基于科學探究的生物多樣性教學設計

曹麗娟 孫子萱

摘要：基于調查實驗，以真實的調查情境為線索，充分關注學生已有的經歷，以學生的各種活動為主要形式，以培養核心素養為重點，建構生物多樣性的三個層次。

關鍵詞：合作學習核心素養科學思維科學探究社會責任

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

1教材、學情分析和設計思路

“生物多樣性保護”是生命科學在21世紀面臨的五大重點研究領域之一。學完本主題之后，學生應當“樹立起人與自然和諧共處的觀念、形成生態意識、環保意識和為踐行綠色低碳生活方式奠定基礎”。本節“生物多樣性及其價值”是上海科學技術出版社出版的《生命科學》高中第三冊第十章“生物多樣性”第一節的內容，包含生物多樣性的三個層次和價值。“物種多樣性”是生物多樣性三個層次中最直觀的，也是本章唯一一個“B”級要求的知識點，包含一個學生實驗（植物物種多樣性的調查）。該實驗是高中生命科學基礎型課程中唯一的野外調查實驗。學生通過調查研究，學習生物多樣性調查的樣方法及基本技能，加深對物種多樣性的了解，也為之后學習生物多樣性的價值奠定基礎。但在實際教學中，教師一般是通過模擬實驗的形式來實現，不利于學生理解物種多樣性的概念。

學生在初中已經學習過生態系統的相關知識，在高一又學習過遺傳物質DNA、可遺傳變異的類型等知識，因此已具備一定的認知基礎。此外，高一學生具有喜歡新鮮事物、喜歡動手、抽象思維己初具發展等心理特點。

基于上述分析，筆者提前開展調查實驗，在科學探究中，提高學生對生物學的學習興趣，同時也有利于學生從感性認識上升到理性認識。教師事先讓學生提出問題，分組在校園里進行植物物種多樣性調查，并進行相關數據的記錄。課后，各小組進行數據統計與分析。課堂上，教師密切結合科學探究，引導學生自主構建生物多樣性的3個概念。在這三個概念的學習時，教師均先聯系實驗、由學生自己活動小結得出，再以實踐中發現的問題設計若干題目，促進學生鞏固難點。學生代表小結樣方法的操作過程與要點后，學生分組討論。最后，教師通過國際視野下校園生物多樣性之我見問題的探討，引導學生學以致用，增加社會責任感。

2教學目標

①使用樣方法，分組進行植物物種多樣性調查，掌握樣方法要領，提升環保意識和尊重事實、實事求是的科學態度，提高團隊協作能力。

②通過遺傳多樣性幾個案例的比較、樣方法注意點的分析討論、辛普森指數的計算討論等活動，理解遺傳多樣性和物種多樣性概念，發展科學思維。

③通過國際視野下校園生物多樣性之我見問題的探討，提升社會責任感，認同生命科學的價值，形成人與自然和諧相處的生命觀念。

3教學過程

3.1實驗情境導入，引出遺傳多樣性

首先，教師依次呈現調查中學生看到的蒲公英葉片的兩種形態、蔓長春與花葉蔓長春、某調查地許多植物在一起的照片，設計系列問題，引導學生分析歸納遺傳多樣性的概念。然后，提供兩道簡單的例題，鞏固遺傳多樣性概念：判斷馬和驢性狀差異是否屬于遺傳多樣性;比較兩個種群遺傳多樣性的高低。接著，啟發學生回憶引起遺傳物質改變的三種類型，歸納遺傳多樣性的實質。隨后，教師利用3個中華絨螯蟹種群的案例，引導學生分析遺傳多樣性檢測的兩種方法和遺傳多樣性的意義。

設計意圖：此處教學重點落于學習遺傳多樣性的概念。教師用上節課學生調查中發現的問題，引起學生的注意，順利進入新課的學習。學生前面已經學習過基因型、環境與表現型的關系，此處分析同一環境中生物表現型差異的原因，容易得出是由基因、基因型差異所導致。設計中，教師提出問題，促進學生思考：將花葉蔓長春與蔓長春作為兩個物種統計，合理嗎？為什么？這樣的問題有利于發展學生的批評性思維。在學生得出遺傳多樣性概念后，教師出示兩道例題，有助于進一步提升學生的科學思維。可遺傳變異也屬于己學知識，學生也容易分析遺傳多樣性的實質。因此，關于遺傳多樣性的概念和實質，教師只要稍加引導，學生就可以將新知并入到已有知識結構中。此處，遺傳多樣性的檢測和意義屬于全新的知識，以教師的講授為主。

