“群落的演替”一節5E教學設計

汪 娜 （湖北省武漢市第二中學 湖北武漢 430010）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的課程理念強調以核心素養為宗旨，既要讓學生獲得基礎的生物學知識，又要讓學生領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點及解決問題的思路和方法［1］。

5E 教學模式是美國生物學課程研究（BSCS）開發出的一種建構主義教學模式，其最終目標是指向學生科學概念的構建,這也是理科教育的核心任務。5E 教學模式包括5 個教學環節，分別是引入（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、精致（elaborate）和評價（evaluate）［1］。在“群落的演替”一節的教學中，筆者嘗試以“5E”教學模式為基本流程，對教材相關內容進行調整與充實，幫助學生深入理解科學概念，發展其生物學學科核心素養。

1 教材及學情分析

1.1 教材分析 “群落的演替”是人教版必修3第4 章第3 節的內容，涉及的知識點主要包括群落演替的概念、過程、類型和人類活動對群落演替的影響。其中，群落演替的過程是教學重、難點。本節從群落水平闡述了生命系統是一個動態發展的過程，凸顯生物與環境相互作用的規律。在章節關系上，上一節有關群落結構中的物種組成、種間關系、群落的空間結構等概念是學習本節的基礎。

1.2 學情分析 這節內容看似不難，若使用傳統的講授型教學模式，學生的收獲僅局限在對群落演替過程和類型的感性識記，而對于演替過程背后所涉及優勢取代的實質及原因、生物與環境的相互作用、最終平衡狀態形成的原因等內容，學生的了解卻不夠理性透徹。

1.3 教學目標

1）生命觀念。分析群落演替過程，形成生命系統的動態發展觀、穩態與平衡觀、生物與環境相互作用的科學自然觀。

2）科學思維。構建實物模型模擬棄耕后農田最可能的演替歷程，能將所建模型與原型對比，闡釋現象背后的實質，歸納與概括群落演替的過程及規律。

3）科學探究。通過小組合作探究棄耕后農田最可能的演替歷程，將建模與原型對比，針對現象觀察提問并逐步破疑，從中增強對自然現象的好奇心和求知欲，并培養團隊合作精神。

4）社會責任。分析過度放牧后的演替，關注“退牧還草”等國家政策；通過小組合作，分析與關注自身“衣、食、住、行”等不經意行為對群落演替產生直接或間接的影響，樹立與踐行“綠水青山就是金山銀山的”理念，形成生態意識。

2 教學過程

2.1 第1 環節：engage（引入） 本環節的目標是創設情境，引入新課。教師提供有意義的學習活動，激發學生的學習興趣。學生對教師提供的實物、問題、情境或現象進行思考，聯系已有的知識和經驗，暴露錯誤的前概念，這是學習科學概念的重要基礎和前提［2］。

上課伊始，教師播放視頻展示海洋、草原、森林、湖泊、凍原等群落的唯美景象，引入新課：家鄉的水稻田不得已被棄耕，若無人照料，每年秋天是否會依然出現金黃色稻浪翻滾的場景？多年以后，這片棄耕的農田會有怎樣的變化？

沙盤游戲：讓學生用材料模擬農田被棄耕多年后最可能的演替歷程（課前為每個小組準備必要的學具：3 個紙盒代表演替的3 個階段，細沙模擬土壤，喬木、灌木、草本植物的微縮模型若干）。

沙盤是一種物理模型，可讓抽象的事物變得具體、直觀。用沙盤游戲作為新課引入，學生的求知熱情立刻被點燃。他們大膽想象和推測，擺出最可能的演替歷程（圖1）。在建模過程中，各組構建的模型各不相同，有些并不符合自然規律，學生交流討論后進行修正。在此過程中，學生原有的認識在與同伴的互動過程中不斷修正、重組、細化。這種互動過程不僅是動手，更是動腦思維的過程。建模活動是科學探究的有效形式之一［2］。

圖1 學生構建的物理模型照片

2.2 第2 環節：explore（探究） 本環節的目標是通過提供數據原型（表1），引導學生將構建的模型與數據原型進行對比，并進一步修正與完善模型，通過分析數據理解群落演替科學概念的內涵。

表1 1個棄耕農田上的演替和物種數目［3］

教師提問：沃森，克里克2 位科學家曾將構建的模型不斷地與原型進行對比，進而建立了DNA雙螺旋結構模型。課上構建的模型應與怎樣的原型進行對比？仔細觀察原型數據后，你發現了什么？有哪些不解的問題需要與同伴討論？

生物學概念是前人在實踐中探索出的，是生物學家科學探究的成果。學習概念，不僅要學習概念所反映的生物學規律，更要通過模仿科學家科學探究的方法主動進行概念的內化。科學探究總是從提出問題開始，本環節鼓勵學生提出感興趣的問題，為下一環節作準備。

2.3 第3 環節：explain 1（解釋1） 本環節的目標是教師對學生在上一環節的提問進行分級分類，通過引導學生交流解疑，分析棄耕農田演替過程背后的原因與實質，重點突破每階段新出現的生物來歷及優勢取代的問題。

破疑1：由草本階段演替為灌木階段時，新出現的生物從何而來？

破疑2：灌木和草本植物，哪類植物競爭優勢更大？為什么？

追問：既然如此，為何在灌木階段還能找到草本植物？

教師強調：群落演替中，一些種群取代另一些種群通常是“優勢取代”，而非“取而代之”。

在教學中，教師鼓勵學生像科學家一樣思考：提出問題、分析問題、解決問題，關注現象背后的原因和實質，參與概念的形成過程，討論后盡量作答。同時，教師在課前要充分準備，預估學生可能提出的問題，并準備一些圖片或文字素材，以便在課上適時提示。

