劉美玲

（安徽省含山中學(xué) 安徽馬鞍山 238100）

1 5E教學(xué)模式

5E教學(xué)模式由美國生物科學(xué)課程研究創(chuàng)立一種建構(gòu)主義教學(xué)模式，主要由5個(gè)階段構(gòu)成，即引入（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、遷移（elaborate）、評(píng)價(jià)（evaluate）。5E教學(xué)模式的實(shí)施流程如圖1所示。

圖1 5E教學(xué)模式流程圖

2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

“生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”是2020年人教版《選擇性必修2·生物與環(huán)境》第三章第一節(jié)。筆者結(jié)合5E教學(xué)模式對(duì)本節(jié)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新組合。課前，帶領(lǐng)學(xué)生開展本章第五節(jié)中“設(shè)計(jì)制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性”探究實(shí)踐活動(dòng)。教師將該活動(dòng)作為課程資源，服務(wù)于本節(jié)乃至本章的教學(xué)。本節(jié)課上，教師以學(xué)生制作的“生態(tài)缸”這一真實(shí)情境為引入點(diǎn)，借助于其形象、直觀的特點(diǎn)來突破重難點(diǎn)。各小組展示交流制作的生態(tài)缸，思考教師設(shè)計(jì)的問題串，建立生態(tài)系統(tǒng)的概念。再圍繞“如何分析生態(tài)缸這一生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)？”這一核心問題開展探究評(píng)價(jià)活動(dòng)，學(xué)生通過對(duì)生態(tài)缸的組分進(jìn)行分析、歸類，討論組分之間的聯(lián)系，初步建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生開展閱讀思考、分組討論等活動(dòng)，探討生態(tài)系統(tǒng)組分作用和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)建構(gòu)的模型進(jìn)行修正和完善；比較簡(jiǎn)單的食物網(wǎng)和復(fù)雜的食物網(wǎng)，進(jìn)一步理解食物網(wǎng)的復(fù)雜性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的意義。這樣的教學(xué)思路既符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，又達(dá)成建構(gòu)模型的科學(xué)思維訓(xùn)練目標(biāo)。

3 教學(xué)目標(biāo)

①設(shè)計(jì)并制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性。

②通過分析具體生態(tài)系統(tǒng)中生物與生物、生物與非生物環(huán)境的關(guān)系，建立生態(tài)系統(tǒng)的概念。

③對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的組成成分進(jìn)行分析、比較、歸類，歸納概括各組成成分的作用及相互關(guān)系，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。

④通過對(duì)實(shí)例的分析討論，建立食物鏈和食物網(wǎng)的概念。

4 教學(xué)過程

4.1 引入、評(píng)價(jià)：創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，建立生態(tài)系統(tǒng)的概念

課前，學(xué)生開展探究實(shí)踐活動(dòng)“設(shè)計(jì)制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性”。課堂上，每組小組長交流展示各組制作的生態(tài)缸，教師針對(duì)學(xué)生制作的生態(tài)缸中的某一植物如鐵線蕨，提出以下問題：

①鐵線蕨與生態(tài)缸中其他生物可能存在什么關(guān)系？

②鐵線蕨的根系會(huì)給土壤帶來哪些變化？

③生態(tài)缸就是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。通過以上分析，你認(rèn)為什么是生態(tài)系統(tǒng)？

針對(duì)問題①，學(xué)生回顧“種間關(guān)系”，討論鐵線蕨與生態(tài)缸中其他生物可能存在的種間關(guān)系。例如，鐵線蕨與其他植物之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；生態(tài)缸中一些草食性魚類會(huì)吃鐵線蕨葉，二者為捕食關(guān)系等。在認(rèn)識(shí)了生態(tài)缸中生物間關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)問題②，學(xué)生能想到：鐵線蕨根會(huì)吸收土壤中的水和無機(jī)鹽，根細(xì)胞的呼吸作用會(huì)增加土壤中CO的含量。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考生態(tài)缸中生物與非生物環(huán)境之間還有哪些相互聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到生態(tài)缸中除了研究生物之間的關(guān)系，還要研究生物與非生物環(huán)境之間的相互關(guān)系。通過思考問題③，學(xué)生歸納、概括，形成生態(tài)系統(tǒng)的概念：由生物群落與它的非生物環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體。學(xué)生從而認(rèn)同“生態(tài)系統(tǒng)”與上一章“群落”研究層次相比，還要研究生物與非生物環(huán)境之間的相互關(guān)系。

教師接著展示生物圈、森林、草原、荒漠、城市、農(nóng)田以及學(xué)生制作的生態(tài)缸圖片，請(qǐng)學(xué)生確認(rèn)各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的范圍。學(xué)生觀看圖片，討論各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，認(rèn)識(shí)到生態(tài)系統(tǒng)的范圍有大有小，可根據(jù)需要界定。

設(shè)計(jì)意圖：教師以學(xué)生制作的生態(tài)缸為引入點(diǎn)，將學(xué)生置身于真實(shí)的情境中，通過問題串銜接新舊知識(shí)，導(dǎo)入新課的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。

