基于PBL教學法的高中生物探究·實踐活動

高雅君　張鳳娟

摘 要：以“探尋廈門筼筜湖的生態環境變遷”為驅動性問題，圍繞制作生態缸這個項目產品，通過“生態缸的方案設計”“生態缸的制作”“生態系統穩定性試驗”“廈門筼筜湖生態環境調查”四個任務，引導學生應用生態系統的知識分析和解決實際問題，并將知識應用于實踐。學生經歷探究活動，在實踐中體驗項目的意義和價值。通過一段時間的項目式學習，掌握必備知識，促進學生溝通能力、社交能力的發展。通過具有地方特色的環境調查，引導學生關注生態環境問題，發展學科核心素養，提升社會責任感。

關鍵詞：項目式學習；生態缸；生態系統；探究實踐

PBL（project-based learning，項目式學習）是在項目進行過程中，通過基于現實世界的真實問題開展持續的探究活動，加深對核心知識的理解的一種學習方式；倡導利用生活素材和情境開展教學，并通過制作最終作品的形式來自主地完成知識建構，養成綜合實踐創新能力[1]，有效促進學生的深度學習和核心素養的形成[2]。《普通高中生物學課程標準》2017年版，明確將生物學學科核心素養作為課程宗旨，科學探究的重要作用再次受到高度重視，科學探究對于學生掌握科學概念、參與科學實踐、理解科學本質都有積極的促進作用[3]。

高中生物人教版新教材中“探究·實踐”活動是實驗探究的良好素材，該部分內容的深入開展，是學生發現問題、分析問題、利用知識解決真實問題的過程，能夠提升學生的學科核心素養。人教版高中生物教材必修和選擇性必修模塊共有“探究·活動”31項，其中有些項目耗時較長，探究內容多，而課時有限，僅僅利用課堂難以滿足要求，造成很多學校放棄這部分探究活動。教師作為教學的主導者，如何為學生創造豐富的教學資源和環境，引導學生在這種環境中發揮適當的自主權，學會組織和使用學習材料，將課堂－生活－社會連接在一起，是急需解決的問題。PBL教學是解決課堂課時矛盾，提高教材資源利用率，提升學生解決真實問題能力的有力抓手[4]。

本文結合實驗教學的特點和PBL的常規模型基于STEAM理念，構建了項目式學習在高中生物教學中的應用步驟。下文以“設計制作生態缸，觀察其穩定性”的探究·活動為例，進行闡釋。

一、項目主題選擇

生物學是一門實驗性學科，實驗性是生物學的一個突出特點。通過實驗，學生可以利用多種感官直接感知事物本身，豐富直接經驗，獲得生動表象，以之作為形成概念、理解原理、掌握規律的依據。生物學項目式學習的內容盡量選取有實驗內容或者可以依據內容開設實驗的章節。“設計制作生態缸，觀察其穩定性”是2019高中生物新教材人教版《生物與環境》模塊中第3章節《生態系統的穩定性》的內容，是學生學習生態系統結構、功能及其穩定性的重要“探究·實踐”活動[5]。課標要求“生態系統中的各種成分相互影響，共同實現系統的物質循環、能量流動和信息傳遞，生態系統通過自我調節保持相對穩定的狀態”。

設計制作生態缸可以幫助學生學習知識，增進理解，演示生物與環境之間的相互依存關系及探究生態系統的自我調節能力，生動直觀。本研究在自制生態缸的基礎上，增加生態系統抗干擾能力測試實驗及生態環境調查內容。通過項目式學習的方式，圍繞生態缸制作，展開一段時間持續的生態系統知識學習和應用，通過問題驅動，進行深度學習，實現利用課內知識解決現實世界真實問題的目的。

二、項目學習目標

生物學學科核心素養是學生在學習過程中習得的受益終身的成果，是學生在解決生物學問題時所表現出來的必備品格和關鍵能力，所以，落實生物學學科核心素養是本次項目式學習的根本目標。在項目式教學中，項目目標起著非常重要的作用，基于課程標準的內容要求、學業要求和學生質量標準，制訂了如下教學目標[6]。

（一）通過設計和選擇生態缸的生物和非生物成分，嘗試對設計的合理性進行論證和科學解釋，闡明生態缸中生態系統的組成成分及相互關系，培養學生自覺、有效地獲取、評估、使用信息的能力。

（二）通過觀察和討論分析生態缸中的生產者和消費者的生態位及它們之間形成的營養結構，分解者存在的必要性，理清生態系統的營養結構以及群落的種間關系和空間結構。

（三）通過構建概念圖，分析生態缸中生態系統的物質循環和能量流動關系，進一步提升物質與能量觀。

（四）通過觀察并記錄生態缸內生物生長情況，解決項目進行時遇到的問題，理解生態系統具有保持或恢復自身結構和功能相對穩定，認識生物多樣性對生態系統穩定性的作用，提升解決現實問題的能力。

