基于高阶思维能力培养的高中生物课堂学习任务设计方案初探——以生态系统的稳态为例

（南京师范大学附属中学 江苏南京 210003）

知识时代对人才的素质要求偏重于九大能力：创新、决策、批判性思维、信息素养、团队协作、兼容、获取隐性知识、自我管理和可持续发展能力。这九大能力被称之为高阶能力。高阶能力是以高阶思维为核心，解决劣构问题或复杂任务，具体指问题求解、决策制定、批判性思维和创造性思维能力，是综合运用分析性、创造性和实践性思维的能力。所谓高阶思维是发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力。例如，其在教学目标分类中表现为较高认知水平层次的能力，具体表现为分析、综合、评价。促进学习者高阶能力发展是面向知识时代教学设计研究与实践的宗旨，因此，探讨促进学习者高阶思维发展的教学问题设计，是当代教学设计研究最为重要的课题之一。生物学作为一门基于实验的自然科学，在培养学生高阶思维能力方面可以起到示范性作用。因而，探索高中生物课堂任务设计方案，培养学生的高阶思维能力很有必要。

1 比较类比，自主构建系统概念

教师在课前布置学习任务：你所了解的系统有哪些？请通过推荐材料和网络搜索材料的学习，了解系统有哪些特点？课前学习任务使学生了解到系统有两大基本特征：有多个元素组成；元素之间有相互联系。教师提出问题，引导学生讨论，使学生深刻理解系统的概念和明确生态系统的组成、结构和功能：细胞是不是一个系统？神经系统是不是系统？生态系统是不是也符合系统的两大特征？

这个设计很好地阐释了概念构建在培养学生高阶思维能力方面的作用，尤其是类比和归纳能力。这样一方面可以让学生深刻了解系统的基本特征；另一方面，学生通过结合之前所学知识感受到生态系统这一名词并不是孤立的，对更好地体会知识之间的联系起到了不可估量的作用。学生的认识水平在类比归纳中得到了提升，提高了思维水平。

2 文史自然，理论与实践相结合

教师引导学生分析宋代诗人杨万里的一首“小池”——“泉眼无声惜细流，树阴照水爱晴柔。小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上头。”这首小诗使学生体会到杨万里描写的就是一个池塘生态系统，既包含了池边绿树和新发荷叶等生产者、驻足蜻蜓等消费者、小池泉水中的分解者，也有明媚阳光轻柔微风等无机环境。接着，教师引导学生讨论各成分之间的关系，学生不仅能说出“小荷、绿树光合作用，池水、空气中微生物分解有机物，阳光、空气为生物成分提供物质和能量”，还能补充诗中“没有的蜻蜓捕食蚊子等昆虫，蚊子等昆虫吸食植物汁液、花蜜”等。

学习自然科学，和文学并不对立，相反两者可以很好地结合。本课的这项设计不仅让学生有耳目一新之感，激发了学生的学习兴趣、理性与感性相结合，更重要的是让学生以此为例，理论联系生活实际，深刻体会生态系统的四个组成成分及其相互关系。

3 通过实例，找出一般规律原理

教师提供有关热带雨林和苔原的图片和文字资料，引导学生关注苔原生态系统和热带雨林生态系统的差异，并提出以下问题：生活在苔原和热带雨林生态系统中的动植物种类和数量有何差异？当受到外界干扰时，哪种生态系统更容易遭到破坏？当遭到破坏时，哪种生态系统更容易恢复？学生一致赞同热带雨林的动植物种类和数量明显比苔原多，也基本一致认为苔原更容易遭到破坏。教师要求学生阐述理由。在阐述理由的过程中，学生自发得出一般规律：生态系统的物种多样性程度越高，抵抗力稳定性越强，而恢复力稳定性一般就越弱。

这段学习任务的设计很好地体现了“教师为主导，学生为主体”的教学理念。教师的作用体现在设计案例并布置任务。学生在完成对问题的思考和讨论过程中自主总结出一般规律及原理，这不仅有助于对生态系统稳态的理解，也有助于提高分析归纳的高阶思维能力。

4 构建模型，直观体现抽象思维

教师提出问题：千万年间地球上的自然生态系统经常遭受洪涝、火烧、虫害，也遭受人类的砍伐与放牧等活动的干扰，却依然维系生态系统的正常功能。为什么这些生态系统在受到干扰后仍能保持相对稳定呢？这是一个非常复杂的问题，教师可以先将复杂的问题简单化。例如，教师提供生态系统中旅鼠数量变化的资料，引导学生用文字、箭头构建一个旅鼠和北极狐之间负反馈调节的模型。通过模型的构建（图1），学生可以看出生态系统可以通过自我调节来维持自身的稳态，而负反馈调节机制是生态系统自我调节的基础。

当然上述模型对学生思维的要求比较高，学生初学时可能会有畏难情绪。此时，教师可借助系统思考的STELLA软件，构建动态模型（图2），使学生直观地看出旅鼠和北极狐的动态变化，呈周期性波动，并且是捕食者（北极狐）随着被捕食者（旅鼠）的变化而变化。这一任务的设计对学生理解这个负反馈调节过程和提升形象思维转向抽象思维能力大有好处。

5 基于项目，面对真实问题情景

学生的学习不仅限于课堂教学活动，基于学校的“系统思考学习项目”——“守护秦淮河”课题，设计一系列与课堂学习有关的以学生为主体的动态教学活动。教师引导学生利用系统思考分析软件STELLA，构建基于秦淮河治理的动态模型。学生通过模型的运行，可以看出没有人为干扰，系统的各个组成成分保持稳态；在一定干扰范围内，系统也可以通过自我调节保持相对稳态；但是在干扰程度超过河流的自我调节能力时，系统就会崩溃（鱼类几乎全部死亡）（图3）。这种直观的冲击对学生培养保护环境意识也有很大的帮助。

此项学习任务是具体而开放的，可以激发学生的学习积极性，让学生得以面对真实的问题情境实现知识的意义化建构，经历更优质、科学的学习过程，进而较大程度地激发学生的学习潜能，促进高阶思维能力的提升。当然，这项任务也面临一些困难，就是目前模型的构建偏于简单，很多因素（比如空间）都被忽略了。另外，模型中的数据并不完全真实，所以只能模拟各组分的变化趋势。如果长期研究，教师可以让学生真实取样记录，这样的结果会更加具有说服力。

6 表达观点，提升辩证思维能力

通过本节课课堂任务的讨论，学生可以了解种群通过捕食者与被捕食者之间的相互关系，也就是通过系统的负反馈调节而达到数量的相对稳定。

另外，教师可给学生补充“旅鼠如何调节种群数量”的视频，视频中除了介绍旅鼠通过改变毛色和性情等来调节被捕食量以调节种群数量以外，还介绍了“当旅鼠种群数量增大时，旅鼠选择集体跳海自杀”。请对此谈谈看法，旅鼠真的会自杀吗？

这项任务的设计，一方面是对本节课内容的补充，使学生对生态系统稳态调节的认识更加全面深刻；另一方面旨在引导学生在学习基础上，提出自己的观点并说出论据，敢于质疑，并深入思考、科学严谨地提出支持或反对依据，从而培养其质疑能力和辩证思维的能力。