2.4 第4 環節：explain 2（解釋2） 本環節的目標是分析裸巖上的演替過程，重點突破生物與環境相互作用的問題。

教師提前準備微課，描述裸巖上的演替過程。學生觀看微課視頻，并填寫學案中的表格。小組分工合作，每組重點關注其中一個階段的生物與環境相互作用的實例，分組交流匯總。教師提問：是否只要時間足夠長，所有的群落都能發展到森林頂級群落？為什么？若學生回答確有困難，教師可出示圖片（圖2）給予提示進行釋疑解惑。

圖2 決定頂級群落的兩大氣候因素［4］

基于上述分析，師生共同歸納：群落演替是生物與生物、生物與無機環境之間相互作用的結果。當群落發展至與當地的土壤和氣候條件處于相對平衡時，群落演替達到相對穩定的階段，即成為頂級群落。此時，需提醒學生注意，有些學生構建的模型雖與原型不同，但仍可能正確。因原型來源于美國北卡羅來納州，若溫度和水分條件滿足，學生的演替模型也可能在地球的某一個角落出現。

筆者在教學中，將教材的編排順序調整為先講“棄耕后農田上的演替”（次生演替），再講“裸巖上的演替”（初生演替），這更符合學生由易到難的認知規律。同時，教學的側重點不同：“棄耕后農田上的演替”重點突破每階段新出現的生物來歷及優勢取代的問題；“裸巖上的演替”重點突破生物與環境相互作用的問題。教材中關于“裸巖上的演替”這部分內容，雖圖文并茂，但只關注植物的變化，涉及動物和微生物的變化非常少，因此，單純從教材獲取群落演替過程的信息不夠完整。筆者采用微課取代閱讀教材，一方面幫助學生全面認識群落演替的過程，另一方面用微課中的實物圖代替教材的示意圖更顯真實與直觀，此環節充分展現“用教材教，而不是教教材”的思想。

2.5 第5 環節：elaborate（精致） 本環節的目標是通過分析比較2 種演替過程的共性規律和差異，歸納群落演替的一般規律，并過渡到群落演替的2 種類型的學習。

教師提問：以上2 種演替過程是否有一些共性規律？（提示：從豐富度、種間關系、群落固定的太陽能等方面）這2 種演替過程是否有差異？

教師補充：裸巖上的演替過程中，地衣作為“開拓植物”加速巖石風化成土壤，為苔蘚定居與生長創造了條件；農田棄耕后1年內，很快就有馬唐草、飛蓬草等多達31 種野生植物迅速占領生境中的資源，并開始改造環境，為其他生物（特別是動物）的進入創造條件。總之，不論是哪種演替過程，總有一些生長速度快、具有巨大散布能力的生物率先遷入定居，并對后續的演替產生影響［3］。典型的初生演替，還包括發生在沙丘或冰川泥上的演替；次生演替還包括過量砍伐后的森林、過度放牧后的草原上發生的演替。

引導學生對群落演替的下位概念進行歸納總結，使其從感性上升到理性深刻地理解新概念。

2.6 第6 環節：evaluate 1（評價1） 本環節的目標是通過分類、比較，歸納演替的方向和速度對其的影響，并關注“退牧還草”等國家政策。

教師提供3 個群落演替實例：①火災后的森林；②湖泊的自然演替；③水華后的湖泊演替。讓學生進行分類，并交流分類的方式與依據。學生有的認為可分為水中和陸地上的；有的認為可分為自然和人為的；有的認為可分為群落演替的方向越來越復雜或越來越簡單......

通過開放性問題的引導，幫助學生關注群落演替的其他屬性（水生與陸地、自然與人為、正向與逆向），從而多維度地理解群落演替的概念，同時對學生進行情感價值觀的熏陶。

2.7 第7 環節：evaluate 2（評價2） 本環節的目標是通過小組合作，分析與關注自身“衣、食、住、行”等不經意行為對群落演替產生直接或間接的影響，樹立與踐行“綠水青山就是金山銀山的”理念，形成生態意識。

有的學生認為住在城市，沒有機會砍伐森林，也沒有機會圍湖造田，自己的生活不可能影響群落演替，是否如此？學生分組討論“衣、食、住、行”與“群落演替”之間的關聯。

本環節成為本節課的高潮，學生積極思考，小組討論，全班交流。

教師歸納：人類不經意的行為也在間接影響群落演替。作為生物圈中的一員，人類的活動應當遵從自然規律，使人與自然和諧發展。最后，全班學生呼吁：群落演替，做最好的那個你。

城市學生容易產生群落演替與己無關的想法。通過小組合作討論，學生發現“衣、食、住、行”中一些不經意的行為仍然會直接或間接影響群落的演替。本環節可讓學生通過審視自身的不當行為再次引發對環保問題的關注。最后呼吁：“群落演替，做最好的那個你”達到社會責任的培養和情感價值觀的升華。

3 教學反思

本節課采用5E 教學模式，從沙盤游戲入手激發學生興趣并引入概念；通過探究（構建模型）、解釋（提出問題、分析問題、解決問題）、精致（歸納比較）凸顯參與概念的形成過程并內化概念，指向科學思維和科學探究；從評價（分類、關鍵詞聯想）凸顯概念的整合，指向生命觀念和社會責任。本節課的教學亮點是教師在課前已做好充分的預設，準備了模型、微課及各種素材，課堂上給學生提供自主探究和合作探究的舞臺。整節課氣氛活躍、高潮迭起，學生真正成為學習的主體，極大激發了學生學習科學的熱情，較好地發展了學生的科學素養。