運用5E教學模式發展學生核心素養的高中生物學教學設計

黎興 黃佑美 王英強 王瑞珍

摘要利用5E教學模式對高中生物學《選擇性必修2·生物與環境》第一章第三節“影響種群數量變化的因素”進行教學設計，通過引入、探究、解釋、精致和評價環節著重培養學生的生物學核心素養。

關鍵詞 生物學核心素養 5E 教學模式 種群數量

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

5E教學模式是由美國生物學課程研究所基于建構主義理論設計的有效課堂教學模式，包括引入（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、精致（elaboration）和評價（evaluation）5個環節。教師可利用角色扮演等活動，引導學生融入情境，開展關鍵的探究活動，從而促進學生主動構建概念、發展學科核心素養，解決真實情境中的問題，培養關鍵能力。

1教材分析與設計思路

“影響種群數量變化的因素”這一節內容隸屬于人教版高中生物學《選擇性必修2·生物與環境》第一章第三節的內容，是“種群及其動態”一章的最后一節內容，既是對前面知識的完善與深化，也是從“種群”到“群落”相關內容的過渡?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標》）中的內容要求是嘗試建立數學模型解釋種群數量變動、舉例說明陽光、溫度和水等非生物因素以及不同物種之間的相互作用都會影響生物的種群特征變化。《新課標》中的學業要求為：運用數學模型表征種群數量變化的規律，分析和解釋影響這一變化規律的因素，并應用于相關實踐活動中;從生態系統具備有限自我調節能力的視角，預測和論證某一因素對生態系統的干擾可能引發的多種潛在變化。與舊教材相比，本節內容為新增部分，凸顯了各種因素影響種群特征的重要性，促進學生關注種群研究的應用。

本設計采用5E教學模式，以我國珍稀動物藏羚羊的瀕?，F狀為情境載體貫穿課堂始終，探究影響藏羚羊種群數量變化的可能因素并進行分類、歸納與總結，要求學生在活動中嘗試構建種群數量變化的數學模型，聯系恐龍滅亡現象。進一步解釋種群數量變化的內涵，以期培養學生的科學探究、數學建模能力與保護珍稀物種的社會責任，并促進學生形成自然狀態下種群數量動態平衡，以及生物與環境相互依賴和影響種群數量變化的穩態與平衡的生命觀念。

2教學目標

1闡述影響種群數量變化的因素，能用穩態與平

衡觀認識藏羚羊種群數量變化的規律，并形成生物與環境相互依賴和影響的生命觀念。

2運用捕食者和被捕食者的循環因果規律，演繹推理并預測種群數量變化趨勢，能夠選擇數學模型、圖示等表達并批判性思考種群數量變化受非生物和生物因素綜合影響的實際情況。

3通過擲骰子游戲建立數學模型，從而探究藏羚羊種群數量變化，培養合作與交流、解決問題的能力。

4認同種群研究的重要社會意義;養成保護野生

動物、生物棲息地及合理利用生物資源的意識。

3教學重難點教學重點：掌握并判斷影響種群數量變化的非生

物因素和生物因素。教學難點：分析非生物因素與生物因素對種群數量變化的綜合性影響;分析非生物因素與生物因素對

種群數量變化的循環因果關系。

4教學過程

課前，學生組建合作學習小組;教師發放學習單。

4.1引入

教師展示藏羚羊的圖片，播放配樂詩《最后一只藏羚羊》，提供有關藏羚羊在氣候變化、保護區建立以及科考發現的種群數量情況的資料，引導學生分析不同時期和不同影響因素下藏羚羊的生活習性、生存環境和種群數量變化，促進學生總結、歸納出生物因素與非生物因素的概念，并對資料中所示影響因素進行分類（表1）。

設計意圖：教師展示不同時期與不同因素影響下藏羚羊的種群數量變化，強調環境因素（包括人類活動）對生物種類數量變化和生存的重大影響，使學生初步感知種群水平的穩態平衡觀，并培養學生珍惜與保護野生動物的社會責任，亦為后面探究活動做鋪墊。

4.2探究教師進一步創設情境：假設你們是效力野生動物

保護部門的動物學家，請根據上述影響種群數量變化的因素，對環境的改變對種群數量的影響（該活動改編自劉恩山等譯著中）開展模擬探究活動并討論。模擬活動：（1）每組學生的起始種群數量為200只，擲兩枚骰子。注意，投擲前種群的規?？赡軙绊懯录慕Y果。（2）學生三人一組，兩人各丟一個骰子，至少投擲20輪骰子（除非種群滅絕），然后一人記錄每一輪游戲中擲出的點數以及種群規模的變化（表2）。（3）繪制隨著時間種群數量變化的圖表以及只有非生物因素或生物因素的影響下種群數量變化趨勢圖。（4）統計每個點數發生的總次數。

在學生小組完成活動后，教師提出一系列問題，引導學生思考：

1根據繪制的圖表，非生物和生物因素影響綜合作用下該種群增長呈現怎樣的趨勢？單因素和雙因素下的種群數量變化趨勢說明了什么？

2哪一組因素（生物或非生物）對種群的數量影響最大？為什么？

3哪個限制因素對種群數量影響最大？請證明你的觀點。

4人、針茅草與該種群之間屬于什么關系？是否還存在其他因素會限制該種群數量的增長？

設計意圖：教師利用問題鏈，給學生搭建腳手架，引導學生分類并歸納影響種群數量的非生物因素（光照、溫度、水等）與生物因素（捕食、競爭、寄生和人類活動等）以及在不同影響因素作用下種群數量變化。學生分析、得出影響種群數量平衡的因素，進一步形成種群水平的平衡觀。教師引導學生開展探究活動，使學生嘗試模擬在這些情境下探究種群的數量變化，并繪制種群數量變化曲線，培養學生探究問題、數學建模與解決問題、合作與交流的能力，使學生最終意識到種群數量的動態平衡都是非生物因素和生物因素調節的結果，形成生物與環境相互依賴和影響的生命觀念。

