创设学习情境开展单元教学实践

龚荔群　黄晶

摘要 “生态系统及其稳定”单元教学中，以“月宫一号”为载体创设学习情境，指导学生课前预习、提出问题，课中建模、讨论等方 式解决问题，课后应用所学知识设计方案、制作生态缸，促进学生形成生命观念，发展科学思维，提升科学探究能力，树立 社会责任，发展生物学学科核心素养。

关键词 习情境;单元教学;生态系统;概念图;核心素养

围绕大概念进行单元教学已成为当前学科教学 的趋势和研究热点。随着“中国学生发展核心素养” 落实于课堂教学，学界认为单元教学是撬动课堂转型 的重要支点。^[1]笔者尝试以2007年版人教社高中《生 物·必修3·稳态与环境》（下文简称教科书）第五章“生 态系统及其稳定”开展单元教学实践与研究。

“月宫一号”是中国第一个空间基地生物再生生 命保障系统地基综合实验装置。在“月宫一号”内进 行的“月宫365”实验实现了“人—植物—动物—微生 物”生物链环人工闭合生态系统的长期稳定循环运 转，其闭合度和生物多样性皆比世界上同类实验装置 更高，同时有利于该系统内人员的身心健康。“月宫一 号”为中国今后深空探测生命保障提供理论和技术 支持。

根据生态平衡原理，利用生命科学前沿研究成果 “月宫一号”创设真实的学习情境，贯穿于本单元“生 态系统的结构、功能、稳定性及其相互关系”等4个课 时的学习过程中。本单元教学的基本流程是：①课前 布置学生根据教师提供的“月宫一号”微课预习本单 元内容。 ②鼓励学生预习后提出个人感兴趣的问题。 ③通过班级QQ群，师生之间、生生之间交流各自感兴 趣与疑惑问题。 ④教师利用“极课”软件收集并分析 学生导学案和生态系统概念图的完成情况，并根据最 近发展区教学原则，制定本单元教学内容。 ⑤主要以 相关的概念图、概念模型及数学模型等建模活动开展 课堂教学。 ⑥要求学生课后修改和完善有关概念图、 概念模型，鼓励学生小组合作设计并制作生态缸，尝 试设计定居火星的方案，进一步研究课堂教学中生成 的问题。教师以此激发学生的探究欲望，拓宽视野， 形成结构与功能观、物质与能量观及稳态与平衡观， 提高科学思维能力与科学探究能力，树立社会责任意 识与担当。

一、建构概念图，形成生命观念 开展聚焦大概念的阅读、讨论及建模等系列学习 活动，帮助学生了解“月宫一号”具体组成成分等事实 性知识，建立对食物链、食物网与生态系统等一系列 次位概念的正确认识，深刻理解“生物群落与非生物 的环境因素相互作用形成多样化的生态系统，完成物 质循环、能量流动和信息传递”“生态系统通过自我调 节作用抵御和消除一定限度的外来干扰，保持或恢复 自身结构和功能的相对稳定”等重要概念，促进学生 初步形成大概念“生态系统中的各种成分相互影响， 共同实现系统的物质循环、能量流动和信息传递，生 态系统通过自我调节保持相对稳定的状态”，认同结 构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观等生命 观念。

同时，运用希沃授课助手软件展示、评价学生课 前建构的“生态系统”概念图。发现大部分学生建构 的生态系统概念图没有体现概念之间的联系，有些学 生在绘制食物链和食物网时，将作为分解者的微生物 列入其中。因此，课堂教学时，以“月宫一号”为例，指 导学生分析食物链和食物网的组成及其相互关系，帮 助学生归纳得出：食物链和食物网是由生产者和消费 者所组成的，其中生物之间的关系一般是捕食关系，

促进学生理解生态系统的组成成分与营养结构的关 系。进一步指导学生将能量流动模型改建为物质循 环模型和信息传递模型，并总结能量流动、物质循环 和信息传递之间的关系为：①能量流动是沿着食物链 和食物网进行的;②能量流动是动力机制，物质循环 是基本载体，信息传递是调控基础。若食物链发生改 变，将导致功能的改变; ③生态系统是在一定的条件 下，通过能量流、物质流、信息流等对组成生态系统的 结构要素进行调控，进而维持整個生命之网的相对稳 定。^[2]促进学生正确理解生态系统的结构和功能的关 系、物质和能量的关系，以及“月宫一号”所遵循的生 态学原理，形成结构与功能观、物质与能量观以及稳 态与平衡观。

此外，要求学生课后补充、修正个人所建构的生 态系统概念图，并展示学生优秀作品供相互评价与学 习（如图1）。本单元4个课时教学结束后布置学生小 组合作设计、制作生态缸，并以此生态缸为例建构生 态系统的结构和功能概念图。

