基于PBL教学法的高中生物探究·实践活动

高雅君　张凤娟

摘 要：以“探寻厦门筼筜湖的生态环境变迁”为驱动性问题，围绕制作生态缸这个项目产品，通过“生态缸的方案设计”“生态缸的制作”“生态系统稳定性试验”“厦门筼筜湖生态环境调查”四个任务，引导学生应用生态系统的知识分析和解决实际问题，并将知识应用于实践。学生经历探究活动，在实践中体验项目的意义和价值。通过一段时间的项目式学习，掌握必备知识，促进学生沟通能力、社交能力的发展。通过具有地方特色的环境调查，引导学生关注生态环境问题，发展学科核心素养，提升社会责任感。

关键词：项目式学习；生态缸；生态系统；探究实践

PBL（project-based learning，项目式学习）是在项目进行过程中，通过基于现实世界的真实问题开展持续的探究活动，加深对核心知识的理解的一种学习方式；倡导利用生活素材和情境开展教学，并通过制作最终作品的形式来自主地完成知识建构，养成综合实践创新能力[1]，有效促进学生的深度学习和核心素养的形成[2]。《普通高中生物学课程标准》2017年版，明确将生物学学科核心素养作为课程宗旨，科学探究的重要作用再次受到高度重视，科学探究对于学生掌握科学概念、参与科学实践、理解科学本质都有积极的促进作用[3]。

高中生物人教版新教材中“探究·实践”活动是实验探究的良好素材，该部分内容的深入开展，是学生发现问题、分析问题、利用知识解决真实问题的过程，能够提升学生的学科核心素养。人教版高中生物教材必修和选择性必修模块共有“探究·活动”31项，其中有些项目耗时较长，探究内容多，而课时有限，仅仅利用课堂难以满足要求，造成很多学校放弃这部分探究活动。教师作为教学的主导者，如何为学生创造丰富的教学资源和环境，引导学生在这种环境中发挥适当的自主权，学会组织和使用学习材料，将课堂－生活－社会连接在一起，是急需解决的问题。PBL教学是解决课堂课时矛盾，提高教材资源利用率，提升学生解决真实问题能力的有力抓手[4]。

本文结合实验教学的特点和PBL的常规模型基于STEAM理念，构建了项目式学习在高中生物教学中的应用步骤。下文以“设计制作生态缸，观察其稳定性”的探究·活动为例，进行阐释。

一、项目主题选择

生物学是一门实验性学科，实验性是生物学的一个突出特点。通过实验，学生可以利用多种感官直接感知事物本身，丰富直接经验，获得生动表象，以之作为形成概念、理解原理、掌握规律的依据。生物学项目式学习的内容尽量选取有实验内容或者可以依据内容开设实验的章节。“设计制作生态缸，观察其稳定性”是2019高中生物新教材人教版《生物与环境》模块中第3章节《生态系统的稳定性》的内容，是学生学习生态系统结构、功能及其稳定性的重要“探究·实践”活动[5]。课标要求“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”。

设计制作生态缸可以帮助学生学习知识，增进理解，演示生物与环境之间的相互依存关系及探究生态系统的自我调节能力，生动直观。本研究在自制生态缸的基础上，增加生态系统抗干扰能力测试实验及生态环境调查内容。通过项目式学习的方式，围绕生态缸制作，展开一段时间持续的生态系統知识学习和应用，通过问题驱动，进行深度学习，实现利用课内知识解决现实世界真实问题的目的。

二、项目学习目标

生物学学科核心素养是学生在学习过程中习得的受益终身的成果，是学生在解决生物学问题时所表现出来的必备品格和关键能力，所以，落实生物学学科核心素养是本次项目式学习的根本目标。在项目式教学中，项目目标起着非常重要的作用，基于课程标准的内容要求、学业要求和学生质量标准，制订了如下教学目标[6]。

（一）通过设计和选择生态缸的生物和非生物成分，尝试对设计的合理性进行论证和科学解释，阐明生态缸中生态系统的组成成分及相互关系，培养学生自觉、有效地获取、评估、使用信息的能力。

（二）通过观察和讨论分析生态缸中的生产者和消费者的生态位及它们之间形成的营养结构，分解者存在的必要性，理清生态系统的营养结构以及群落的种间关系和空间结构。

（三）通过构建概念图，分析生态缸中生态系统的物质循环和能量流动关系，进一步提升物质与能量观。

（四）通过观察并记录生态缸内生物生长情况，解决项目进行时遇到的问题，理解生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定，认识生物多样性对生态系统稳定性的作用，提升解决现实问题的能力。

