基于科学探究的生物多样性教学设计

曹丽娟 孙子萱

摘要：基于调查实验，以真实的调查情境为线索，充分关注学生已有的经历，以学生的各种活动为主要形式，以培养核心素养为重点，建构生物多样性的三个层次。

关键词：合作学习核心素养科学思维科学探究社会责任

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

1教材、学情分析和设计思路

“生物多样性保护”是生命科学在21世纪面临的五大重点研究领域之一。学完本主题之后，学生应当“树立起人与自然和谐共处的观念、形成生态意识、环保意识和为践行绿色低碳生活方式奠定基础”。本节“生物多样性及其价值”是上海科学技术出版社出版的《生命科学》高中第三册第十章“生物多样性”第一节的内容，包含生物多样性的三个层次和价值。“物种多样性”是生物多样性三个层次中最直观的，也是本章唯一一个“B”级要求的知识点，包含一个学生实验（植物物种多样性的调查）。该实验是高中生命科学基础型课程中唯一的野外调查实验。学生通过调查研究，学习生物多样性调查的样方法及基本技能，加深对物种多样性的了解，也为之后学习生物多样性的价值奠定基础。但在实际教学中，教师一般是通过模拟实验的形式来实现，不利于学生理解物种多样性的概念。

学生在初中已经学习过生态系统的相关知识，在高一又学习过遗传物质DNA、可遗传变异的类型等知识，因此已具备一定的认知基础。此外，高一学生具有喜欢新鲜事物、喜欢动手、抽象思维己初具发展等心理特点。

基于上述分析，笔者提前开展调查实验，在科学探究中，提高学生对生物学的学习兴趣，同时也有利于学生从感性认识上升到理性认识。教师事先让学生提出问题，分组在校园里进行植物物种多样性调查，并进行相关数据的记录。课后，各小组进行数据统计与分析。课堂上，教师密切结合科学探究，引导学生自主构建生物多样性的3个概念。在这三个概念的学习时，教师均先联系实验、由学生自己活动小结得出，再以实践中发现的问题设计若干题目，促进学生巩固难点。学生代表小结样方法的操作过程与要点后，学生分组讨论。最后，教师通过国际视野下校园生物多样性之我见问题的探讨，引导学生学以致用，增加社会责任感。

2教学目标

①使用样方法，分组进行植物物种多样性调查，掌握样方法要领，提升环保意识和尊重事实、实事求是的科学态度，提高团队协作能力。

②通过遗传多样性几个案例的比较、样方法注意点的分析讨论、辛普森指数的计算讨论等活动，理解遗传多样性和物种多样性概念，发展科学思维。

③通过国际视野下校园生物多样性之我见问题的探讨，提升社会责任感，认同生命科学的价值，形成人与自然和谐相处的生命观念。

3教学过程

3.1实验情境导入，引出遗传多样性

首先，教师依次呈现调查中学生看到的蒲公英叶片的两种形态、蔓长春与花叶蔓长春、某调查地许多植物在一起的照片，设计系列问题，引导学生分析归纳遗传多样性的概念。然后，提供两道简单的例题，巩固遗传多样性概念：判断马和驴性状差异是否属于遗传多样性;比较两个种群遗传多样性的高低。接着，启发学生回忆引起遗传物质改变的三种类型，归纳遗传多样性的实质。随后，教师利用3个中华绒螯蟹种群的案例，引导学生分析遗传多样性检测的两种方法和遗传多样性的意义。

设计意图：此处教学重点落于学习遗传多样性的概念。教师用上节课学生调查中发现的问题，引起学生的注意，顺利进入新课的学习。学生前面已经学习过基因型、环境与表现型的关系，此处分析同一环境中生物表现型差异的原因，容易得出是由基因、基因型差异所导致。设计中，教师提出问题，促进学生思考：将花叶蔓长春与蔓长春作为两个物种统计，合理吗？为什么？这样的问题有利于发展学生的批评性思维。在学生得出遗传多样性概念后，教师出示两道例题，有助于进一步提升学生的科学思维。可遗传变异也属于己学知识，学生也容易分析遗传多样性的实质。因此，关于遗传多样性的概念和实质，教师只要稍加引导，学生就可以将新知并入到已有知识结构中。此处，遗传多样性的检测和意义属于全新的知识，以教师的讲授为主。

