在“设计并制作生态瓶”活动中构建生态系统核心概念*

高 芳 （浙江省台州市第一中学 浙江台州 318000）

生物学中的核心概念是学科结构的主干部分，它是位于学科中心的概念性知识，包括了重要概念、原理、理论等的基本理解和解释［1］。核心概念的构建，有助于学生对生物本质的理解及应用，对生物学整体知识体系的完善，而不再是对单个知识点的简单记忆。核心概念可细分为若干基本概念，通过大量生物学事实说明基本概念，而生物学实验的探究过程就是展现生动的生物学事实的一个重要手段。在目前教学改革的背景下，实验教学的优势不断被推崇。但在实际教学中，很多实验只是重复教材上的步骤，进行被动的“实验验证”，学生不能深入思考。即使少部分真正探究的实验，学生的动手能力、团队协作力得到培养，但重过程轻结果，使得实验教学效果只能停留在能力培养的表面，无法深入到知识体系构建的核心［2］。

生态系统是浙科版高中生物学必修3 第6 章的内容，该部分知识学生初中便有接触，但理论性较强，需结合实践促进学生理解。因此，笔者设计了以生态瓶制作这一活动为载体，通过实验探求学生的前概念，让学生对实验现象进行深入分析，修正前概念、生成基本概念，并利用核心概念解决现实问题，促使学生对核心概念全面而深刻的理解，提高学生对复杂问题全面而准确的判断。

1 利用实验结果，修正前概念

前概念根深蒂固地存在，直接影响学生对新概念的掌握。因此，分析学生的前概念，以了解学生当前的认知水平，有助于教师确定教学策略，帮助学生将新、旧概念相联系、整合，并最终将新概念融入原有的认知结构中，构建新的、完善的生物学知识体系［3］。在经典的科学研究过程模式中，研究者先作出假设，根据实验观察分析，就研究结果展开讨论，发现科学知识。基于该科研模式提出的POE 教学策略，旨在通过“预测—观察—解释”3个环节的教学，探求并修正学生的前概念，继而形成 新概念［4］。

1.1 通过实验操作暴露前概念 高中生对生态系统的内容并不陌生，在初中已有基础，但较为粗略、不全面。通过课前制作生态瓶的实验，追寻学生在生态瓶制作中的困惑，探求其前概念。根据实验的结果设计问题，让学生观察、分析、讨论，与自己的前概念造成认知冲突，帮助学生转变前概念。

上课前，请学生利用提供材料（金鱼藻、红鲫鱼、沙子、小石子等），以小组的形式，自行设计生态瓶，其他材料、器皿不限制，如图1 所示。

图1 学生制作的生态瓶

学生在积极准备和讨论中产生的一些疑问：①生态瓶中水的类型：自来水或瓶装纯净水；②生态瓶放置位置： 能否在阳光下直射？ ③生态瓶材质：是否需要透光？ ④生态瓶氧气来源：器皿是否可以密封？ ⑤红鲫鱼的食物来源：不了解；⑥鱼及金鱼藻数量：是否越多越好？

1.2 探讨实验现象后同化前概念 将生态系统核心概念分解，确立基本概念。分析基本概念对应的前概念及相应的实验现象，设计连续且不断深入的问题串，引发学生的认知冲突，为概念转变提供基础。学生通过分析、思考及讨论，在认知上同化前概念，深入理解新概念。

问题1：实验几天后，为什么有的生态瓶水质浑浊（图2）？ 该怎样处理？

图2 生态瓶水质浑浊

学生通过观察，发现生态瓶的浑浊是由于存在较多鱼的粪便，而粪便属于有机物，需要分解者分解。因此提出：浑浊生态瓶中需要引入分解者。

问题2：分解者是谁？

学生基本清楚分解者是肉眼看不见的细菌和真菌，通过本实验体会到它们在生态系统中的重要地位。

问题3：怎样引入分解者？

学生联系生活实际，自然生态系统中肯定存在分解者，因此，生态瓶中可加入分解者较多的干净河水。自来水、纯净水含菌量较少，效果不如河水。

问题4：总结生态系统的生物成分。

通过教师的不断提问，学生对实验现象探究分析，生成了基本概念：生态系统的生物成分包括了生产者、消费者和分解者，纠正了前概念中忽视分解者的错误。通过实例现象，学生深入理解生态系统中成分之间的关系及其在生态系统中的重要作用。在学生进行分组讨论的环节中，学生通过生生互动交流探讨，体现了主体性，这与建构主义理论的观点相一致。

