基于APOS理论的生物学概念教学

付桂玲

摘要 基于建构主义理论-APOS理论，以“生态位”的概念进行案例教学，让学生通过“活动-过程-对象-图式”4个阶段主动探索分析学校附近池塘中几种养殖鱼类和家乡黄河口湿地生态系统常见湿地植物的生态位，提升学生科学思维，归纳生态位概念，最终将事实性知识过渡形成为概念性知识。

关键词 APOS理论 概念教学 生态位

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

文件编号：1003-7586（2020）08-0005-03

美國的教育学家杜宾斯基提出的APOS理论是一种以建构主义为基础的学习理论，主要应用在数学学习领域。该理论应用在高中生物教学方面甚少，笔者在该理论的指导下，让学生通过“活动（action）-过程（process）-对象（object）-图式（scheme）”4个阶段（APOS）自主构建知识。这样的学习方式解决了学生浅层理解概念、“非此即彼”孤立视角看问题的情况，促进了学生对生物学概念整体性、系统性地深度学习和理解。“生态位”作为生态学研究中的经典概念，在群落结构、物种多样性及种间关系等角度的研究中被广泛使用。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）的大概念2中次位概念中的第六个“2.1.6分析不同群落中的生物具有与该群落环境相适应的形态结构、生理特性和分布特点”，就是把生态位的相关内容引入了高中生物学课程。在《课程标准》的教学提示中也提出“尝试分析当地自然群落中某生物的生态位”的活动建议。下面基于APOS理论尝试对“生态位”这个概念设计教学。

1活动阶段

活动阶段是指通过某些外部刺激帮助学生建立现实背景和抽象的概念间的关系。在教学过程中，教师设计一系列活动或实际操作对学生进行刺激。这里的刺激不仅仅是实验操作、动手等，还可以是问题情境下借助科学思维完成的猜想和回顾分析。

教师呈现学校附近养鱼池塘的情景照片和生物兴趣小组捕捞鱼类的照片，引发学生的好奇。接着，生物兴趣小组把池中捕获的草鱼、鲢鱼、鲤鱼、鳙鱼和青鱼的水层进行介绍，其他同学讨论出现这样分层现象的原因。

教师提供资料：池塘养殖鱼类鲢鱼主要滤食水体中的浮游植物，鳙鱼主要滤食浮游动物;草鱼和团头鲂的天然饵料是各类水草，这些鱼的鱼粪又培植了浮游生物，对鲢鱼、鳙鱼的食物供应是有利的;而鲤鱼、鲫鱼和青鱼属以水生昆虫、底栖生物和螺类等为其天然饵料。

学生根据资料，绘制水层、食物种类与鱼类的分布关系图（图1）。

教师提出探究问题：海水养殖中，养殖的贝类、文蛤、花蛤、青蛤等营浅埋式生活，所利用的空间仅仅是泥下部分，而主要的水体部分都处在“浪费”状态。很多老塘中非人工养殖鱼类或者毫无价值的杂鱼（如鲹子鱼）多如牛毛，严重耗料、耗氧并占用水体空间，给养鱼增效带来极大的阻碍。虾池的虾在生长过程中会产生大量的排泄物，加之在生产过程中的残饵，沉入池底后，会产生富营养面（层），也称“淤泥”，淤泥变黑引起池塘底质败坏，最后导致养殖的虾大面积缺氧或发病。如何解决这些问题？

学生分组展示方案，小组反复讨论，互评方案的可行性及科学性。

学生方案1：如果在贝类的养殖池中放养些鱼和虾，它们生活在水体部分。这样就可以合理实现水层空间的利用了，并不破坏原来的环境，种群的密度也不会受到影响。

学生方案2：可以增加非人工养殖鱼类的天敌，可以增加肉食性鱼类以减少这些“杂鱼”，促进养殖鱼类的生存。

学生方案3：在虾池中加入一些具有清洁作用的分解淤泥的水生生物，如鲤鱼、鲫鱼或者贝类。

教师引导学生分析身边的实际案例，使学生在实践中初步感知生态位的概念。

2过程阶段

APOS理论的第二个阶段是过程阶段，是对第一个阶段“活动”阶段一次一次的心理操作与分析，在心理操作反复进行中不断的熟悉，直到形成一种类似计算机程序的模式，不断内化、压缩和提炼，逐渐抽象出概念的本质特征。

教师指出学生的方案中就体现了“生态位”，并让学生归纳“生态位”的概念。

学生分析1：一个物种的食物种类和食物分布。

学生分析2：一个种群在群落中的空间位置，如鱼类处于不同水层。

学生分析3：生态系统中多个物种的关系，如共生、捕食或者竞争就是生态位。

教师对学生的分析给予评价，总结生态位的概念：生态位是指一个种群在生态系统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。一个种群的生态位是按其食物和生境来确定的。

教师出示大草履虫单独培养下的增长曲线和双小核草履虫共存下的增长曲线，通过对比进一步说明生态位其实可以指“原始”生态位，还有现实生态位。如果没有竞争者或天敌的状况下，被利用的整个资源组成被叫做“原始”生态位。因竞争者种种间关系的存在，一种生物没有可能利用其全部的原始生态位，所占据的只是现实生态位。

在“过程”这个阶段，学生通过归纳总结与表达对易错点辨析，构建准确的概念，落实概念的生成。

3对象阶段

当学生把“过程”阶段作为一个整体进行操作和变换的时候，这个过程就成为学生心中的“对象”。学生利用并操控对象进行实际应用，需要的时候可以再现对象所含的方法和步骤。

教师提供资料：我们的家乡是美丽的黄河三角洲，黄河口生态旅游区从2008年就被国家旅游局公布为国家AAAA级旅游景区。这里有野生动物1524多种，其中包括271种的鸟类，所以素有“鸟的乐园”之称，有天鹅、丹顶鹤等珍稀的鸟类50多种，还有国内罕见的天然柽柳林、万亩人工刺槐林和红地毯翅碱蓬。请尝试选择你喜爱的鸟类或者湿地植物进行生态位调查分析，设计实施流程（表1）。

教师进一步设置问题：虽然我们的黄河口湿地已经在2018年被国家旅游局公布为国家AAAA级旅游景区。但是还是处于弱势旅游地带，每年的旅游观光游客主要是本地或附近的人员。针对这种情况，你能提出什么合理的建议吗？

学生分析，提出了引入更多更具有观赏价值的物种（植物、动物等）的建议。学生的回答引出了“物种入侵”的问题。通过小组讨论分析及教师点拨，说明“引种”不能随意，避免对当地物种影响，打破生态平衡，应遵循引种流程（图2）。

教师利用上述调查分析和问题探讨，再次强调“生态位”的概念要点：每个物种在群落中有不同的地位和角色，也就是生物占有各自的空间，在群落中具有各自的营养位置及功能，以及在温度、湿度、水分和土壤等环境变化梯度中所居的地位。

4图式阶段

对于活动、过程及对象三个阶段及相关的原有孤立分散的分析进行整合分析，就会形成一个综合的新的图式结构，用于解决真实情景涉及该概念的某些问题。学生于进行梳理总结归纳，构建出分析生态位的图解（图3）和生态位知识的思维导图（图4）。

教师进一步提出：该如何把我们的家乡黄河三角洲湿地发展得更好呢？这个实际问题的提出锻炼学生的思辨能力，帮助学生达成社会责任和生命观念，树立正确的价值观。同时，在新情景下测试学生解决问题的综合处理能力，促进“图式”发挥作用。