4.2 探究、評(píng)價(jià)：開展探究活動(dòng)，建構(gòu)基本的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

教師緊接著拋出本節(jié)課的核心問題：“如何分析生態(tài)缸這一生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)？”并布置以下活動(dòng)，學(xué)生以小組為單位思考討論，協(xié)作探究。

活動(dòng)①：寫出生態(tài)缸中的組分，找出其共性，并進(jìn)行歸納。

學(xué)生對(duì)所寫的組分歸納為生物組分和非生物組分。生物組分又分為植物、動(dòng)物和微生物；非生物組分包括非生物的物質(zhì)和能量，如光、熱、水、空氣、無機(jī)鹽等。

活動(dòng)②：生物的生存都離不開物質(zhì)和能量。生態(tài)缸中植物、動(dòng)物、微生物是如何獲取物質(zhì)和能量呢？

學(xué)生列表討論不同生物組分獲取物質(zhì)和能量的方式，小組展示交流。教師對(duì)各小組進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

活動(dòng)③：嘗試用箭頭和文字等繪制生態(tài)缸中生物組分之間聯(lián)系的圖解。在已建立生物組分之間聯(lián)系的基礎(chǔ)上，生態(tài)缸中生物組分與非生物組分的關(guān)系是怎樣的呢？繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)充。

學(xué)生積極討論：生態(tài)缸中植物吸收光能通過光合作用合成有機(jī)物；動(dòng)物吃植物或其他動(dòng)物獲得物質(zhì)和能量；動(dòng)植物遺體等為微生物提供物質(zhì)能量；而生態(tài)缸中CO和O的含量也會(huì)隨著植物和動(dòng)物的生理活動(dòng)而變化。學(xué)生補(bǔ)充圖解，小組之間相互展示交流和點(diǎn)評(píng)，教師及時(shí)反饋，初步建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型（圖2）。

圖2 初步建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

活動(dòng)④：展示教材中池塘生態(tài)系統(tǒng)圖解和補(bǔ)充展示某荒漠生態(tài)系統(tǒng)的圖片和物種名稱，并結(jié)合制作的生態(tài)缸，分析這些組分在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，評(píng)價(jià)綠色植物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)。

學(xué)生思考每一類生物組分對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的作用，找出不同生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)共性。教師引導(dǎo)學(xué)生從對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)的角度，進(jìn)行生態(tài)組分歸類。這樣可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生態(tài)系統(tǒng)的成分分類是按生物在生態(tài)系統(tǒng)中的功能或作用分類，而不是物種分類。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生討論、總結(jié)生態(tài)系統(tǒng)的各組分之間的關(guān)系，理解生命系統(tǒng)的組分之間存在密切的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響，是一個(gè)有機(jī)的整體。同時(shí)，進(jìn)一步修正生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型（圖3）。

圖3 修正后的生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)模型

設(shè)計(jì)意圖：探究是5E教學(xué)模式中的核心環(huán)節(jié)。教師繼續(xù)利用學(xué)生制作的生態(tài)缸，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系列的探究活動(dòng)，完成對(duì)生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)。各個(gè)活動(dòng)由淺及深，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。在每個(gè)活動(dòng)中，教師都針對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生之間相互點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)科學(xué)思維的形成。

4.3 解釋、評(píng)價(jià)：分析生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，完善結(jié)構(gòu)模型

4.3.1 繪制食物鏈、食物網(wǎng)，解析相關(guān)概念

教師展示閱讀資料“研究生物間食物關(guān)系的方法”，請(qǐng)學(xué)生以生態(tài)缸為對(duì)象，畫出食物鏈，并與小組同學(xué)交流點(diǎn)評(píng)展示。教師以其中一條食物鏈為例分析，如“綠藻→黑殼蝦→孔雀魚→烏龜”。生產(chǎn)者——綠藻屬于第一營養(yǎng)級(jí)；直接以綠藻為食的黑殼蝦是初級(jí)消費(fèi)者，屬于第二營養(yǎng)級(jí)；次級(jí)消費(fèi)者是以初級(jí)消費(fèi)者為食的動(dòng)物，如孔雀魚們屬于第三營養(yǎng)級(jí)；三級(jí)消費(fèi)者是以次級(jí)消費(fèi)者為食的動(dòng)物，如烏龜屬于第四營養(yǎng)級(jí)。

接著，教師提出問題：什么是營養(yǎng)級(jí)？學(xué)生歸納：營養(yǎng)級(jí)是指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物的總和。教師及時(shí)點(diǎn)評(píng)并強(qiáng)調(diào)：營養(yǎng)級(jí)是一種功能上的分級(jí)，并不限于某個(gè)物種。在食物鏈中處于相同層次或級(jí)別的生物群體，就屬于同一營養(yǎng)級(jí)。這樣有助于加深學(xué)生對(duì)營養(yǎng)級(jí)概念的理解。