4.3解釋

各小組匯報結果并探討各種情況中種群數量變化，教師展示各小組繪制的圖表，說明食物和天敵等生物因素對種群數量的作用強度與該種群的密度是相關的。非生物因素和生物因素對種群數量的變化往往是綜合性的。當不良因素反復出現時，種群面臨消亡趨勢。并補充介紹恐龍滅絕假說的案例加以佐證;當促進種群數量增長因素頻繁出現時，有助于種群在一定時間內增長;當消極和積極的因素出現的次數相差不大時，種群數量變化維持在一定水平波動。

設計意圖：學生利用骰子不同點數的出現頻率探究各種因素對藏羚羊種群數量變化的影響，嘗試分析與解釋種群數量變化的原因，總結種群數量變化時需綜合考慮各方面因素對種群數量特征（出生率、死亡率、遷入率、遷出率、年齡結構和性別比例）的影響。教師強調偷盜偷獵行為對種群數量帶來的毀滅性打擊，進一步增強學生保護野生動物的社會責任感，與課前導入相呼應。

4.4精致

教師進一步提問：本活動是否可以準確模擬自然界種群規模實際的增加或減少？并引導學生批判性思考：1針茅草是該種群美味的食物來源，人為大量種植針茅草后，該種群數量在短時間與長時間內如何變化？2人為大量捕殺該種群的天敵，對其種群數量變化產生怎樣的影響？比較針茅草、狼與該種群在短時間和長時間的種群數量變化。

教師引導學生分析該種群與針茅草之間的數量變化的相關性（圖1）。學生討論后，得出捕食者與被捕食者之間的影響存在循環因果的結論。

設計意圖：骰子活動是各種因素在短時間內對種群數量變化的影響。實際上，種群數量存在循環因果關系。教師引導學生比較人類活動對種群數量變化、生存環境的短期和長期產生的影響，利用圖表反映實際的情況，從演繹推理到事實驗證，從理想結果到現實情況，在突破難點的同時，發展學生的歸納與演繹、批判性思維等科學思維，使學生理解整個生態系統水平的平衡通過多個種群數量的調節來實現。

4.5評價

教師播放經過嚴格放牧、恢復草場、嚴禁濫捕偷獵等措施后，藏羚羊種群數量增長逐年上升的相關視頻和資料：1983年起，國家成立了多個自然保護區，嚴厲打擊非法捕殺藏羚羊犯罪活動，加強法制宣傳和執法力度，使西藏境內藏羚羊種群數量從1999年的7萬只增加至2021年近30萬只。并引導學生回顧影響種群數量變化的因素，激發學生思考有利于種群數量維持穩定增長的建議與措施：作為一名青年學生，在保護野生動物的工作方面，你能給予哪些建議與努力？

設計意圖：教師在課堂結尾時，繼續利用藏羚羊這個具體的案例，做到首尾呼應，并使學生模擬、探究在環境因素下種群數量變化的情況，使學生深入思考人類與動物之間的聯系，從而滲透瀕危動物的保護教育，增強學生的社會責任感，激發其對生態學家、植保員等相關職業的憧憬與向往。

5結語

本教學設計中5E教學模式的各個環節與生物學學科核心素養存在對應關系。引入環節對于培養本課時學生應具備的生命觀念至關重要;探究環節能夠將穩態平衡以及生物與環境相互依賴和影響的生命觀念具象化為可探究的模擬實驗活動，進而有力培養學生的科學探究能力;解釋和精致環節著重調動學生運用歸納和概括、批判性思維、創造性思維等科學思維解釋生物學現象。社會責任核心素養較為隱晦地體現在前四個環節，但教師可以通過最后的評價環節，盡可能地推動學生形成珍惜瀕危物種

的社會責任感。

參考文獻：

[1]吳成軍，張敏.美國生物學“5E”教學模式的內涵、實例及其本質特征[J].課程·教材·教法，2010，30（6）：108-112.

[2]劉欣顏，麥紀青，劉恩山.運用5E教學模式發展學生的核心素養——聚焦生物學核心素養的教學取向[J].教育導刊，2017，（6）：48-53.

[3]（美）米爾頓·霍林，（美）杰姬·斯皮克·德懷爾著.劉恩山等譯.STEM課程如何設計：從STEMT理念到課例[M].北京：外語教學與研究出版社，2020：96-97.

[4]中國藏羚羊保護現狀[J].森林與人類，2003，（2）：8-12.

[5]吳曉民，張洪峰.藏羚羊種群資源及其保護[J].自然雜志，2011，33（3）：143-148，154，188-189.[6]梁清華.藏羚羊就地保護的現狀調查[J].環境保護，2008，（20）：51-53.

[7]LU S，CHEN F，ZHOU J，etal.Cascading implications of a single climate change event for fragile ecosystems on the Qinghai? Tibetan Plateau[J].Ecosphere，2020，11（9）：20-24.