3.2实验报告分析，理解物种多样性

首先，学生代表展示实验过程和结果。接着，教师，引导学生讨论总结样方法的操作要点：

（1）为什么要随机选取样方？为什么不能只选取一个样方？

（2）调查草本植物通常用1m2的样方，调查银杏、香樟等高大的乔木，样方面积应该（填“>”或“<”）

1m²合适。为什么？

（3）如果某植物刚好在边界上，如何计数？

然后，教师提供计算辛普森指数的计算例题，学生分组计算、讨论、分析并小结物种多样性概念：

甲群落中A、B两个物种的个体数分别为99和1，乙群落中A、B两个物种的个体数均为50，丙群落中A、B、C三个物种的个体数分别为33、33、34，丁群落中A、B、C三个物种的个体数分别为2、88、10，则D甲=__;D乙=__;D丙=__;D丁=__。

（1）对四个群落多样性排序：__。

（2）请据公式，解释造成甲和乙、丙和丁群落多样性差异的主要原因？

（3）乙和丙两个群落物种分布均匀度非常接近，为什么辛普森指数差异还这么大？

学生讨论结束后，在教师的简单引导下，会自然而然得出物种多样性的概念。最后，教师讲授物种多样性的意义与测量。

设计意图：这个部分的学习重点为物种多样性的概念。经过调查实验，学生对该概念已有初步认识。学生代表先小结，帮助同学回忆。随后，教师呈现实验中遇到的问题，分组讨论。设计的讨论题紧扣上节课的实验，有利于学生从感性认识提高到理性认识。学生在分享交流中，提升了归纳与概括、演绎与推理等科学思维。学生自己组织语言，描述物种多样概念的两个层次——物种丰富度和物种分布均匀度，概念的建构水到渠成。对于辛普森指数计算公式这一数学模型，教师无需多说，学生自己观察、分析例题学会公式的运用，从而发展学生模型与建模的科学思维。

3.3实验场地比较，诠释生态系统多样性

教师呈现两块调查地生态系统照片和学生对两地生态环境的描述性语言，引导学生说出生态系统的成分，再通过不同生态系统图片的观察，引导学生建构生态系统多样性的概念。

设计意图：按照認知心理学的理论，生态系统多样性属于生态系统的下位概念，如果学生理解了生态系统的概念，就很容易理解生态系统多样性的概念。鉴于学生在初中已经学过生态系统概念，此刻教师通过实地调查照片及环境描述，帮助学生回忆生态系统的成分，达到温故知新的效果。学生在回忆并建构生态系统概念的基础上，进一步建构生态系统多样性的概念。

3.4理论联系实际，提升社会责任

教师先用板书总结生物多样性三个层次的关系，再通过一个例题让学生在复杂情境中判断生物多样性的层次，随后呈现几个国家城市的生态规划（新加坡丛林策略、南特廊道策略、哥本哈根高地策略），接着组织学生讨论：随着全球城市化的发展，越来越多的城市开始生态城市规划。校园作为城市的一部分，你觉得如何让校园生物多样性更加合理？

设计意图：板书设计帮助学生构建完整的知识体系，例题检测学生的课堂学习效果。新课标指出：“社会责任”是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释与判断，解决生产生活问题的担当与能力。能够用所学知识解决生产生活中问题，是学习的终极目的。此处引入国际上生物多样性方面的最新举措，以此开拓学生眼界，提升学生的社会责任感。

4教学反思

整堂课以真实的调查情境为线索，充分关注学生已有的经历，设计流畅、自然，难度层层递进，以学生的各种活动为主要形式，以培养生物学学科核心素养为重点，课堂气氛活跃，卓有成效。但由于教学容量巨大，实在无法将生物多样性的价值融入其中，有点遗憾。另外，学生在调查实验的过程中通过手机app已经了解了不少植物的价值，但是课堂上来不及展示交流。