基于情境創設的學科核心素養落實
——“生態系統中的物質循環”教學設計

李春燕

(南京師范大學附屬中學高淳學校 江蘇南京 211300)

《義務教育生物學課程標準(2022年版)》(以下簡稱《課程標準》)對課程目標、課程內容等進行了更新,制定了學業要求和學業質量標準,引領育人方式的轉變和考試評價的改革。其中課程理念中提出選擇恰當的真實情境,設計學習任務,讓學生積極參與動手和動腦的活動,解決現實生活中的某些問題,從而促進包括生命觀念、科學思維、探究實踐和態度責任的學科核心素養落實。此外,2019年中共中央國務院頒布的《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》文件中提出要堅持立德樹人,著力培養擔當民族復興大任的時代新人,重視情境教學。基于此,筆者結合自身實際教學經驗和教科研所得,以“生態系統中的物質循環”一節的教學設計為例,通過創設情境引導學生參與某一社會性科學議題的討論,落實生物學科相關核心素養。

1 教材分析及設計思路

“生態系統中的能量流動與物質循環”是蘇教版初中《生物學·八年級·上冊》第十九章第二節的內容。第十九章第一節從宏觀和微觀上說明了生態系統的成分、功能、食物鏈(網)、生物富集等。第二節第一課時“生態系統中的能量流動”從能量觀角度闡述了能量流動的特點。本節“生態系統中的物質循環”屬于第二節第二課時,它從物質的角度闡述生態系統的物質循環,重點是碳循環,是后續生物圈生態平衡等內容的基礎,同時有助于學生真正理解生態系統的內涵。

根據《課程標準》課程內容的編排,本節內容隸屬于主題三“生物與環境”下大概念“生物與環境相互依賴、相互影響,形成多種多樣的生態系統”中的一個重要概念。《課程標準》指出,通過本主題的學習,學生能夠運用系統與整體的思維方式認識生物與環境的關系,認同山水林田湖草是一個生命共同體,形成熱愛自然、敬畏自然的情感,樹立人與自然和諧共生的生態觀,確立生態文明觀念。其提供的情境素材建議包括全球變暖與我國實現碳達峰、碳中和目標的主要舉措等。因此,教師引入“全球變暖與我國實現碳達峰、碳中和目標的主要舉措”這一社會性科學議題,創設情境,引導學生自主參與該議題討論,從而發展學生的生物學核心素養。

2 教學目標

①描述生態系統中的碳循環,構建碳循環模型,發展學生的科學思維;比較“能量流動和物質循環”的關系,形成物質與能量觀、系統觀等生命觀念。

②通過“碳達峰、碳中和”相關資料分析,探討低碳生活的方式。

③確立低碳生活的態度,形成環境保護意識,初步形成人與自然和諧共生的生態文明觀念,積極參與環境保護實踐,增強態度責任素養。

3 教學過程

3.1 創設議題情境,提出關鍵問題

課前,教師分發預學案,學生以小組為單位查閱相關信息。課上,教師播放“2020年9月,中國在聯合國大會上向世界宣布了2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標”視頻。視頻中介紹了什么是碳達峰、碳中和。教師提出關鍵問題:碳達峰、碳中和中的“碳”主要指什么? 學生觀看視頻,思考問題,說出“雙碳行動”中的“碳”主要指排放到大氣中的二氧化碳。

教師向學生展示1760年—2020年大氣層二氧化碳濃度變化曲線圖(圖1),并提出問題:在地球漫長的發展歷程中,大氣中的二氧化碳含量是如何維持相對穩定的? 是什么打破了這種相對平衡的局面? 我們能為“雙碳”目標的實現做出哪些行動?

設計意圖:教師利用熱點新聞視頻,創設真實情境,將課本中的碳循環與實際問題聯系起來,引發學生對生態系統碳循環過程的思考,激發學生的關注和學習興趣。

3.2 構建知識模型,應用核心概念

3.2.1 環節一:大氣中的二氧化碳含量是如何維持相對穩定的?

學生閱讀教材文字及生態系統中的碳循環示意圖(圖2)。教師引導學生思考:①碳在生物體內主要以什么形式存在? 消費者體內的碳來源于哪里?②生產者、消費者、分解者的哪些生命活動會影響大氣中二氧化碳的含量? 將圖2 補充完整。③據圖2闡述大氣二氧化碳的來源和去向。學生小組交流得出碳在生物體內主要以有機物形式存在;消費者體內的碳通過直接或間接取食生產者獲得。生產者的光合作用和呼吸作用、消費者的呼吸作用、分解者的分解作用等會影響大氣中二氧化碳含量的變化。學生代表投影展示生態系統中的碳循環示意圖的填寫情況,由其他小組成員進行評價、修訂。修訂后,學生闡述大氣二氧化碳的來源和去向進而描述碳循環的過程。

在學生認識生態系統的碳循環后,教師引導學生角色扮演闡述一段內容,請其他同學猜猜它是生產者、消費者還是分解者? 學生通過活動充分領悟生態系統中的綠色植物、動物、微生物在碳循環中分別發揮的作用。

教師給出生產者、消費者、分解者、大氣、箭頭(箭頭表示出碳的流動方向)等要素,布置學生繪制出碳循環的模型圖(圖3)。教師再補充氮循環、磷循環的模型圖,引導學生歸納出生態系統中物質循環的概念。

圖3 碳循環的模型圖

設計意圖:教師通過問題搭設臺階,引導學生思考大氣碳庫中二氧化碳的主要來源和去向,通過角色扮演分析綠色植物、動物、微生物在碳循環中分別發揮的作用,從而促進學生構建碳循環模型,既提高了學生的分析、建模、歸納和總結的科學思維,也提升了學生的模型建構能力,有助于學生運用系統與整體的思維方式認識生物與環境的關系,認同山水林田湖草是一個生命共同體,促進學生系統整體觀等生命觀念的形成。

3.2.2 環節二:是什么打破了大氣中的二氧化碳含量相對平衡的局面?

