基于5E教學模式的模型建構教學設計
——以“生態系統的結構”為例

劉美玲

（安徽省含山中學 安徽馬鞍山 238100）

1 5E教學模式

5E教學模式由美國生物科學課程研究創立一種建構主義教學模式，主要由5個階段構成，即引入（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、遷移（elaborate）、評價（evaluate）。5E教學模式的實施流程如圖1所示。

圖1 5E教學模式流程圖

2 教學設計思路

“生態系統的結構”是2020年人教版《選擇性必修2·生物與環境》第三章第一節。筆者結合5E教學模式對本節教學內容進行重新組合。課前，帶領學生開展本章第五節中“設計制作生態缸，觀察其穩定性”探究實踐活動。教師將該活動作為課程資源，服務于本節乃至本章的教學。本節課上，教師以學生制作的“生態缸”這一真實情境為引入點，借助于其形象、直觀的特點來突破重難點。各小組展示交流制作的生態缸，思考教師設計的問題串，建立生態系統的概念。再圍繞“如何分析生態缸這一生態系統的結構？”這一核心問題開展探究評價活動，學生通過對生態缸的組分進行分析、歸類，討論組分之間的聯系，初步建構生態系統的結構模型。在此基礎上，學生開展閱讀思考、分組討論等活動，探討生態系統組分作用和營養結構，并對建構的模型進行修正和完善；比較簡單的食物網和復雜的食物網，進一步理解食物網的復雜性對生態系統的意義。這樣的教學思路既符合學生的認知規律，又達成建構模型的科學思維訓練目標。

3 教學目標

①設計并制作生態缸，觀察其穩定性。

②通過分析具體生態系統中生物與生物、生物與非生物環境的關系，建立生態系統的概念。

③對生態系統的組成成分進行分析、比較、歸類，歸納概括各組成成分的作用及相互關系，建構生態系統的結構模型。

④通過對實例的分析討論，建立食物鏈和食物網的概念。

4 教學過程

4.1 引入、評價：創設真實情境，建立生態系統的概念

課前，學生開展探究實踐活動“設計制作生態缸，觀察其穩定性”。課堂上，每組小組長交流展示各組制作的生態缸，教師針對學生制作的生態缸中的某一植物如鐵線蕨，提出以下問題：

①鐵線蕨與生態缸中其他生物可能存在什么關系？

②鐵線蕨的根系會給土壤帶來哪些變化？

③生態缸就是一個生態系統。通過以上分析，你認為什么是生態系統？

針對問題①，學生回顧“種間關系”，討論鐵線蕨與生態缸中其他生物可能存在的種間關系。例如，鐵線蕨與其他植物之間存在競爭關系；生態缸中一些草食性魚類會吃鐵線蕨葉，二者為捕食關系等。在認識了生態缸中生物間關系的基礎上，對問題②，學生能想到：鐵線蕨根會吸收土壤中的水和無機鹽，根細胞的呼吸作用會增加土壤中CO的含量。教師引導學生進一步思考生態缸中生物與非生物環境之間還有哪些相互聯系，引導學生認識到生態缸中除了研究生物之間的關系，還要研究生物與非生物環境之間的相互關系。通過思考問題③，學生歸納、概括，形成生態系統的概念：由生物群落與它的非生物環境相互作用而形成的統一整體。學生從而認同“生態系統”與上一章“群落”研究層次相比，還要研究生物與非生物環境之間的相互關系。

教師接著展示生物圈、森林、草原、荒漠、城市、農田以及學生制作的生態缸圖片，請學生確認各個生態系統的范圍。學生觀看圖片，討論各個生態系統，認識到生態系統的范圍有大有小，可根據需要界定。

設計意圖：教師以學生制作的生態缸為引入點，將學生置身于真實的情境中，通過問題串銜接新舊知識，導入新課的學習，激發學生的好奇心和求知欲。

4.2 探究、評價：開展探究活動，建構基本的生態系統結構模型

教師緊接著拋出本節課的核心問題：“如何分析生態缸這一生態系統的結構？”并布置以下活動，學生以小組為單位思考討論，協作探究。

活動①：寫出生態缸中的組分，找出其共性，并進行歸納。

學生對所寫的組分歸納為生物組分和非生物組分。生物組分又分為植物、動物和微生物；非生物組分包括非生物的物質和能量，如光、熱、水、空氣、無機鹽等。

活動②：生物的生存都離不開物質和能量。生態缸中植物、動物、微生物是如何獲取物質和能量呢？

學生列表討論不同生物組分獲取物質和能量的方式，小組展示交流。教師對各小組進行點評。

活動③：嘗試用箭頭和文字等繪制生態缸中生物組分之間聯系的圖解。在已建立生物組分之間聯系的基礎上，生態缸中生物組分與非生物組分的關系是怎樣的呢？繼續進行補充。

學生積極討論：生態缸中植物吸收光能通過光合作用合成有機物；動物吃植物或其他動物獲得物質和能量；動植物遺體等為微生物提供物質能量；而生態缸中CO和O的含量也會隨著植物和動物的生理活動而變化。學生補充圖解，小組之間相互展示交流和點評，教師及時反饋，初步建構生態系統的結構模型（圖2）。

