基于核心素養的PBL教學法在高中生物學教學中的案例探析

摘要：《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》強調以核心素養為宗旨，而PBL教學法是以問題為基礎的學習模式，設計的教學活動圍繞學生展開，通過創設情境來提出問題、分析問題，進而引導學生解決問題，讓學生在解決問題的過程中學習和掌握相關知識。PBL教學法的應用能更好地落實生物學科核心素養。本文以“種群的數量特征”為案例，探析基于核心素養的PBL教學法在高中生物教學中的應用。

關鍵詞：核心素養；PBL教學法；教學設計

文章編號：10037586（2024）030026-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）強調以核心素養為宗旨，教學內容聚焦大概念，教學過程重實踐，學業評價促發展。教學要保證學生能夠深入理解并運用重要的生物學概念，解決生活實際問題。學生在核心素養培養過程中訓練科學思維、培養探究能力、形成生命觀念、增強社會責任等。

PBL （Problem-Based Learning）教學法是以問題為基礎的學習模式。教師以情境為素材，以問題串為引導設計教學，學生在問題的驅動下主動參與學習。與傳統模式相比，PBL模式以學生為中心，問題基于真實情景，通過小組合作等多種模式解決核心問題，所以可以更好地落實生物學科核心素養。本文以“種群的數量特征”為例，探索PBL教學法在高中生物學教學中的應用。

1 教材分析及設計思路

本課程是人教版普通高中教科書《生物學·選擇性必修2·生物與環境》（以下簡稱“教材”）第1章第1節“種群的數量特征”的內容。本節內容與生活情境密切相關，如“人口老齡化問題”“性別比例失衡問題”“禁止非醫學需要的胎兒性別鑒定”“禁止非醫學需要的性別選擇性的人工流產”“三胎政策”等。本課程以德保紅葉森林公園為大情境，以“情境設置—問題導向—構建概念—遷移應用”的模式開展教學，在教學中通過實地調查、模擬實驗、辯論賽等環節來提高學生的參與度。

2 教學目標、教學重點和難點

（1）教學目標。理解種群、種群密度的含義，理解種群密度與種群的其它數量特征之間的關系；清楚調查種群密度的主要方法，學會運用樣方法和標記重捕法調查種群密度；聯系社會實際問題，關注人口老齡化和性別比例失衡等人口問題，增強社會責任；通過學習種群的數量特征，樹立生態環保意識。

（2）教學重點。調查種群密度的方法，種群的數量特征和它們之間的關系。

（3）教學難點。調查草地中某種雙子葉植物的種群密度。

3 教學過程

本節分兩個課時完成，第1課時調查種群密度的方法，第2課時種群的其它數量特征。大情境：小深是一個生態學家，同時也是一個資深旅游愛好者。這天小深來到廣西德保，被紅葉森林公園的景色吸引住了。于是小深決定留下來游遍德保重要景點并進行生態研究。

3.1 調查種群密度的方法

子情境。播放小深在紅葉森林公園紅楓湖游玩時錄制的視頻。學生觀看視頻后，教師帶領學生回顧種群的概念，學生回答后，教師再從種群概念出發，深入剖析判斷種群的依據。然后舉例“紅楓湖里所有的魚”“公園里所有的水獺”“森林里所有的成年樟樹”，讓學生判斷是不是種群來加深對種群概念的理解。

設計意圖。通過創設情境，激發學習興趣，同時結合生活情境，理解種群的概念。

教師解釋種群研究的重點是種群的數量特征及其變化規律，而種群密度是種群最基本的數量特征。從而引出種群密度的概念、計算方法以及研究的意義，再引出調查種群密度的方法。

3.1.1 任務一：樣方法

子情境。小深繼續游玩，來到了紅葉森林公園的最著名景點——百年大榕樹，于是想要知道百年大榕樹的種群密度。教師強調數量較少的瀕危生物，即使分布范圍較大，也可以采用逐個計數法計算種群密度。而在多數情況下，逐個計數非常困難，可以采取估算法，引出樣方法。

