“一境到底”結合PBL教學策略在高中生物教學中的應用

張丹　俞秋錦　周源泉

關鍵詞：一境到底；PBL；生物教學

文章編號：1003-7586（2024）01-0012-04 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”）指出“在給定的問題情境中，能以生命觀念為指導，分析生命現象，探討生命活動規律”“能夠針對特定情境提出可探究的生物學問題或生物工程需求”“能夠針對日常生活和生產中的真實情境，提出清晰的、有價值的、可探究的生命科學問題或生物工程需求”等與“情境十問題”相關的描述。因此，在生物學教學中，基于特定的情境，結合PBL教學策略成為發展學生核心素養，落實新課程標準要求的重要教學策略。

1分析課標，明確教學情境目標

“影響種群數量變化的因素”章節內容選自人教版高中生物學教材《選擇性必修2.生物與環境》第1章第3節，課程標準中對該部分內容的要求是：“舉例說明陽光、溫度和水等非生物因素以及不同物種之間的相互作用都會影響生物的種群特征”。對應的“學業要求”是分析和解釋影響種群數量變化規律的因素，并應用于相關實踐活動中。本節內容是新教材調整后呈現的新內容，旨在幫助學生建立完整的知識結構，厘清生物與其生存環境中各因素之間及生物界內復雜的關系，以及這些關系對生物種群數量變化的影響，進而形成科學的系統觀、穩態與平衡觀，彰顯出種群研究的社會意義。此外，教師可通過引導學生分析資料，初步建立影響種群數量變化的因素包括非生物因素和生物因素兩大類的概念，認識蝗蟲數量變化規律；嘗試運用穩態與平衡觀認識兩種動物種群數量變化的循環因果關系；關注有害生物的防治，體會科學知識與解決現實問題之間的密切聯系，并樹立生態觀。

2創設問題串，一“境”貫穿到底

通常教師在講解本節內容時創設多樣化情境，呈現不同的事實材料，情境之間缺乏關聯性、碎片化，不利于學生進行系統性思考，學生對知識缺乏整體性認識。因此，本文以“蝗災的發生與防治”為主境貫穿課堂始終，設計一系列有梯度的生物學問題，將“知識內容”轉化為“學習任務”，通過發現問題（爆發蝗災）一分析問題（原因分析）一解決問題（如何防治），實現一“境”到底，從影響種群數量變化的非生物因素過渡到生物因素。教學過程中針對分境和知識之間的邏輯關系，以提升學生核心素養為目標，創設核心問題，讓學生在解決真實情境的問題中逐步發展生物學學科核心素養。

3教學過程

3.1情境一：蝗災的發生

教師在課堂展示本節內容教學主境——6月份以來，河北、遼寧、山東等14個省、直轄市發生大面積蝗災。其中，情況最嚴重的天津濱海新區每平方米的蝗蟲數量最多時有5000到6000頭，集聚到地面厚達21厘米。引導學生思考問題：為什么會爆發蝗災？蝗災會帶來怎樣的危害？怎樣防治蝗災？

設計意圖：教師以蝗蟲爆發引起災害的真實情境導入，讓學生在課堂學習過程中有更直觀、更真切的感受。教師通過創設3個核心問題，構建本節內容的教學主線，同時培養學生的社會責任感，幫助學生樹立生態觀。

3.2情境二：蝗蟲爆發的原因

教師繼續提供資料①：為了給預防蝗災提供科學依據，研究者統計了111次蝗災發生的月份，如圖1所示；同時統計了氣溫、降水量與蝗蟲數量變化的關系，如圖2所示。資料②：干旱裸露的荒地是蝗蟲最佳的產卵場所。由于干旱會造成水位下降，土壤因缺水而變得結實，植被大大減少，比較利于蝗蟲產卵，卵數大幅度增加。另外，干旱環境生長的植物含水量較低，有機物含量較高，蝗蟲以其為食，生長較快，而且繁殖能力也較強。相反，攝取含水量高的食物會阻滯蝗蟲生長，其繁殖能力也會大大降低。潮濕的環境會滋生大量病菌，易使蝗蟲發生疾病，蟲卵的生存率也會受到雨雪天氣的影響?；认x的天敵種類較多，有菌類、螨類、兩棲類、鳥類和其他節肢動物等，天敵增加，也可抑制蝗蟲數量。

讓學生回答以下問題：①根據已有知識分析，蝗蟲爆發式增長的主要原因是什么？②嘗試概括這些因素對蝗蟲種群的影響規律。

設計意圖：教師引導學生分析不同時間與不同因素影響下蝗蟲的種群數量變化，學生得出非生物因素和生物因素對生物種群數量的影響，分析不同因素對生物種群數量影響的規律，進一步形成種群水平的平衡觀。

3.3情境三：蝗蟲爆發的危害

學生已知蝗蟲增長到一定的數量后會形成蝗災，教師提問學生：“為什么稱之為蝗災？具體會帶來怎樣的災害呢？”接著讓學生派出小組代表上臺展示課前搜集的有關蝗災的資料，并引導學生詳細表述，匯總如下。

資料①：據新聞報道，蝗災曾影響了100多個國家和地區，影響面積已超過4680萬平方千米，其中12.5%的人口常年受到蝗蟲災害威脅。2020年亞洲巴基斯坦發生沙漠蝗災，造成將近2500萬人糧食短缺。教師提供資料②：蝗蟲繁殖快、食物廣、食量大，成蟲期的蝗蟲每天可攝取與自己體重大致相當的植物。當蝗災大面積爆發時，蝗蟲會啃食農作物與牧草。教師總結：人類對自然資源的掠奪與不當開發，造成生態環境的破壞，進一步加劇蝗災的發生。爆發的蝗災嚴重危害農作物，甚至造成糧食危機。因此，怎樣治理蝗災成為人們研究的重點。

