基于“教、學(xué)、評”一體化的“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”教學(xué)設(shè)計

摘要：本文以“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”為例，基于“教、學(xué)、評”一體化理念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。其教學(xué)實施包括4個環(huán)節(jié)：分析概念，制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)；創(chuàng)設(shè)情境，確定建構(gòu)任務(wù)；嵌入評價，指向目標(biāo)達(dá)成；遷移應(yīng)用，檢驗學(xué)習(xí)成果。通過情境導(dǎo)八、任務(wù)驅(qū)動、問題引導(dǎo)，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維和探究，進(jìn)一步理解生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)及其特點，真正實現(xiàn)從學(xué)知識到做事情的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)；物質(zhì)循環(huán)；“教、學(xué)、評”一體化；教學(xué)設(shè)計

文章編號：1003-7586（2024）02-0012-05 中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1教材分析及設(shè)計思路

“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”是人教版《普通高中教科書生物學(xué)選擇性必修2生物與環(huán)境》第3章第3節(jié)內(nèi)容。該內(nèi)容是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)了“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”知識的基礎(chǔ)上，從物質(zhì)角度來進(jìn)一步學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的功能。該內(nèi)容需要引導(dǎo)學(xué)生說明生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)的過程和特征，分析有害物質(zhì)富集現(xiàn)象、特點和危害，以及探討人類活動對生態(tài)系統(tǒng)平衡的影響?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中提出，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在解決真實情境中的實際問題時所表現(xiàn)出來的價值觀、必備品格與關(guān)鍵能力，是學(xué)生知識、能力、情感態(tài)度與價值觀的綜合體現(xiàn)。真實問題情境是落實生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要載體，在教學(xué)中應(yīng)選擇一個情境作為主線貫穿整節(jié)課，再通過主線情境創(chuàng)設(shè)多個子情境，串聯(lián)情境，聯(lián)系知識，幫助學(xué)生將零散知識系統(tǒng)化。

“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”是大概念“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)”下的一個重要概念，即“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”，本課時內(nèi)容對應(yīng)的3個次位概念有助于該重要概念的形成。

教材以“沙漠中的胡楊死亡后，很長時間沒有腐爛卻依然傲立于大漠”作為情境，該題情境對濕度較大的海南島上的學(xué)生而言是非常陌生的。海南西沙群島有我國現(xiàn)存最大的一級保護(hù)動物綠海龜產(chǎn)卵場，綠海龜數(shù)量驟減的原因有人類的濫捕濫殺、溫室效應(yīng)、海洋污染等。以海南西沙群島的綠海龜保護(hù)作為情境主線，更加貼近海南學(xué)生的生活，以層層遞進(jìn)的形式，引導(dǎo)學(xué)生探究影響綠海龜數(shù)量變化的原因并且尋找解決措施，逐步幫助學(xué)生搭建知識框架，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維及保護(hù)海洋環(huán)境的社會責(zé)任意識及擔(dān)當(dāng)。選擇海南本土情境會更利于本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)的順利達(dá)成，具體設(shè)計思路如圖1所示。

2教學(xué)目標(biāo)

基于《課程標(biāo)準(zhǔn)》的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學(xué)目標(biāo)。

（1）通過構(gòu)建碳循環(huán)概念模型過程，為解決綠海龜性別比例失調(diào)提出合理建議，歸納出生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)概念。

（2）通過分析實驗數(shù)據(jù)，分析生物富集現(xiàn)象的成因。

（3）通過設(shè)計實驗，并結(jié)合模擬實驗，分析重金屬元素的濃度沿著食物鏈升高的原因。

（4）通過了解人類破壞環(huán)境而影響自身的實例，引發(fā)社會責(zé)任意識與擔(dān)當(dāng)。

3教學(xué)過程

本節(jié)課遵循“分析概念，制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)－創(chuàng)設(shè)情境，確定建構(gòu)任務(wù)－嵌入評價，指向目標(biāo)達(dá)成－遷移應(yīng)用，檢驗學(xué)習(xí)成果”思路，以西沙群島綠海龜面臨滅絕的事實為大情境，并將其拆分為4個子情境，引導(dǎo)學(xué)生將碳循環(huán)、物質(zhì)循環(huán)、生物富集3個主要知識點應(yīng)用到子情境中，幫助學(xué)生建立完整的知識體系，實現(xiàn)從抽象到具象，最終上升到概念的過程，如圖2所示。

3.1碳循環(huán)