2 分析实验对象，生成基本概念

课堂上当分析对象为一张生态系统的图片时，学生没有亲身感触，分析过程很难深入。而在具体的生态瓶制作活动中，学生不仅熟悉对象，且兴趣倍增，在此基础上提问，可促使学生深入思考。教师请学生以小组合作形式，构建生态系统各组分关系的模型（图3）。进一步以碳元素为例，在模型图中分析物质循环的过程，详解组成成分的地位、作用。学生通过悉心观察后细致分析，结论的可靠性大大提高。

图3 生态系统各组分关系的模型图

3 构建核心概念，形成核心素养

在实验分析的背景下，由教师引导，学生总结归纳，构建生态系统核心概念框架图。生态系统的概念图（图4）有利于学生梳理各概念之间的科学逻辑关系，形成知识框架，但无法展现学生对重要概念的学习历程。这就需要教师引导学生梳理概念之间的上、下位关系，以陈述句的形式描述核心概念，这样的核心概念框架图（图5）直观反映了学生形成核心概念的进阶历程及路径，避免了概念孤立地存在，使相关概念形成一个完整的、有联系的体系［5］。构建过程有利于将学生认知结构中原本零散的知识系统化，原本模糊的概念清晰化，原本浅显的理解深入化，从而提升学生的思维。

图4 生态系统概念图

生态系统核心概念的构建，可使学生形成生物系统结构与功能统一、物质与能量协调、稳态与平衡对应的生命观念，提高对错误前概念的批判性思维和建立各组分关系模型的理性思维方法，经历“预测—观察—解释”的科学探究过程，以及树立生态平衡、保护环境的社会责任意识。核心概念的构建过程，也是逐步渗透并形成生物学核心素养的过程。

图5 生态系统核心概念框架图

4 应用核心概念，评价实验教学

学生能否在新情境下，迁移应用核心概念，是检验学生能否深入理解核心概念的重要手段，也是评价实验教学和完善教学行为的关键步骤。现阶段，实验教学的评价手段较为单一，主要针对记忆性知识和操作性技能方面，而忽视了学生思维过程的发展性评价［1］。在传统评价方法的基础上，笔者通过提出实验困惑，以让学生分析原因及探讨实践意义的方式，检测学生学习效果，实现实验教学评价。例如：①请分析生态瓶中粪便持续累积的原因； ②人工鱼塘各组分的数量关系是否符合自然生态系统的比例，怎样保持其相对稳定？③请联系生活实际，试想如何研究影响生态瓶相对稳定的因素。

学生通过对知识系统全面的理解，构建完整的知识体系，进而实现知识迁移，理论联系实际。概念从实验中总结，并最终指导实验活动，实验的探究与概念的认知过程结合得越紧密，概念的理解就越深入，思维的拓展也会越宽广。学生最终通过联系生活实际，认识到保护自然环境的重要性，即知识迁移使学生在提升知识能力的同时，情感价值教育也得到升华。

5 启示

5.1 实验教学与概念教学整合策略 首先了解学生认知结构中的前概念，让学生通过观察和分析实验现象，对前概念进行修正；对实验对象深入探究，落实基本概念；在绘制概念图的基础上，进一步构建核心概念的框架图，加深学生对核心概念的理解；提出实验困惑，以此了解学生对概念的理解程度，并作出实验教学评价。高中生物学教材中的其他内容，例如光合作用等，也可应用此教学策略。

5.2 实验教学与概念教学整合意义 学生在动手操作中观察分析和讨论，提高学习的主动性。将抽象的理论知识转化为生动形象的实例，有利于学生深入理解概念，构建知识体系。在此基础上思维拓展、知识迁移，将概念联系生活实际、应用指导实践，对社会现象形成自我的科学认识，并最终升华为生物学核心素养。