（五）通过生态缸制作的项目延伸，探寻筼筜湖生态环境变迁，关注厦门市筼筜湖生态环境问题和治理情况，积极运用生物学知识，树立生态文明的理念，形成生态意识，践行生态环境保护。

三、项目流程

开展生态缸的方案设计、实践生态缸的制作、生态缸的稳定性研究和生态环境调查四个项目任务，建构生态系统的知识体系，形成生态系统结构决定功能以及平衡与稳态的生命观念。同时在项目学习中了解我国目前面临的生态环境问题，提高生态意识。认识到建设美丽中国，每个人都有责任、有义务，都需要付诸共同的行动。

通过调查厦门筼筜湖生态环境发展，探寻生态环境变迁中的人类影响，了解家乡和学校建设，落实学科育人。

四、项目任务及实施

任务１：生态缸方案设计

【资料】人教版高中生物选择性必修2《生物与环境》第3章《生态系统及其稳定性》的内容，生态系统的结构知识，理解生态系统的组成成分和营养结构。生态系统的组成成分包含非生物和生物两大部分，生物和非生物通过相互作用，形成统一的整体。生产者、消费者与分解者之间的关系，归根结底是食物的关系，生态系统内各种生物之间的这种复杂的营养关系构成了食物链、食物网。

【教师】生态缸是人工模拟的小型生态系统，生态缸的系统相对简单，应该选择哪些生物和非生物呢？

【学生】学生结合教材生态系统的知识，通过资料查阅和实地调查，了解厦门本地池塘生态系统的常见主要物种，了解他们的生活习性等基本情况，从各种成分中选择典型的种群。

【教师】生态系统的各组分之间有什么样的营养关系？他们在群落当中的生态位如何？如何确定他们的数量关系？

【学生】回顾生态系统的结构知识，画出生物成分之间的关系，形成食物网。联系生态系统的功能，结合能量流动和物质循环的特点及生态缸的大小，分析生物成分之间的数量关系；结合群落的空间结构，确定各成分的数量及植物的种植位置。分析合理性，逐步完善，形成初步方案。

【教师】生态缸结构设计还有哪些需要注意的事项？

【学生】设计一个人工模拟的湖泊生态系统，制作的生态缸必须是透明且密封的，瓶内的各种生物之间及其无机环境之间必须能够在一定时间内处于相对稳定的动态平衡。应该关注温度、光照等因素的影响，避免阳光直射，以免温度太高导致生物死亡，生态缸不宜太小，水量适中。

任务２：生态缸制作及观察

【教师】生态缸密封后，发生了什么变化？是否能够稳定存在？在制作生态缸的过程中，有的生态缸稳定性很高，而有的生态缸却迅速崩溃，为什么会出现这样的结果？原因是什么？

【学生】按照方案制作生态缸，持续观察，依据情况对其中的成分进行调整和补充。如果生态系统中的成分迅速死亡，生态系统崩溃，学生应检查并总结失败的原因，进行第二次设计与制作。直至观察一段时间后生态缸中的生物成分都成活，对生态缸进行封闭处理。观察封闭后生态系统内生物存活状态和数量变化，直至趋于稳定。

【教师】生态系统稳定后，最后各成分的数量如何？为什么会维持这样的数量关系？各种生物在生态系统中扮演什么角色？其作用是什么？

【学生】持续观察记录，分析成分的变化并分析原因。

【教师】生态缸中生物群落的空间结构如何？这样的结构对生物而言有何意义？

【作品展示】展示制作的成果——生态缸的现状，展示制作过程中遇到问题、解决问题及团队合作情况。

任务3：生态系统稳定性研究

【干扰因素设计】提出感兴趣的生态缸稳定性干扰研究课题，设计实验。针对目前常见的污染问题，进行干扰实验设计，探究水体富营养化、石油污染、塑料垃圾污染、外来物种入侵等干扰因素对生态环境的影响，分析人类活动对生态环境的影响。学生通过已经学习过的实验设计原则，分析实验变量，制订观察指标，设计实验并开展实验，分析结果得出结论。

【干扰实验实施】利用生态缸制作完成后一段时间仍然比较稳定的，比较成功的生态缸继续开展探究性实验，发散思维，加强和巩固外界因素对生态系统稳定性的重要作用，以此突破生态系统的稳定性这一难点。分层教学，对有需要的学生通过教师引导，设计更加复杂的实验，帮助学生更好地理解已完成的工作，解决开放性问题。帮助学生按照科学的原则设计作品，基于证据验证假设、发现并得出解决问题的方案。培养学生将课内知识向真实生活迁移的科学思维和科学探究素养，体验科学探究的魅力。