3.1.1創(chuàng)設(shè)情境，確定建構(gòu)任務(wù)

以海南西沙群島附近海域綠海龜?shù)纳钜曨l導(dǎo)入課堂，引入“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”的話題。

情境1 教師播放視頻，介紹海龜卵在孵化時，溫度對海龜?shù)男詣e起著決定性作用，當(dāng)巢溫為29.4℃時，雌雄比為1：1，溫室效應(yīng)使西沙群島的巢溫上升至31℃，導(dǎo)致孵化出的綠海龜近80％都是雌龜。溫室效應(yīng)引發(fā)的變暖趨勢，會導(dǎo)致未來海龜種群完全雌性化，雌龜無法交配，使綠海龜逐漸走向滅絕。

教師提問：在正常情況下，大氣中的CO2含量維持相對穩(wěn)定的原因是什么？溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因是什么？

教師提供“生產(chǎn)者”“消費(fèi)者”“分解者”“化石燃料”“大氣和水圈中的CO2庫”等卡紙片，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位構(gòu)建如圖3所示的碳循環(huán)模型，利用模型解釋大氣中的CO2含量能夠保持相對穩(wěn)定以及溫室效應(yīng)形成的原因。

設(shè)計意圖 通過溫室效應(yīng)對綠海龜影響的視頻導(dǎo)入新課，通過事實建構(gòu)學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生保護(hù)綠海龜?shù)挠蛯W(xué)習(xí)相關(guān)知識的興趣。

3.1.2嵌入評價，指向目標(biāo)達(dá)成

學(xué)習(xí)小組成員利用教師提供的卡紙片將植物、動物、微生物等具體生物種類歸類為生態(tài)系統(tǒng)的組成成分（生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者），初步構(gòu)建如圖3甲所示的碳循環(huán)概念模型，通過思考和合作進(jìn)一步完善和優(yōu)化得到如圖3乙所示的碳循環(huán)模型。利用構(gòu)建的模型準(zhǔn)確分析出碳元素在生態(tài)系統(tǒng)中通過不斷循環(huán)達(dá)到平衡，從而使大氣中的CO2含量能夠保持相對穩(wěn)定。通過對大氣中CO2的來源和去路進(jìn)行分析，說出人類對化石燃料及森林等的過度利用會打破碳循環(huán)的平衡，從而造成溫室效應(yīng)。碳循環(huán)對象是碳元素還是CO2？生態(tài)系統(tǒng)中除了碳元索之外還有哪些元素熊發(fā)生循環(huán)？物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)的什么成分之間發(fā)生循環(huán)？學(xué)生以小組為單位，在組內(nèi)合作構(gòu)建模型和講解碳循環(huán)過程，小組代表上臺在全班展示，其他各小組成員提出不完善之處并進(jìn)行修正，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生歸納出“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”概念，使學(xué)生能夠達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

設(shè)計意圖 小組成員利用教師提供的相關(guān)學(xué)具合作構(gòu)建碳循環(huán)模型，講解碳循環(huán)過程，應(yīng)用模型解決問題，并在同伴及教師的協(xié)助下進(jìn)行完善和修正。通過全球氣溫變化的實例，理解物質(zhì)循環(huán)具有全球性和循環(huán)性的特點。學(xué)生在動腦思考、動手構(gòu)建、語言講解、交流討論中達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

3.1.3遷移應(yīng)用，檢驗學(xué)習(xí)成果

為使學(xué)生能夠基于碳循環(huán)模型應(yīng)用所學(xué)知識，首先引導(dǎo)學(xué)生從正常情況分析大氣中CO2的來源與去路，再分析人類活動對生物圈中的碳平衡的影響，從而分析溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因，為緩解溫室效應(yīng)及解決西沙群島綠海龜性別比例失調(diào)提出合理化建議?；谔佳h(huán)模型，結(jié)合日本核污水排海事件新聞，歸納出物質(zhì)循環(huán)的范圍和特點。

設(shè)計意圖 以問題驅(qū)動的形式，由淺入深，環(huán)環(huán)遞進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和責(zé)任意識。引導(dǎo)學(xué)生在不同情境和問題面前創(chuàng)造性地、靈活地、流暢地應(yīng)用所學(xué)知識（解決問題）。

3.2生物富集

3.2.1創(chuàng)設(shè)情境，確定建構(gòu)任務(wù)