圖2 初步建構生態系統結構模型

活動④：展示教材中池塘生態系統圖解和補充展示某荒漠生態系統的圖片和物種名稱，并結合制作的生態缸，分析這些組分在生態系統中的作用，評價綠色植物對生態系統的貢獻。

學生思考每一類生物組分對生態系統的作用，找出不同生態系統的結構共性。教師引導學生從對生態系統的貢獻的角度，進行生態組分歸類。這樣可以使學生認識到生態系統的成分分類是按生物在生態系統中的功能或作用分類，而不是物種分類。在此基礎上，學生討論、總結生態系統的各組分之間的關系，理解生命系統的組分之間存在密切的內在聯系和相互影響，是一個有機的整體。同時，進一步修正生態系統的結構模型（圖3）。

圖3 修正后的生態系統基本結構模型

設計意圖：探究是5E教學模式中的核心環節。教師繼續利用學生制作的生態缸，引導學生進行系列的探究活動，完成對生態系統基本結構模型的建構。各個活動由淺及深，符合學生的認知特點。在每個活動中，教師都針對學生的回答進行評價，鼓勵學生之間相互點評，促進科學思維的形成。

4.3 解釋、評價：分析生態系統的營養結構，完善結構模型

4.3.1 繪制食物鏈、食物網，解析相關概念

教師展示閱讀資料“研究生物間食物關系的方法”，請學生以生態缸為對象，畫出食物鏈，并與小組同學交流點評展示。教師以其中一條食物鏈為例分析，如“綠藻→黑殼蝦→孔雀魚→烏龜”。生產者——綠藻屬于第一營養級；直接以綠藻為食的黑殼蝦是初級消費者，屬于第二營養級；次級消費者是以初級消費者為食的動物，如孔雀魚們屬于第三營養級；三級消費者是以次級消費者為食的動物，如烏龜屬于第四營養級。

接著，教師提出問題：什么是營養級？學生歸納：營養級是指處于食物鏈某一環節上的所有生物的總和。教師及時點評并強調：營養級是一種功能上的分級，并不限于某個物種。在食物鏈中處于相同層次或級別的生物群體，就屬于同一營養級。這樣有助于加深學生對營養級概念的理解。

教師進一步引導學生觀察、思考：若某些物種出現在不同的食物鏈中，以這些物種作為交點，多條食物鏈相互交錯連接成復雜的營養關系，即食物網。學生在已畫食物鏈的基礎上，繪制該生態缸的食物網。教師以其中一個小組繪制的食物網為例，提出質疑：觀察該食物網，每種生物的營養級是固定的嗎？請舉例說明。例如，烏龜在不同的食物鏈中，可分別占據第三或第四營養級。這取決于烏龜從什么渠道獲取能量。

4.3.2 課堂小結，完善結構模型

學生總結對生態系統的組成成分和營養結構的學習，思考外界環境中的CO、無機鹽、太陽能是不斷地輸入的過程及經歷的變化。教師指導學生建立各組分之間物質和能量的關系，再進一步完善該結構模型（圖4）。接著小組點評、教師及時反饋評價，引導學生歸納建構生態系統的結構模型的基本步驟。

圖4 完善生態系統的結構模型

設計意圖：解釋是5E教學模式中的關鍵環節。在探究環節之后，教師仍然利用學生自制的生態缸，鼓勵學生動手繪制食物鏈、食物網，解釋營養級等概念。學生基于完成營養結構的學習后，深化知識，補充完善生態系統的結構模型，達成建構模型的思維訓練目標，同時體會到知識體系是不斷發展和修正的。

4.4 遷移、評價：探討食物網的復雜程度對生態系統穩定性的意義

教師展示某陸地生態系統食物網示意圖，引導學生將其與前述某生態缸食物網進行比較，思考：哪個食物網所在的生態系統更加穩定？原因是什么？

學生觀察比較2個食物網，發現某陸地生態系統的食物網更復雜。教師引導學生積極討論并進行評價總結：如果食物網過于簡單，某個物種減少或消失將導致食物鏈無法繼續維持。如果食物網復雜，同一營養級的生物種類會更豐富，如果一條食物鏈中的某個物種減少或消失，它在食物鏈中的位置，可以由同一營養級的其他生物取代。這樣就不會對生態系統造成過大的影響，所以食物網復雜的生態系統更加穩定。

最后，教師布置“課后思考”：試比較各組制作的生態缸的穩定性大小，嘗試找出原因。如何提高生態缸的穩定性？組內反饋評價，討論并提出生態缸的改進方案。這樣可進一步提升學生的探究實踐能力，并滲透“結構與功能”和“穩態與平衡觀”，為后續章節的學習埋下伏筆。

設計意圖：教師將學生自制生態缸這一簡單的生態系統與某復雜的生態系統進行比較，促進學生思考并比較兩種生態系統的穩定性大小，使學生認識到生態系統穩定性與食物網復雜程度的關系。學生學會利用所學知識，嘗試去解決新情境中的問題。這就是知識的遷移，加深并拓展了學生對知識的理解。

5 教學反思

建構概念模型的方法是本節教學內容的重點，而5E教學模式正是圍繞幫助學生建構新的概念而設置的。該模式通過情境的引入，使學生產生探究的興趣。在教師的引導和學生的探究交流過程中，學生獲得了新的概念，掌握了概念模型建構的思路，從而運用已學知識去解釋新的情境問題。同時，教師在5E教學模式的每個環節中都結合評價，采用多樣化的評價方法，可通過提問、小組討論、紙筆記錄等多種形式，積極鼓勵學生小組間進行自評和互評。這與傳統的講授式教學有著本質的區別，學生在思考討論、交流評價、建構模型的活動中發揮了主體地位，注重建模過程而不是結果，培養了建模能力，達成科學思維訓練目標。