學生再次閱讀已填完整的生態系統中的碳循環示意圖,分析化石燃料的過度燃燒、樹木的過度砍伐等都會打破大氣中的二氧化碳含量相對平衡的局面,進而造成“溫室效應”。學生結合課前小組合作查找的關于“溫室效應”的資料,觀看教師播放介紹溫室效應的視頻,逐步認識大氣中的二氧化碳含量維持相對平衡的重要意義。

教師向學生分享資料“一件T 恤的碳足跡”,其中介紹了一件200 多克的純棉T 恤如何能排放出接近自身重量30 倍左右的二氧化碳,又需要種植多少棵樹才能實現碳中和。此外,教師向學生介紹手機微信小程序“碳足跡計算工具”,利用碳足跡計算小程序,邀請學生計算日常衣、食、住、行、用相關物品的生產、使用過程中會排放多少二氧化碳,需要種植多少棵樹才能實現碳中和。學生課后可以使用小程序計算日常穿著、用電、用水、乘坐不同交通工具、使用一個塑料袋、吃不同食物等的碳足跡。

設計意圖:嘗試說明打破大氣中的二氧化碳含量相對平衡局面的原因和大氣中的二氧化碳含量維持相對平衡的重要意義。通過計算碳足跡等更直觀地展示人類生活時排放到大氣中的二氧化碳的量,促進學生形成環境保護意識,初步形成人與自然和諧共生的生態文明觀念,增強學生的態度責任素養。

3.3 解決實際問題,升華情境

教師圍繞“我們能為‘雙碳’目標的實現做什么?”組織頭腦風暴活動。小組成員共同學習資料,提出低碳衣著、低碳飲食、低碳居住、低碳出行的策略,選派代表向全班分享,再由其他小組成員點評、補充。

最后,教師PPT 展示“我的南京”APP“碳積分兌換板塊”;“支付寶”APP“螞蟻森林”板塊,向學生展示個人低碳生活方式如何形成社會性合力,為國家“雙碳目標”的實現貢獻力量。

設計意圖:教師引導學生從自身出發提出低碳衣著、低碳飲食、低碳居住、低碳出行的策略等,不僅鞏固了所學知識,也培養了學生解決問題的責任擔當和能力,學生初步形成生態文明觀念,積極參與環境保護實踐,立志成為美麗中國的建設者,為國家實現“碳達峰、碳中和”而行動。

3.4 聯系前后知識,推進概念體系建構

教師聯系上節課學習的能量流動的特點提出問題:①物質循環與能量流動有什么關系? 又有何區別? ②假如沒有物質循環,能量是否能在營養級間實現流動? ③假如沒有能量的供應,物質循環是否能正常進行? 學生交流表達出生態系統的能量流動是伴隨物質循環進行的,能量流動時單向流動、逐級遞減;而物質是不斷循環的。假如沒有物質循環,能量不能在營養級間實現流動;假如沒有能量的供應,物質循環也無能正常進行;因此,生態系統中的能量流動和物質循環是同時存在、相互依存形成的統一整體。教師再安排學生以表格的形式比較能量流動和物質循環(表1)。

表1 生態系統中能量流動和物質循環比較

設計意圖:引導學生聯系所學知識,認識物質循環是能量流動的載體,能量流動是物質循環的動力。生態系統中的能量流動和物質循環是相互依存形成的統一整體,有助于學生主動推進概念體系建構,促進學生的物質與能量觀、系統觀等生命觀念的形成,學生通過比較、分析等提升了科學思維。

4 教學反思

本節課通過創設議題情境,引導學生關注和參與社會性科學議題“全球變暖與我國實現碳達峰、碳中和目標的主要舉措”的討論,從新的角度開展教學。學生在關注和參與社會性科學議題討論的情境中獲取知識、建構模型,培養科學思維、形成物質與能量觀、系統觀等生命觀念,同時聯系自身實際探討低碳生活的方式,確立低碳生活的態度,初步形成人與自然和諧共生的生態文明觀念,積極參與環境保護實踐,增強學生的態度責任素養,這樣充分體現了以學生為主導、以情境問題為驅動啟發學生自主學習,并在學習過程中潛移默化地落實生物學核心素養,讓生物學習真正發生。

類似與中學生物學內容貼切的情境還有很多,教師在選擇情境并設計學習任務時,需要深入分析學情,合理設計問題串、動態關注學生表現情況等提升教學效能。此外,在學生學業評價方面,無論是紙筆測驗或開放性調查等,都應恰當地把各類情境融入其中,真正從教學、評價等各方面激發學生的學習興趣,提升學生的生物學核心素養。

總之,情境創設融入生物學教學可以使生物學知識與社會熱點、生產生活實際、傳統文化等相結合,引導學生活學活用知識,綜合提升學生生物學核心素養。