除了溫室效應(yīng)，海洋污染也是影響綠海龜種群數(shù)量的重要因素。人類向環(huán)境中排放了很多有害物質(zhì)，包括一些重金屬元素，如鉛（Pb）、鎘（Cd），以及人工合成的有機(jī)化合物，如DDT、六六六農(nóng)藥等。

假如這些有害物質(zhì)進(jìn)入生物體內(nèi)，它們能否同碳一樣，可以較快地通過食物鏈離開生物體，回歸非生物環(huán)境呢？

情境2：西沙群島不同采樣點水、水底沉積物和海草體內(nèi)鎘平均濃度對比資料，如圖4所示。

教師提問：根據(jù)相關(guān)知識，分析西沙群島海草體內(nèi)的鎘濃度比它所處環(huán)境高的可能原因是什么？綠海龜主要以海草為食，倘若綠海龜捕食富集鎘的海草，一段時間后，海龜體內(nèi)的鎘濃度與海草相比會怎樣呢？重金屬元素沿著食物鏈傳遞過程具有什么特點？海龜捕食海草一段時間后，海龜體內(nèi)的鎘濃度與海草相比會更高嗎？若以鎘濃度基本相同的海草、健康且同等大小的海龜為實驗材料，如何設(shè)計實驗來驗證鎘在生物體內(nèi)的濃度沿著食物鏈升高呢？

設(shè)計意圖 教師根據(jù)綠海龜?shù)纳瞽h(huán)境——西沙群島附近水域的水、沉積物和海草體內(nèi)鎘平均濃度的資料，引導(dǎo)學(xué)生對生物富集問題的分析，得出人類活動影響了某些物質(zhì)，如重金屬、人工合成的有機(jī)化合物等物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的分布的結(jié)論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2.2嵌入評價，指向目標(biāo)達(dá)成

學(xué)習(xí)小組成員通過對教材內(nèi)容的學(xué)習(xí)，能夠分析出生物富集的成因，歸納出生物富集的概念。因為生物富集，西沙群島海草體內(nèi)的鎘濃度比它所處環(huán)境的高。海龜捕食海草一段時間后，海龜體內(nèi)的鎘濃度與海草相比會更高，重金屬元素沿著食物鏈傳遞，逐漸在生物體內(nèi)聚集，最終積累在食物鏈的頂端。小組成員經(jīng)過合作交流，根據(jù)提供的實驗材料，進(jìn)行分析，寫出驗證鎘在生物體內(nèi)的濃度沿著食物鏈升高的實驗思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論。小組代表展示實驗設(shè)計方案，其他小組代表分析、點評，對方案進(jìn)行修正，得到完善的實驗方案。由于實驗條件、時間等的限制，無法將實驗思路轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的實驗，筆者將科研人員在?？跂|寨港不同采樣點獲得的植物、鯔魚（植食性）、多鱗培（肉食性，以鯔魚等為食）體內(nèi)汞平均濃度的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，如圖5所示。學(xué)生通過分析實驗數(shù)據(jù)得出重金屬元素在生物體內(nèi)的濃度會沿食物鏈不斷升高的結(jié)論。

設(shè)計意圖 小組成員利用教師提供的研究數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析，并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，概括出生物富集的概念，總結(jié)出生物富集的成因。小組成員將自己的實驗方案在小組內(nèi)進(jìn)行表述，小組代表在全班進(jìn)行展示，在與同伴及教師一起研究中進(jìn)行完善和修正，將學(xué)習(xí)目標(biāo)嵌入學(xué)習(xí)任務(wù)之中，轉(zhuǎn)化為在學(xué)習(xí)任務(wù)中要解決的問題。

3.2.3遷移應(yīng)用，檢驗學(xué)習(xí)成果

研究表明重金屬元素等在生物體內(nèi)的濃度會沿食物鏈不斷升高。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？碳濃度也如此嗎？通過對元素轉(zhuǎn)移過程進(jìn)行實驗?zāi)M，讓學(xué)生感受和理解元素轉(zhuǎn)移過程的成因和機(jī)理。

教師提供“裝有紅色水晶石和水的小杯子”、“裝有水的大杯子”等模擬實驗學(xué)具，大杯子代表海龜、小杯子代表海草，紅色水晶石代表鎘、水代表碳，杯體上方均扎有小孔。