二、建构数学模型，发展科学思维

首先，以“月宫一号”创设一系列问题情境：①“月 宫一号”中西红柿的能量是如何输入的？②西红柿所 固定的能量有哪些去向？ ③西红柿的枝干等会被人 全部食用吗？ ④被人食用的部分就是人的同化量吗？ ⑤人粪便中的能量属于哪个营养级的同化量？指导 学生归纳能量流动的过程是输入每一营养级的能量， 一部分在生产者或消费者的呼吸作用中以热能的形 式散失了，一部分被下一营养级的生物所同化，一部 分以枯枝败叶、遗体残骸等形式被分解者分解 ，还有 一部分暂未利用。

接着，提供有关能量流动数据，组织学生小组讨 论分析“月宫一号”生态系统能量流动过程及数据，建 构“月宫一号”生态系统能量流动数学模型（如图2）。 再结合赛达博格湖的能量流动图解，指导学生总结能 量在生态系统中流动的特点和规律是单向流动、逐级 递减。促进学生养成“有理有据”阐述个人观点的意 识与习惯。

进一步指导学生讨论： ①科学家为什么要在“月 宫一号”中养黄粉虫？ 可不可以养狗？ 为什么？ ② “月宫一号”这一人工生态系统与赛达博格湖自然生 态系统有哪些不同？能量传递效率超过20%是否与 教科书观点矛盾？为什么？ ③若实验时间超过365 天，实验人员超过4人时，“月宫一号”生态系统是否 还能保持相对稳定？如果不能，应该怎么解决？ ④ “月宫一号”闭合度已达98%，能否做到100%？激发 学生思考与质疑，鼓励学生尝试运用所学的知识分析 问 题、解决问 题，培养学生的批判性思维和创造性 思维。

三、制作概念模型，提升科学探究能力 指导学生运用教师提供的三种大小不同的白色 卡纸、三种大小不同的紫色、蓝色、红色箭头等材料， 小组合作设计、制作“月宫一号”生态系统能量流动概 念模型。运用希沃授课助手实时展示学生建模过程， 并请小组代表进行解释。再以系列问题情境引导学 生思考能量流动的特点。例如，①可以在大张的白色 卡纸上写“初级消费者”、中等大小的白色卡纸上写 “生产者”吗？为什么？ ②每个箭头分别代表什么含 义？ ③箭头的方向能反过来吗？ ④能量为什么不能 从初级消费者流入生产者？ ⑤能量为什么逐级递减？ 引导学生深刻理解能量流动的特点以及能量流动与 营养结构的关系。再进一步要求学生将能量流动模 型（如图3）设计改编成以碳循环为例的物质循环模型 如图4）与信息传递模型（如图5）。由此，促进学生 深入学习，理解物质循环及与能量流动之间的關系。

通过建模活动，促进学生发挥团队合作优势，大 胆地设计、制作模型，开展小组间交流及评价活动，提 升科学探究能力。

四、激发爱国情感，树立社会责任 以“月宫一号”创设问题情境：你认为“月宫一号” 实验成功具有什么意义？激发学生对生物技术以及 生态学的学习兴趣，树立民族自信心和自豪感，坚定 爱国之心和报国之志;指导学生围绕“月宫一号”废物 利用展开讨论，明确“垃圾分类从我做起，变废为宝美 化家园”的重要性;指导学生探讨“月宫一号”的碳循 环过程，促进学生明确低碳生活的必要性和重要性， 并要求学生课后开展有关低碳生活的调查研究。课 堂上请小组代表运用PPT、视频等形式展示、宣传研 究成果。推荐学生使用“个人排碳量计算器”，帮助学 生增强环保意识，养成低碳生活的习惯。鼓励学生在 本单元学习结束后，响应“月宫一号”总设计师刘红教 授的“为人类在月球上建一个家”的倡议，尝试设计 “人类在火星上建一个家”的方案，让学生体验人工创 造生态系统的艰辛，促进学生珍惜和保护我们的共同 家园——地球，自觉地与大自然和谐共处。

以“月宫一号”创设学习情境开展“生态系统及其 稳定”单元教学，实现了三大教学转变，即从生物学知 识的分点教学走向聚焦大概念的单元教学;摒弃教师 讲授、学生操练为主的传统教学模式，走向解决真实 问题的深度学习;开展基于学习资源、实时互动的线 上线下混合式学习。^[3]这种智慧课堂有助于提高学生 的学习兴趣和学习效率，促进学生发展生物学学科核 心素养。

参考文献：

[1] 顿继安，何彩霞.大概念下的单元教学设计[J].基础 教育课程，2019（18）

[2] 姚亭秀，白建秀，陈侠.“生命之网稳定的维系——生态系统的功能”单元设计[J]生物学教学，2019（10）.

[3] 戴晓娥. 大单元大情境大任务——统编语文教科书"新教学”[J].语文建设，019（9）.

（责任编辑：陈欣）