任务4：课堂知识延伸：生态环境调查报告

【报告展示】在校内及公共平台展示作品，进行评价

根据高中生物学课程中的基础知识，查阅资料，开展实地考察、访谈、调查问卷等活动，探寻历史中筼筜湖的生态环境变化，利用多种方式对厦门筼筜湖生态环境保护措施进行调查研究，形成调研报告。积极运用生物学知识，树立和践行“绿水青山就是金山银山”理念，形成生态意识，参与环境保护；提升学生的应用和创新能力，发散学生的思维；利用科学、技术、工程或数学等学科相关知识解决问题；通过对设计作品的评价，提升审美[7]。

项目式学习评价：

1.评价目的：全面考核学生的必备知识、关键能力，提升学生核心素养；

2.评价工具：过程性评价表、测试题、项目成果展示评价；

3.评价形式：学生自评、小组评价、教师评价、公众评价；

4.评价时间：项目实施过程中及结束后。

【項目评价】在项目式学习中，评价不是仅在成果展示阶段进行，而是贯穿整个过程，使学习评价与学习目标、学习活动、学习成果保持一致，有利于促进学生的发展。根据项目式学习的特点，项目式学习的学习目标是知识、能力和综合素养，学生在项目中的分工不同，无法按统一标准进行评价。因此，仅通过纸笔测试是不够的，应根据项目目标，从多角度对学生进行评价，着重于表现性评价方法的使用。根据项目的教学目标，制订符合课标的评价量表，采用自评、互评、组评和师评相结合的方式，对学生的学习过程进行评价，衡量学生在项目式学习中的表现。教师应尊重学生的个性发展，鼓励学生进行自我评价，肯定自己的优点，发现自己的问题；小组评价在项目进行过程中可以起到很好的监督作用，看到其他同学的优点；教师评价可以很好地发散学生的思维，引导学生进行深入的思考[8]。

五、项目反思

本课例通过整合课内外实践活动，通过基于项目的问题探究，使学生掌握学科知识、发展关键能力，同时提升了学科素养。在利用生态系统的知识设计生态缸的过程中，逐步分析和解决遇到的真实问题，基于STEAM理念链接知识与工程。通过对家乡生态环境的调查，关注生态环境问题，认识到环境保护的紧迫性。教师的身份在项目式教学活动中发生变化，是知识技能的传授者、知识应用的引导者、学生活动的观察者、最终是学习的推动者。

项目式学习充满了创造性和可能性，调动了学生的自学能力及动手能力，激发了思维的发散性，使学生在学习中体会到成功的喜悦，有助于提升学生自我效能感。项目式学习需要学生自主构建知识，更加关注学生的能力培养，探究问题的内驱力。项目式学习能够不断提升学生对学科研究的参与度，在参与中提升评价、口头表达、写作等技能，锻炼了人际交往能力。

结束语

在项目式学习中，学生对核心概念的理解不是通过背诵、识记等方式获得的，而是在解决问题过程中自然发生的，学生能够真正领悟知识背后的奥秘，是通过高阶思维的培养带动低阶知识的学习的过程。

参考文献

[1]揭雨婷，戴国.项目式学习在生物学单元教学设计中的应用：以“免疫调节”单元为例[J].生物学教学，2022（47）：10-14.

[2]施婷，付雷.促进学生核心素养发展的项目式学习模式研究[J].生物学教学，2021，46（3）：19-23.

[3]王捷，李越.STEAM视域下项目式学习在高中生物学教学中的应用[J].基础教育研究，2022（17）：63-66.

[4]陈晓婷.项目学习在高中生物学教学中的应用研

究[D].武汉：华中师范大学硕士学位论文，2019.

[5]孙丽霞.情景教学模式在高中生物课堂的应用研究[J].学周刊，2022（29）：93-96.

[6]宋科，赵婧.生活化教学在高中生物课堂中的应用[J].西部素质教育，2022，8（1）：181-183.

[7]张永辉.学科核心素养下高中生物项目式学习实践及探索[J].天津教育，2022（19）：117-119.

[8]史有志.新高考背景下高中生物如何践行教学的有效性[J].第二课堂（D），2023（1）：90.

本文系集美区教育科学规划课题“STEM视域下PBL教学法在高中生物实验教学中的应用研究”（课题批准号：21103）成果。