設計意圖：教師引導學生發現真實問題，讓學生通過網絡手段搜集蝗災相關資料，不僅培養了學生的合作意識，還發展了學生的知識歸納能力，使其更加深刻地體會蝗災帶來的危害。教師讓學生展示調查成果，既是重視學生學習過程中的親身體驗，亦為后面的探究活動做鋪墊。

3.4情境四：蝗蟲的防治方法

教師繼續引導學生思考：正如大家所調查的那樣，世界上每年都會有很多國家遭受蝗災，如果不加以控制，它的危害會進一步擴大，造成不可估量的損失。接著提問學生：假如你們是農業部門的昆蟲學研究人員，根據上述影響蝗蟲種群數量變化的因素，會采取哪些防治方法對蝗災進行治理呢？

學生根據以往經驗很快想到噴灑殺蟲劑的方法，但不清楚殺蟲劑為什么具有致毒性。教師順勢提供殺蟲劑毒理學的作用機制分類信息，如圖3所示，提出問題：①表中的殺蟲劑根據來源可以分成幾類？②你比較傾向于使用哪類殺蟲劑？請闡述你的理由。③除了考慮殺蟲劑的殺蟲效果，我們還應考慮哪些因素？

學生經過討論得出化學農藥易富集、毒性高、不易分解、殘留時間長等特點，長期使用還會對當地的生態造成危害，如土壤和水體受到污染，種植的可食性作物體內毒性富集高，進而最終影響人類的食品安全。因此，綠色環保的植物源農藥是當今主流的研究方向。

教師講解植物源殺蟲劑屬于生物農藥，是目前化學殺蟲劑的可替代品之一。植物源殺蟲劑具有殘留小、易分解、安全性高等特點。研究者發現瑞香狼毒植物具有殺死蝗蟲的特性，因此對瑞香狼毒植物石油醚提取物的殺蟲效果以及作用機理以寬翅曲背蝗為例進行了深入研究，如圖4、圖5所示。接著提出問題：①瑞香狼毒植物石油醚提取物作用的靶標是什么？②分析實驗數據你能得出什么結論？③嘗試說出瑞香狼毒植物石油醚提取物的殺蟲機制。

教師補充：就蝗蟲的治理策略而言，以生物防治和生態控制為主的綠色治理正逐漸得到大幅推廣。接著展示資料：2000年5月，新疆北部曾發生特大蝗災，浙江緊急空運3萬只鴨子前往新疆滅蝗。研究者曾做過實驗，將2 000只鴨子引入農田捕食水稻蝗蟲，結果表明可對4000畝地里的蝗蟲進行有效控制。為研究蝗蟲種群數量變化規律，實驗建立了如圖6甲、乙所示的兩個模型（箭頭方向代表曲線變化趨勢），圖6丙表示引入鴨子后處于穩定狀態時的兩種群數量變化曲線。教師提出問題：①怎樣解釋鴨子與蝗蟲種群數量變化的同步周期性？②鴨子和蝗蟲種群的數量變動哪個是因，哪個是果？在人類活動中是否也能找到類似的關系？③除鴨子外，影響蝗蟲種群數量變動的還有其他因素嗎？

設計意圖：教師通過引導學生分析蝗蟲的治理策略，深入挖掘不同治理策略的防治機制。利用真實的科研情境，讓學生分析相關數據，突破教學重難點，發展學生的邏輯思維。先分析種群的短期捕食關系曲線，明確簡單的因果關系，再分析長期的捕食關系曲線，理解循環因果關系，進行思維拓展訓練，形成科學的穩態與平衡觀。

4教學啟示

4.1創設真實情境，引導學生解決真實問題

真實的學習過程應該是學習者從真實情境中獲取知識并將所學知識應用于新情境的過程，真實情境的創設能有效激發學生的興趣。真實有效的情境并不是碎片化和孤立的，而是能形成一個有意義的整體。本節內容創設了“蝗災的發生與防治”貫穿整節內容，一“境”到底，在真實情境中引導學生發現問題，并在解決一系列梯度問題的過程中收獲新知。

4.2分析真實研究資料，促進學生科學思維發展

教師應根據不同的內容，設計一系列有益于科學思維訓練的活動，本節內容提供了多組相關研究數據，如殺蟲劑的機制分類、植物源殺蟲劑的機制、利用捕食關系控制蝗蟲的數量等，在層層遞進的問題驅動下，學生基于事實和證據進行邏輯分析、歸納概括，深度理解各種防治策略依據的生物知識，促進學生深度學習，逐步發展科學思維素養，形成科學的系統觀、穩態觀與平衡觀。

4.3重視核心素養目標落實，關注學生社會責任意識形成

從生命觀念和社會責任素養角度看，本節內容的核心素養重在引導學生形成穩態與平衡觀、生態觀以及社會責任意識。在引入環節、蝗災爆發的原因的討論環節、蝗災帶來的危害的調查活動分享環節、分析治理蝗災的策略機制的討論環節等，教師都有意識地滲透穩態與平衡觀，引導學生從人類、資源、環境等方面考慮可持續治理與發展的問題，認識到人類活動變化導致生境變化，使學生樹立正確的生態意識，增強社會責任感。