學(xué)生利用學(xué)具模擬元素轉(zhuǎn)移過程，實驗過程如圖6～圖9，觀察海龜（大杯子）體內(nèi)的鎘和碳濃度，它們相比海草（小杯子）有什么特點？學(xué)生觀察海龜（大杯子）內(nèi)的鎘（水晶石）及碳（水）濃度變化，可發(fā)現(xiàn)隨著海龜捕食海草量的增加，水晶石不易離開生物體，代表鎘元素在生物體內(nèi)的濃度沿著食物鏈逐漸升高；水可通過罐子上方的小孔逸出，如圖9所示，最后水的含量無明顯變化，代表碳元素可通過呼吸作用排出生物體外，其濃度沿著食物鏈無明顯變化。能量流經(jīng)各營養(yǎng)級時，逐級遞減，高營養(yǎng)級的生物往往需要捕食較多低營養(yǎng)級的生物；重金屬元素在生物體內(nèi)易形成較穩(wěn)定的化合物，不易排出，碳可通過呼吸作用等方式排出體外。

情境3 教師展示痛痛病、水俁病等實例，播放日本福島核污染水排海計劃新聞視頻。

真實的事例，讓學(xué)生體會到人類對大自然的破壞，最終會使人類遭到報應(yīng)，讓學(xué)生了解人類破壞環(huán)境而影響自身實例，引發(fā)社會責(zé)任意識與擔(dān)當(dāng)。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合本節(jié)課所學(xué)知識，關(guān)注日本將核污水排海行為等社會熱點問題，并談?wù)剬@些問題的看法。

情境4 播放海南師范大學(xué)海龜救助中心救助海龜及海洋保護(hù)宣傳視頻。

現(xiàn)實生活中有許多人在為保護(hù)海洋盡一份力，保護(hù)環(huán)境，人人有責(zé)。通過視頻引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)內(nèi)容，積極參與環(huán)境保護(hù)實踐，促進(jìn)學(xué)生在日常生活中參與環(huán)境保護(hù)活動，為保護(hù)環(huán)境貢獻(xiàn)自己的一份力量。

設(shè)計意圖 如何評價學(xué)習(xí)目標(biāo)是否達(dá)成？其中一個評價標(biāo)準(zhǔn)是能否應(yīng)用所學(xué)知識解決新的問題，能否將相關(guān)知識應(yīng)用到新的情境中。設(shè)計實驗，動手實踐，掌握實驗探究的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。結(jié)合模擬實驗，化抽象為具象，化難為易，幫助學(xué)生攻克難點。通過搭建學(xué)與做橋梁的任務(wù)設(shè)計，實施指向解決現(xiàn)實問題的論證式教學(xué)評價。通過一些人類破壞環(huán)境而影響人類自身健康的實例，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身邊的生態(tài)問題，形成生態(tài)意識，培養(yǎng)社會責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

4教學(xué)反思

本節(jié)課通過對課程標(biāo)準(zhǔn)、教材，學(xué)情的分析，制訂了4個教學(xué)目標(biāo)，以4個目標(biāo)為導(dǎo)向，以溫室效應(yīng)對海南西沙群島綠海龜數(shù)量的影響實例等情境為載體，布置了一系列可操作、可評價的建構(gòu)任務(wù)，采用問題引導(dǎo)的方法，在分析問題、解決問題的過程中構(gòu)建碳循環(huán)概念模型，概述生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。通過分析實驗數(shù)據(jù)、設(shè)計實驗及進(jìn)行模擬實驗，分析生物富集現(xiàn)象及重金屬元素的濃度沿著食物鏈升高的原因。

“教、學(xué)、評”一體化是指在課程實施過程中，將教師的“教”、學(xué)生的“學(xué)”和對“教”與“學(xué)”的效果進(jìn)行“評”，將三者通過科學(xué)的方法融合為一個整體，合力實現(xiàn)課程目標(biāo)的一種教學(xué)策略?！敖?、學(xué)、評”一體化的教學(xué)觀倡導(dǎo)以可觀、可測、可評的目標(biāo)為核心，將“評”貫穿在整個教與學(xué)過程中，達(dá)到以評促學(xué)、以評促教，教學(xué)相長的目的。讓師生都成為評價主體，讓評價成為學(xué)習(xí)的一部分，充分發(fā)揮過程性評價、診斷性評價和增值性評價的功能，確保核心素養(yǎng)的教學(xué)實踐落實而不落空，使新課標(biāo)理念真正走人課堂，讓真實學(xué)習(xí)在課堂中發(fā)生，讓學(xué)生成為一個“能學(xué)習(xí)、會學(xué)習(xí)”具有自主學(xué)習(xí)能力的學(xué)習(xí)者。