課前發下任務單。帶有“△”的A4紙模擬樣地，探究“△”代表的種群密度。指導學生自主閱讀教材第5頁相關內容，小組合作完成下列相關問題。問題一，在何處取樣？樣方取多大？取多少個樣方？問題二，對樣方邊線上的點，應如何計數？問題三，如何估算種群密度？問題四，樣方法適用哪些生物？教師介紹等距取樣法和五點取樣法，樣方線上的原則和確定取樣范圍大小的規則等。然后學生依據相關原則設計方案，模擬實驗，完成課前發的那張任務單，實驗完成后，統計、匯總、比較各組數據，教師繼續提問：問題五，為什么各組數據之間存在差異？學生找出差異的原因，加深對樣方法的理解。同時，教師提醒學生模擬實驗和實地調查是不一樣的，注意調查的時候不要破壞環境，要注意隨機取樣，再提出問題六，實地調查的時候如何確定調查對象，為什么？問題七，分析不同的調查地點、不同種群的密度存在差異的原因。課后布置任務，讓學生依據課堂所學，設計調查記錄表并進行實地調查，調查校園某雙子葉植物的種群密度。開展調查時，提供兩種調查方案讓學生選擇，方案一，調查不同環境中同種植物的種群密度。方案二，調查相同環境中不同植物的種群密度。最后通過實戰訓練檢查學生學習情況。

設計意圖。通過模擬實驗，使學生認識到估算也是一種重要的研究方法。教師以情境設置問題串，分小組合作討論，循序漸進引導學生思考，有方向有步驟的推進學習過程，通過模擬實驗讓學生掌握抽樣調查的科學研究方法，領會調查的隨機性原則及相關誤差分析方法。

3.1.2 任務二：標記重捕法

子情境。小深繼續游玩，看到了矮馬在吃草的畫面，想起矮馬也是德保一大特色，于是想到調查矮馬的種群密度，引出標記重捕法。教師呈現問題，學生小組討論。問題一，說出標記重捕法的概念和原理。問題二，簡要寫出標記重捕法的方法步驟。問題三，推導計算公式。問題四，歸納總結標記重捕法應注意的問題。教師呈現問題，讓學生閱讀課本討論得出相關答案。

設計意圖。標記重捕法不方便野外實踐，所以教師設置問題驅動，使學生深入分析，掌握標記重捕法調查種群密度的方法，并發展分析、歸納的科學思維。

3.1.3 任務三：模擬標記重捕法

教師準備黑色塑料袋和紅豆，讓學生模擬標記重捕法過程。然后呈現問題并小組討論。問題一，為什么要晃動塑料袋？問題二，如果被標記的動物放回后大量死亡，調查結果與真實數據相比，偏大還是偏小？怎樣減少誤差？問題三，哪些情況會導致誤差？問題四：野外實際操作時，標記物必須滿足什么樣的條件？讓學生思考問題進一步理解標記重捕法的誤差原因和解決辦法，完成遷移應用。通過實戰訓練檢查學生對標記重捕法的掌握情況。最后，教師以圖片配教材文字的形式簡單介紹教材第6頁的生物科技進展。如紅外觸發相機，微衛星DNA分子標記等。

設計意圖。標記重捕法不方便野外實踐，所以設置任務三模擬標記重捕法讓學生體驗，加深對標記重捕法的理解。另外結合生物科技發展，讓學生了解科技的發展和新的方法調查種群密度。

3.1.4 任務四：構建“調查種群密度的方法”思維導圖

教師建構“調查種群密度的方法”思維導圖，如圖1所示。

設計意圖。思維導圖是學生理解知識的直觀體現，通過構建思維導圖，學生可以對書本知識進行整合，理解知識之間的內在聯系。

3.2 種群的其它數量特征

3.2.1 任務一：出生率和死亡率

子情境。小深發現除了售票處工作人員是青壯年外，園內游人以老人居多，部分老人帶著兒童，氣氛祥和，這引起了小深對當地人口的研究興趣。教師呈現問題。問題一，什么是出生率和死亡率？問題二，如何計算出生率和死亡率？問題三，出生率和死亡率如何影響人口密度（種群密度）？其意義是什么？問題四，外界環境對生物的出生率和死亡率有沒有影響？通過閱讀教材，小組討論回答以上問題，最后通過出生率和死亡率的比較，判斷種群密度的變化情況，得出出生率和死亡率直接決定人口數量（種群密度）。

