“群落的演替”一节5E教学设计

汪 娜 （湖北省武汉市第二中学 湖北武汉 430010）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的课程理念强调以核心素养为宗旨，既要让学生获得基础的生物学知识，又要让学生领悟生物学家在研究过程中所持有的观点及解决问题的思路和方法［1］。

5E 教学模式是美国生物学课程研究（BSCS）开发出的一种建构主义教学模式，其最终目标是指向学生科学概念的构建,这也是理科教育的核心任务。5E 教学模式包括5 个教学环节，分别是引入（engage）、探究（explore）、解释（explain）、精致（elaborate）和评价（evaluate）［1］。在“群落的演替”一节的教学中，笔者尝试以“5E”教学模式为基本流程，对教材相关内容进行调整与充实，帮助学生深入理解科学概念，发展其生物学学科核心素养。

1 教材及学情分析

1.1 教材分析 “群落的演替”是人教版必修3第4 章第3 节的内容，涉及的知识点主要包括群落演替的概念、过程、类型和人类活动对群落演替的影响。其中，群落演替的过程是教学重、难点。本节从群落水平阐述了生命系统是一个动态发展的过程，凸显生物与环境相互作用的规律。在章节关系上，上一节有关群落结构中的物种组成、种间关系、群落的空间结构等概念是学习本节的基础。

1.2 学情分析 这节内容看似不难，若使用传统的讲授型教学模式，学生的收获仅局限在对群落演替过程和类型的感性识记，而对于演替过程背后所涉及优势取代的实质及原因、生物与环境的相互作用、最终平衡状态形成的原因等内容，学生的了解却不够理性透彻。

1.3 教学目标

1）生命观念。分析群落演替过程，形成生命系统的动态发展观、稳态与平衡观、生物与环境相互作用的科学自然观。

2）科学思维。构建实物模型模拟弃耕后农田最可能的演替历程，能将所建模型与原型对比，阐释现象背后的实质，归纳与概括群落演替的过程及规律。

3）科学探究。通过小组合作探究弃耕后农田最可能的演替历程，将建模与原型对比，针对现象观察提问并逐步破疑，从中增强对自然现象的好奇心和求知欲，并培养团队合作精神。

4）社会责任。分析过度放牧后的演替，关注“退牧还草”等国家政策；通过小组合作，分析与关注自身“衣、食、住、行”等不经意行为对群落演替产生直接或间接的影响，树立与践行“绿水青山就是金山银山的”理念，形成生态意识。

2 教学过程

2.1 第1 环节：engage（引入） 本环节的目标是创设情境，引入新课。教师提供有意义的学习活动，激发学生的学习兴趣。学生对教师提供的实物、问题、情境或现象进行思考，联系已有的知识和经验，暴露错误的前概念，这是学习科学概念的重要基础和前提［2］。

上课伊始，教师播放视频展示海洋、草原、森林、湖泊、冻原等群落的唯美景象，引入新课：家乡的水稻田不得已被弃耕，若无人照料，每年秋天是否会依然出现金黄色稻浪翻滚的场景？多年以后，这片弃耕的农田会有怎样的变化？

沙盘游戏：让学生用材料模拟农田被弃耕多年后最可能的演替历程（课前为每个小组准备必要的学具：3 个纸盒代表演替的3 个阶段，细沙模拟土壤，乔木、灌木、草本植物的微缩模型若干）。

沙盘是一种物理模型，可让抽象的事物变得具体、直观。用沙盘游戏作为新课引入，学生的求知热情立刻被点燃。他们大胆想象和推测，摆出最可能的演替历程（图1）。在建模过程中，各组构建的模型各不相同，有些并不符合自然规律，学生交流讨论后进行修正。在此过程中，学生原有的认识在与同伴的互动过程中不断修正、重组、细化。这种互动过程不仅是动手，更是动脑思维的过程。建模活动是科学探究的有效形式之一［2］。

图1 学生构建的物理模型照片

2.2 第2 环节：explore（探究） 本环节的目标是通过提供数据原型（表1），引导学生将构建的模型与数据原型进行对比，并进一步修正与完善模型，通过分析数据理解群落演替科学概念的内涵。

表1 1个弃耕农田上的演替和物种数目［3］

教师提问：沃森，克里克2 位科学家曾将构建的模型不断地与原型进行对比，进而建立了DNA双螺旋结构模型。课上构建的模型应与怎样的原型进行对比？仔细观察原型数据后，你发现了什么？有哪些不解的问题需要与同伴讨论？

生物学概念是前人在实践中探索出的，是生物学家科学探究的成果。学习概念，不仅要学习概念所反映的生物学规律，更要通过模仿科学家科学探究的方法主动进行概念的内化。科学探究总是从提出问题开始，本环节鼓励学生提出感兴趣的问题，为下一环节作准备。

2.3 第3 环节：explain 1（解释1） 本环节的目标是教师对学生在上一环节的提问进行分级分类，通过引导学生交流解疑，分析弃耕农田演替过程背后的原因与实质，重点突破每阶段新出现的生物来历及优势取代的问题。

破疑1：由草本阶段演替为灌木阶段时，新出现的生物从何而来？

破疑2：灌木和草本植物，哪类植物竞争优势更大？为什么？

追问：既然如此，为何在灌木阶段还能找到草本植物？

教师强调：群落演替中，一些种群取代另一些种群通常是“优势取代”，而非“取而代之”。

在教学中，教师鼓励学生像科学家一样思考：提出问题、分析问题、解决问题，关注现象背后的原因和实质，参与概念的形成过程，讨论后尽量作答。同时，教师在课前要充分准备，预估学生可能提出的问题，并准备一些图片或文字素材，以便在课上适时提示。