（五）通過生態缸制作的項目延伸，探尋筼筜湖生態環境變遷，關注廈門市筼筜湖生態環境問題和治理情況，積極運用生物學知識，樹立生態文明的理念，形成生態意識，踐行生態環境保護。

三、項目流程

開展生態缸的方案設計、實踐生態缸的制作、生態缸的穩定性研究和生態環境調查四個項目任務，建構生態系統的知識體系，形成生態系統結構決定功能以及平衡與穩態的生命觀念。同時在項目學習中了解我國目前面臨的生態環境問題，提高生態意識。認識到建設美麗中國，每個人都有責任、有義務，都需要付諸共同的行動。

通過調查廈門筼筜湖生態環境發展，探尋生態環境變遷中的人類影響，了解家鄉和學校建設，落實學科育人。

四、項目任務及實施

任務１：生態缸方案設計

【資料】人教版高中生物選擇性必修2《生物與環境》第3章《生態系統及其穩定性》的內容，生態系統的結構知識，理解生態系統的組成成分和營養結構。生態系統的組成成分包含非生物和生物兩大部分，生物和非生物通過相互作用，形成統一的整體。生產者、消費者與分解者之間的關系，歸根結底是食物的關系，生態系統內各種生物之間的這種復雜的營養關系構成了食物鏈、食物網。

【教師】生態缸是人工模擬的小型生態系統，生態缸的系統相對簡單，應該選擇哪些生物和非生物呢？

【學生】學生結合教材生態系統的知識，通過資料查閱和實地調查，了解廈門本地池塘生態系統的常見主要物種，了解他們的生活習性等基本情況，從各種成分中選擇典型的種群。

【教師】生態系統的各組分之間有什么樣的營養關系？他們在群落當中的生態位如何？如何確定他們的數量關系？

【學生】回顧生態系統的結構知識，畫出生物成分之間的關系，形成食物網。聯系生態系統的功能，結合能量流動和物質循環的特點及生態缸的大小，分析生物成分之間的數量關系；結合群落的空間結構，確定各成分的數量及植物的種植位置。分析合理性，逐步完善，形成初步方案。

【教師】生態缸結構設計還有哪些需要注意的事項？

【學生】設計一個人工模擬的湖泊生態系統，制作的生態缸必須是透明且密封的，瓶內的各種生物之間及其無機環境之間必須能夠在一定時間內處于相對穩定的動態平衡。應該關注溫度、光照等因素的影響，避免陽光直射，以免溫度太高導致生物死亡，生態缸不宜太小，水量適中。

任務２：生態缸制作及觀察

【教師】生態缸密封后，發生了什么變化？是否能夠穩定存在？在制作生態缸的過程中，有的生態缸穩定性很高，而有的生態缸卻迅速崩潰，為什么會出現這樣的結果？原因是什么？

【學生】按照方案制作生態缸，持續觀察，依據情況對其中的成分進行調整和補充。如果生態系統中的成分迅速死亡，生態系統崩潰，學生應檢查并總結失敗的原因，進行第二次設計與制作。直至觀察一段時間后生態缸中的生物成分都成活，對生態缸進行封閉處理。觀察封閉后生態系統內生物存活狀態和數量變化，直至趨于穩定。

【教師】生態系統穩定后，最后各成分的數量如何？為什么會維持這樣的數量關系？各種生物在生態系統中扮演什么角色？其作用是什么？

【學生】持續觀察記錄，分析成分的變化并分析原因。

【教師】生態缸中生物群落的空間結構如何？這樣的結構對生物而言有何意義？

【作品展示】展示制作的成果——生態缸的現狀，展示制作過程中遇到問題、解決問題及團隊合作情況。

任務3：生態系統穩定性研究

【干擾因素設計】提出感興趣的生態缸穩定性干擾研究課題，設計實驗。針對目前常見的污染問題，進行干擾實驗設計，探究水體富營養化、石油污染、塑料垃圾污染、外來物種入侵等干擾因素對生態環境的影響，分析人類活動對生態環境的影響。學生通過已經學習過的實驗設計原則，分析實驗變量，制訂觀察指標，設計實驗并開展實驗，分析結果得出結論。

