散失了，一部分被下一營養(yǎng)級的生物所同化，一部 分以枯枝敗葉、遺體殘骸等形式被分解者分解 ，還有 一部分暫未利用。

接著，提供有關能量流動數(shù)據(jù)，組織學生小組討 論分析“月宮一號”生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程及數(shù)據(jù)，建 構(gòu)“月宮一號”生態(tài)系統(tǒng)能量流動數(shù)學模型（如圖2）。 再結(jié)合賽達博格湖的能量流動圖解，指導學生總結(jié)能 量在生態(tài)系統(tǒng)中流動的特點和規(guī)律是單向流動、逐級 遞減。促進學生養(yǎng)成“有理有據(jù)”闡述個人觀點的意 識與習慣。

進一步指導學生討論： ①科學家為什么要在“月 宮一號”中養(yǎng)黃粉蟲？ 可不可以養(yǎng)狗？ 為什么？ ② “月宮一號”這一人工生態(tài)系統(tǒng)與賽達博格湖自然生 態(tài)系統(tǒng)有哪些不同？能量傳遞效率超過20%是否與 教科書觀點矛盾？為什么？ ③若實驗時間超過365 天，實驗人員超過4人時，“月宮一號”生態(tài)系統(tǒng)是否 還能保持相對穩(wěn)定？如果不能，應該怎么解決？ ④ “月宮一號”閉合度已達98%，能否做到100%？激發(fā) 學生思考與質(zhì)疑，鼓勵學生嘗試運用所學的知識分析 問 題、解決問 題，培養(yǎng)學生的批判性思維和創(chuàng)造性 思維。

三、制作概念模型，提升科學探究能力 指導學生運用教師提供的三種大小不同的白色 卡紙、三種大小不同的紫色、藍色、紅色箭頭等材料， 小組合作設計、制作“月宮一號”生態(tài)系統(tǒng)能量流動概 念模型。運用希沃授課助手實時展示學生建模過程， 并請小組代表進行解釋。再以系列問題情境引導學 生思考能量流動的特點。例如，①可以在大張的白色 卡紙上寫“初級消費者”、中等大小的白色卡紙上寫 “生產(chǎn)者”嗎？為什么？ ②每個箭頭分別代表什么含 義？ ③箭頭的方向能反過來嗎？ ④能量為什么不能 從初級消費者流入生產(chǎn)者？ ⑤能量為什么逐級遞減？ 引導學生深刻理解能量流動的特點以及能量流動與 營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的關系。再進一步要求學生將能量流動模 型（如圖3）設計改編成以碳循環(huán)為例的物質(zhì)循環(huán)模型 如圖4）與信息傳遞模型（如圖5）。由此，促進學生 深入學習，理解物質(zhì)循環(huán)及與能量流動之間的關系。

通過建模活動，促進學生發(fā)揮團隊合作優(yōu)勢，大 膽地設計、制作模型，開展小組間交流及評價活動，提 升科學探究能力。

四、激發(fā)愛國情感，樹立社會責任 以“月宮一號”創(chuàng)設問題情境：你認為“月宮一號” 實驗成功具有什么意義？激發(fā)學生對生物技術(shù)以及 生態(tài)學的學習興趣，樹立民族自信心和自豪感，堅定 愛國之心和報國之志;指導學生圍繞“月宮一號”廢物 利用展開討論，明確“垃圾分類從我做起，變廢為寶美 化家園”的重要性;指導學生探討“月宮一號”的碳循 環(huán)過程，促進學生明確低碳生活的必要性和重要性， 并要求學生課后開展有關低碳生活的調(diào)查研究。課 堂上請小組代表運用PPT、視頻等形式展示、宣傳研 究成果。推薦學生使用“個人排碳量計算器”，幫助學 生增強環(huán)保意識，養(yǎng)成低碳生活的習慣。鼓勵學生在 本單元學習結(jié)束后，響應“月宮一號”總設計師劉紅教 授的“為人類在月球上建一個家”的倡議，嘗試設計 “人類在火星上建一個家”的方案，讓學生體驗人工創(chuàng) 造生態(tài)系統(tǒng)的艱辛，促進學生珍惜和保護我們的共同 家園——地球，自覺地與大自然和諧共處。

以“月宮一號”創(chuàng)設學習情境開展“生態(tài)系統(tǒng)及其 穩(wěn)定”單元教學，實現(xiàn)了三大教學轉(zhuǎn)變，即從生物學知 識的分點教學走向聚焦大概念的單元教學;摒棄教師 講授、學生操練為主的傳統(tǒng)教學模式，走向解決真實 問題的深度學習;開展基于學習資源、實時互動的線 上線下混合式學習。^[3]這種智慧課堂有助于提高學生 的學習興趣和學習效率，促進學生發(fā)展生物學學科核 心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1] 頓繼安，何彩霞.大概念下的單元教學設計[J].基礎 教育課程，2019（18）

[2] 姚亭秀，白建秀，陳俠.“生命之網(wǎng)穩(wěn)定的維系——生態(tài)系統(tǒng)的功能”單元設計[J]生物學教學，2019（10）.

[3] 戴曉娥. 大單元大情境大任務——統(tǒng)編語文教科書"新教學”[J].語文建設，019（9）.

（責任編輯：陳欣）