2.4 第4 环节：explain 2（解释2） 本环节的目标是分析裸岩上的演替过程，重点突破生物与环境相互作用的问题。

教师提前准备微课，描述裸岩上的演替过程。学生观看微课视频，并填写学案中的表格。小组分工合作，每组重点关注其中一个阶段的生物与环境相互作用的实例，分组交流汇总。教师提问：是否只要时间足够长，所有的群落都能发展到森林顶级群落？为什么？若学生回答确有困难，教师可出示图片（图2）给予提示进行释疑解惑。

图2 决定顶级群落的两大气候因素［4］

基于上述分析，师生共同归纳：群落演替是生物与生物、生物与无机环境之间相互作用的结果。当群落发展至与当地的土壤和气候条件处于相对平衡时，群落演替达到相对稳定的阶段，即成为顶级群落。此时，需提醒学生注意，有些学生构建的模型虽与原型不同，但仍可能正确。因原型来源于美国北卡罗来纳州，若温度和水分条件满足，学生的演替模型也可能在地球的某一个角落出现。

笔者在教学中，将教材的编排顺序调整为先讲“弃耕后农田上的演替”（次生演替），再讲“裸岩上的演替”（初生演替），这更符合学生由易到难的认知规律。同时，教学的侧重点不同：“弃耕后农田上的演替”重点突破每阶段新出现的生物来历及优势取代的问题；“裸岩上的演替”重点突破生物与环境相互作用的问题。教材中关于“裸岩上的演替”这部分内容，虽图文并茂，但只关注植物的变化，涉及动物和微生物的变化非常少，因此，单纯从教材获取群落演替过程的信息不够完整。笔者采用微课取代阅读教材，一方面帮助学生全面认识群落演替的过程，另一方面用微课中的实物图代替教材的示意图更显真实与直观，此环节充分展现“用教材教，而不是教教材”的思想。

2.5 第5 环节：elaborate（精致） 本环节的目标是通过分析比较2 种演替过程的共性规律和差异，归纳群落演替的一般规律，并过渡到群落演替的2 种类型的学习。

教师提问：以上2 种演替过程是否有一些共性规律？（提示：从丰富度、种间关系、群落固定的太阳能等方面）这2 种演替过程是否有差异？

教师补充：裸岩上的演替过程中，地衣作为“开拓植物”加速岩石风化成土壤，为苔藓定居与生长创造了条件；农田弃耕后1年内，很快就有马唐草、飞蓬草等多达31 种野生植物迅速占领生境中的资源，并开始改造环境，为其他生物（特别是动物）的进入创造条件。总之，不论是哪种演替过程，总有一些生长速度快、具有巨大散布能力的生物率先迁入定居，并对后续的演替产生影响［3］。典型的初生演替，还包括发生在沙丘或冰川泥上的演替；次生演替还包括过量砍伐后的森林、过度放牧后的草原上发生的演替。

引导学生对群落演替的下位概念进行归纳总结，使其从感性上升到理性深刻地理解新概念。

2.6 第6 环节：evaluate 1（评价1） 本环节的目标是通过分类、比较，归纳演替的方向和速度对其的影响，并关注“退牧还草”等国家政策。

教师提供3 个群落演替实例：①火灾后的森林；②湖泊的自然演替；③水华后的湖泊演替。让学生进行分类，并交流分类的方式与依据。学生有的认为可分为水中和陆地上的；有的认为可分为自然和人为的；有的认为可分为群落演替的方向越来越复杂或越来越简单......

通过开放性问题的引导，帮助学生关注群落演替的其他属性（水生与陆地、自然与人为、正向与逆向），从而多维度地理解群落演替的概念，同时对学生进行情感价值观的熏陶。

2.7 第7 环节：evaluate 2（评价2） 本环节的目标是通过小组合作，分析与关注自身“衣、食、住、行”等不经意行为对群落演替产生直接或间接的影响，树立与践行“绿水青山就是金山银山的”理念，形成生态意识。

有的学生认为住在城市，没有机会砍伐森林，也没有机会围湖造田，自己的生活不可能影响群落演替，是否如此？学生分组讨论“衣、食、住、行”与“群落演替”之间的关联。

本环节成为本节课的高潮，学生积极思考，小组讨论，全班交流。

教师归纳：人类不经意的行为也在间接影响群落演替。作为生物圈中的一员，人类的活动应当遵从自然规律，使人与自然和谐发展。最后，全班学生呼吁：群落演替，做最好的那个你。

城市学生容易产生群落演替与己无关的想法。通过小组合作讨论，学生发现“衣、食、住、行”中一些不经意的行为仍然会直接或间接影响群落的演替。本环节可让学生通过审视自身的不当行为再次引发对环保问题的关注。最后呼吁：“群落演替，做最好的那个你”达到社会责任的培养和情感价值观的升华。

3 教学反思

本节课采用5E 教学模式，从沙盘游戏入手激发学生兴趣并引入概念；通过探究（构建模型）、解释（提出问题、分析问题、解决问题）、精致（归纳比较）凸显参与概念的形成过程并内化概念，指向科学思维和科学探究；从评价（分类、关键词联想）凸显概念的整合，指向生命观念和社会责任。本节课的教学亮点是教师在课前已做好充分的预设，准备了模型、微课及各种素材，课堂上给学生提供自主探究和合作探究的舞台。整节课气氛活跃、高潮迭起，学生真正成为学习的主体，极大激发了学生学习科学的热情，较好地发展了学生的科学素养。