設計意圖：承上啟下，延續情境，閱讀教材，問題引領，讓學生體會出生率和死亡率對人口數量（種群密度）的影響。

3.2.2 任務二：遷入率和遷出率

資料展示。展示落后地區外出務工人員數據和發達地區外來務工人員數據。教師呈現問題：問題一，造成落后地區人口密度下降和發達地區人口密度上升的主要原因是什么？問題二，什么是遷入率和遷出率？問題三，遷入率和遷出率與種群密度有什么關系？其意義是什么？討論：結合教材和課外資料，討論得到遷入率和遷出率也是直接決定種群密度的因素，認同遷入和遷出決定了我國各地人口密度的差異。問題四，如何應對落后地區人口減少，可以采取哪些有效措施？教師強調如果研究一座城市人口的變化，遷入率和遷出率是不可忽視的因素。

設計意圖：通過數據直觀展示，學生通過實例判斷，理解遷入率和遷出率對種群密度的影響。

3.2.3 任務三：年齡結構和性別比例

子情境。小深看到公園內的人們，引起了他進一步思索，將來偏遠地區是不是就沒有人了，如何保住這風景如畫的景區不荒廢呢？于是他上網查閱了百色市各區縣人口普查數據。

教師展示數據并提問：問題一，什么是年齡結構？問題二，年齡結構有幾種類型？問題三，年齡結構怎樣影響種群密度？其意義是什么？結合教材中“3種群年齡結構的三種類型”，同時指導學生通過“思考·討論”總結出年齡結構特征及未來發展趨勢，年齡結構可以通過影響種群的出生率和死亡率間接影響種群密度。問題四，年齡結構為穩定型的種群，種群數量在近期一定能保持穩定嗎？年齡結構為衰退型的呢？教師引導學生明白多種因素影響種群密度。教師呈現數據資料統計，引出問題五：以上材料這說明我國人口的年齡結構發生了什么變化？引出人口的老齡化問題。然后結合實際情況引出問題六：什么是性別比例？性別比例怎樣影響種群密度？有何意義？得出性別比例通過影響出生率而間接影響種群密度。教師呈現資料，我國人口性別比例嚴重偏離世界人口性別比例的正常值。引出問題七：我國人口性別比例失調的預防措施？引出禁止非醫學需要的胎兒性別鑒定政策，禁止非醫學需要的性別選擇性的人工流產政策，啟動關愛女孩行動。

最后，舉辦辯論賽“三胎政策的利與弊”，學生從不同角度分析國家政策，辯證理解國家政策的制定與多方面有關。學生認同優生優育、適齡婚育、三胎政策、關愛老人等。

設計意圖。基于問題、數據、材料等，讓學生運用分析和比較的科學思維方法，深入理解年齡結構和性別比例對種群數量的影響。通過辯論賽，培養學生的科學思維，語言表達能力以及辯證看待問題的思路。

3.2.4 任務四：構建種群數量特征的思維導圖

教師幫助學生構建種群數量特征的思維導圖，如圖2所示。

設計意圖。本節概念多，問題多，概念之間又存在很強的內在聯系，教師引導學生列出關鍵概念，根據自己的理解構建思維導圖，促進學生將所學知識結構化，從而進行深度學習。

4 教學反思

本課程的教學設計緊密聯系生活實際，始終圍繞小深的活動軌跡這個大情境展開，在大情境中有子情境，既能激發學生的興趣，又能引入對相關問題的討論。學生自主閱讀教材，利用教材“思考·討論”，在問題和任務的驅動下，小組合作探究逐步構建概念，在交流中修正、提高和加深對概念的理解。學生在調查實踐中發展了科學探究能力，加深了對調查方法的理解。教師在資料圖表分析中關注人口老齡化和性別比例失衡等社會問題，在辯論中理解國家三胎政策的利與弊。通過這些活動，學生的合作精神、表達能力都得到了提高，思維也得到了鍛煉。本課教學在情境中設置問題，以問題為基礎，以學生為中心，最后有效落實生物學科核心素養。