【干擾實驗實施】利用生態缸制作完成后一段時間仍然比較穩定的，比較成功的生態缸繼續開展探究性實驗，發散思維，加強和鞏固外界因素對生態系統穩定性的重要作用，以此突破生態系統的穩定性這一難點。分層教學，對有需要的學生通過教師引導，設計更加復雜的實驗，幫助學生更好地理解已完成的工作，解決開放性問題。幫助學生按照科學的原則設計作品，基于證據驗證假設、發現并得出解決問題的方案。培養學生將課內知識向真實生活遷移的科學思維和科學探究素養，體驗科學探究的魅力。

任務4：課堂知識延伸：生態環境調查報告

【報告展示】在校內及公共平臺展示作品，進行評價

根據高中生物學課程中的基礎知識，查閱資料，開展實地考察、訪談、調查問卷等活動，探尋歷史中筼筜湖的生態環境變化，利用多種方式對廈門筼筜湖生態環境保護措施進行調查研究，形成調研報告。積極運用生物學知識，樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，形成生態意識，參與環境保護；提升學生的應用和創新能力，發散學生的思維；利用科學、技術、工程或數學等學科相關知識解決問題；通過對設計作品的評價，提升審美[7]。

項目式學習評價：

1.評價目的：全面考核學生的必備知識、關鍵能力，提升學生核心素養；

2.評價工具：過程性評價表、測試題、項目成果展示評價；

3.評價形式：學生自評、小組評價、教師評價、公眾評價；

4.評價時間：項目實施過程中及結束后。

【項目評價】在項目式學習中，評價不是僅在成果展示階段進行，而是貫穿整個過程，使學習評價與學習目標、學習活動、學習成果保持一致，有利于促進學生的發展。根據項目式學習的特點，項目式學習的學習目標是知識、能力和綜合素養，學生在項目中的分工不同，無法按統一標準進行評價。因此，僅通過紙筆測試是不夠的，應根據項目目標，從多角度對學生進行評價，著重于表現性評價方法的使用。根據項目的教學目標，制訂符合課標的評價量表，采用自評、互評、組評和師評相結合的方式，對學生的學習過程進行評價，衡量學生在項目式學習中的表現。教師應尊重學生的個性發展，鼓勵學生進行自我評價，肯定自己的優點，發現自己的問題；小組評價在項目進行過程中可以起到很好的監督作用，看到其他同學的優點；教師評價可以很好地發散學生的思維，引導學生進行深入的思考[8]。

五、項目反思

本課例通過整合課內外實踐活動，通過基于項目的問題探究，使學生掌握學科知識、發展關鍵能力，同時提升了學科素養。在利用生態系統的知識設計生態缸的過程中，逐步分析和解決遇到的真實問題，基于STEAM理念鏈接知識與工程。通過對家鄉生態環境的調查，關注生態環境問題，認識到環境保護的緊迫性。教師的身份在項目式教學活動中發生變化，是知識技能的傳授者、知識應用的引導者、學生活動的觀察者、最終是學習的推動者。

項目式學習充滿了創造性和可能性，調動了學生的自學能力及動手能力，激發了思維的發散性，使學生在學習中體會到成功的喜悅，有助于提升學生自我效能感。項目式學習需要學生自主構建知識，更加關注學生的能力培養，探究問題的內驅力。項目式學習能夠不斷提升學生對學科研究的參與度，在參與中提升評價、口頭表達、寫作等技能，鍛煉了人際交往能力。

結束語

在項目式學習中，學生對核心概念的理解不是通過背誦、識記等方式獲得的，而是在解決問題過程中自然發生的，學生能夠真正領悟知識背后的奧秘，是通過高階思維的培養帶動低階知識的學習的過程。

參考文獻

[1]揭雨婷，戴國.項目式學習在生物學單元教學設計中的應用：以“免疫調節”單元為例[J].生物學教學，2022（47）：10-14.

[2]施婷，付雷.促進學生核心素養發展的項目式學習模式研究[J].生物學教學，2021，46（3）：19-23.

[3]王捷，李越.STEAM視域下項目式學習在高中生物學教學中的應用[J].基礎教育研究，2022（17）：63-66.

[4]陳曉婷.項目學習在高中生物學教學中的應用研

究[D].武漢：華中師范大學碩士學位論文，2019.

[5]孫麗霞.情景教學模式在高中生物課堂的應用研究[J].學周刊，2022（29）：93-96.

[6]宋科，趙婧.生活化教學在高中生物課堂中的應用[J].西部素質教育，2022，8（1）：181-183.

[7]張永輝.學科核心素養下高中生物項目式學習實踐及探索[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踐行教學的有效性[J].第二課堂（D），2023（1）：90.

本文系集美區教育科學規劃課題“STEM視域下PBL教學法在高中生物實驗教學中的應用研究”（課題批準號：21103）成果。