教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考：若某些物種出現(xiàn)在不同的食物鏈中，以這些物種作為交點(diǎn)，多條食物鏈相互交錯(cuò)連接成復(fù)雜的營養(yǎng)關(guān)系，即食物網(wǎng)。學(xué)生在已畫食物鏈的基礎(chǔ)上，繪制該生態(tài)缸的食物網(wǎng)。教師以其中一個(gè)小組繪制的食物網(wǎng)為例，提出質(zhì)疑：觀察該食物網(wǎng)，每種生物的營養(yǎng)級(jí)是固定的嗎？請(qǐng)舉例說明。例如，烏龜在不同的食物鏈中，可分別占據(jù)第三或第四營養(yǎng)級(jí)。這取決于烏龜從什么渠道獲取能量。

4.3.2 課堂小結(jié)，完善結(jié)構(gòu)模型

學(xué)生總結(jié)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，思考外界環(huán)境中的CO、無機(jī)鹽、太陽能是不斷地輸入的過程及經(jīng)歷的變化。教師指導(dǎo)學(xué)生建立各組分之間物質(zhì)和能量的關(guān)系，再進(jìn)一步完善該結(jié)構(gòu)模型（圖4）。接著小組點(diǎn)評(píng)、教師及時(shí)反饋評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生歸納建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型的基本步驟。

圖4 完善生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

設(shè)計(jì)意圖：解釋是5E教學(xué)模式中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在探究環(huán)節(jié)之后，教師仍然利用學(xué)生自制的生態(tài)缸，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手繪制食物鏈、食物網(wǎng)，解釋營養(yǎng)級(jí)等概念。學(xué)生基于完成營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)后，深化知識(shí)，補(bǔ)充完善生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，達(dá)成建構(gòu)模型的思維訓(xùn)練目標(biāo)，同時(shí)體會(huì)到知識(shí)體系是不斷發(fā)展和修正的。

4.4 遷移、評(píng)價(jià)：探討食物網(wǎng)的復(fù)雜程度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的意義

教師展示某陸地生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)示意圖，引導(dǎo)學(xué)生將其與前述某生態(tài)缸食物網(wǎng)進(jìn)行比較，思考：哪個(gè)食物網(wǎng)所在的生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定？原因是什么？

學(xué)生觀察比較2個(gè)食物網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)某陸地生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)更復(fù)雜。教師引導(dǎo)學(xué)生積極討論并進(jìn)行評(píng)價(jià)總結(jié)：如果食物網(wǎng)過于簡(jiǎn)單，某個(gè)物種減少或消失將導(dǎo)致食物鏈無法繼續(xù)維持。如果食物網(wǎng)復(fù)雜，同一營養(yǎng)級(jí)的生物種類會(huì)更豐富，如果一條食物鏈中的某個(gè)物種減少或消失，它在食物鏈中的位置，可以由同一營養(yǎng)級(jí)的其他生物取代。這樣就不會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成過大的影響，所以食物網(wǎng)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

最后，教師布置“課后思考”：試比較各組制作的生態(tài)缸的穩(wěn)定性大小，嘗試找出原因。如何提高生態(tài)缸的穩(wěn)定性？組內(nèi)反饋評(píng)價(jià)，討論并提出生態(tài)缸的改進(jìn)方案。這樣可進(jìn)一步提升學(xué)生的探究實(shí)踐能力，并滲透“結(jié)構(gòu)與功能”和“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

設(shè)計(jì)意圖：教師將學(xué)生自制生態(tài)缸這一簡(jiǎn)單的生態(tài)系統(tǒng)與某復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行比較，促進(jìn)學(xué)生思考并比較兩種生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性大小，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性與食物網(wǎng)復(fù)雜程度的關(guān)系。學(xué)生學(xué)會(huì)利用所學(xué)知識(shí)，嘗試去解決新情境中的問題。這就是知識(shí)的遷移，加深并拓展了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

5 教學(xué)反思

建構(gòu)概念模型的方法是本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)，而5E教學(xué)模式正是圍繞幫助學(xué)生建構(gòu)新的概念而設(shè)置的。該模式通過情境的引入，使學(xué)生產(chǎn)生探究的興趣。在教師的引導(dǎo)和學(xué)生的探究交流過程中，學(xué)生獲得了新的概念，掌握了概念模型建構(gòu)的思路，從而運(yùn)用已學(xué)知識(shí)去解釋新的情境問題。同時(shí)，教師在5E教學(xué)模式的每個(gè)環(huán)節(jié)中都結(jié)合評(píng)價(jià)，采用多樣化的評(píng)價(jià)方法，可通過提問、小組討論、紙筆記錄等多種形式，積極鼓勵(lì)學(xué)生小組間進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)。這與傳統(tǒng)的講授式教學(xué)有著本質(zhì)的區(qū)別，學(xué)生在思考討論、交流評(píng)價(jià)、建構(gòu)模型的活動(dòng)中發(fā)揮了主體地位，注重建模過程而不是結(jié)果，培養(yǎng)了建模能力，達(dá)成科學(xué)思維訓(xùn)練目標(biāo)。