3.2實驗報告分析，理解物種多樣性

首先，學生代表展示實驗過程和結果。接著，教師，引導學生討論總結樣方法的操作要點：

（1）為什么要隨機選取樣方？為什么不能只選取一個樣方？

（2）調查草本植物通常用1m2的樣方，調查銀杏、香樟等高大的喬木，樣方面積應該（填“>”或“<”）

1m²合適。為什么？

（3）如果某植物剛好在邊界上，如何計數？

然后，教師提供計算辛普森指數的計算例題，學生分組計算、討論、分析并小結物種多樣性概念：

甲群落中A、B兩個物種的個體數分別為99和1，乙群落中A、B兩個物種的個體數均為50，丙群落中A、B、C三個物種的個體數分別為33、33、34，丁群落中A、B、C三個物種的個體數分別為2、88、10，則D甲=__;D乙=__;D丙=__;D丁=__。

（1）對四個群落多樣性排序：__。

（2）請據公式，解釋造成甲和乙、丙和丁群落多樣性差異的主要原因？

（3）乙和丙兩個群落物種分布均勻度非常接近，為什么辛普森指數差異還這么大？

學生討論結束后，在教師的簡單引導下，會自然而然得出物種多樣性的概念。最后，教師講授物種多樣性的意義與測量。

設計意圖：這個部分的學習重點為物種多樣性的概念。經過調查實驗，學生對該概念已有初步認識。學生代表先小結，幫助同學回憶。隨后，教師呈現實驗中遇到的問題，分組討論。設計的討論題緊扣上節課的實驗，有利于學生從感性認識提高到理性認識。學生在分享交流中，提升了歸納與概括、演繹與推理等科學思維。學生自己組織語言，描述物種多樣概念的兩個層次——物種豐富度和物種分布均勻度，概念的建構水到渠成。對于辛普森指數計算公式這一數學模型，教師無需多說，學生自己觀察、分析例題學會公式的運用，從而發展學生模型與建模的科學思維。

3.3實驗場地比較，詮釋生態系統多樣性

教師呈現兩塊調查地生態系統照片和學生對兩地生態環境的描述性語言，引導學生說出生態系統的成分，再通過不同生態系統圖片的觀察，引導學生建構生態系統多樣性的概念。

設計意圖：按照認知心理學的理論，生態系統多樣性屬于生態系統的下位概念，如果學生理解了生態系統的概念，就很容易理解生態系統多樣性的概念。鑒于學生在初中已經學過生態系統概念，此刻教師通過實地調查照片及環境描述，幫助學生回憶生態系統的成分，達到溫故知新的效果。學生在回憶并建構生態系統概念的基礎上，進一步建構生態系統多樣性的概念。

3.4理論聯系實際，提升社會責任

教師先用板書總結生物多樣性三個層次的關系，再通過一個例題讓學生在復雜情境中判斷生物多樣性的層次，隨后呈現幾個國家城市的生態規劃（新加坡叢林策略、南特廊道策略、哥本哈根高地策略），接著組織學生討論：隨著全球城市化的發展，越來越多的城市開始生態城市規劃。校園作為城市的一部分，你覺得如何讓校園生物多樣性更加合理？

設計意圖：板書設計幫助學生構建完整的知識體系，例題檢測學生的課堂學習效果。新課標指出：“社會責任”是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，作出理性解釋與判斷，解決生產生活問題的擔當與能力。能夠用所學知識解決生產生活中問題，是學習的終極目的。此處引入國際上生物多樣性方面的最新舉措，以此開拓學生眼界，提升學生的社會責任感。

4教學反思

整堂課以真實的調查情境為線索，充分關注學生已有的經歷，設計流暢、自然，難度層層遞進，以學生的各種活動為主要形式，以培養生物學學科核心素養為重點，課堂氣氛活躍，卓有成效。但由于教學容量巨大，實在無法將生物多樣性的價值融入其中，有點遺憾。另外，學生在調查實驗的過程中通過手機app已經了解了不少植物的價值，但是課堂上來不及展示交流。