生物多樣性實踐案例開發(fā)模式的研究與應(yīng)用

文_張　帆／北京市西城區(qū)青少年科學(xué)技術(shù)館

一、研究背景

開展以生物多樣性調(diào)查為主題的生物教育活動是培養(yǎng)未來高素質(zhì)公民的要求。2021年，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于進一步加強生物多樣性保護的意見》，明確“加強宣傳教育”。《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022年版）》要求嚴格落實國家課程方案和課程標準，開齊、開足、開好中小學(xué)科學(xué)課及相關(guān)學(xué)科課程，開展實驗和探究實踐活動，落實跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)原則上應(yīng)不少于10%的教學(xué)要求。鼓勵學(xué)校利用課余時間，安全、規(guī)范地向?qū)W生開放各類實驗、實踐場所，為學(xué)生創(chuàng)造良好的實驗實踐環(huán)境和更多的動手機會[1]。

二、研究意義

1. 生物多樣性融入有助于多主題整合

在日常教學(xué)中，落實生物學(xué)核心素養(yǎng)往往存在教學(xué)素材不足、教學(xué)開展的有效途徑不夠多樣、示范性案例不足等情況。目前生物學(xué)教學(xué)過程中，各個主題間從位置分布角度相對獨立，且學(xué)習(xí)內(nèi)容間存在的關(guān)聯(lián)在教學(xué)中需要加強。“生物多樣性”實則貫穿在生物課教學(xué)的各個主題中，側(cè)重生物分類和生物多樣性保護，使之成為生物學(xué)學(xué)習(xí)的暗線，在各個主題中均有表現(xiàn)[2,3]。

2. 增強感性認識有助于加強學(xué)習(xí)效果

很多生物對于學(xué)生而言比較陌生，一些學(xué)習(xí)內(nèi)容也與學(xué)生有一定距離。學(xué)生缺乏生活經(jīng)驗，對生活中遇到的很多生命活動現(xiàn)象積累不足，不利于開展深入學(xué)習(xí)。此外，教學(xué)過程中的評價形式不夠豐富，簡單的評價方式難以全面、客觀地評價學(xué)生在生物多樣性學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)。生物多樣性的教學(xué)目標不僅包括知識的傳授，還包括學(xué)生的情感態(tài)度、價值觀及實踐能力的培養(yǎng)，因此需要更加多元化的評價方式綜合評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，但教師在設(shè)計和實施多元化評價時可能會遇到困難，如評價指標的確定、評價工具的選擇等。

3. 形成開發(fā)模式有助于教學(xué)實踐

生物多樣性實踐案例開發(fā)模式對一線教師進行課程設(shè)計提供了基礎(chǔ)性的理論框架，讓一線教師可以利用身邊資源，加強學(xué)生在實踐層面的活動或任務(wù)布置，進一步增加或強化學(xué)生在生物多樣性層面的感性認識。

三、研究思路與內(nèi)容

1. 研究思路

（1）發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和教學(xué)過程中的困難　研究分別從學(xué)生和教師角度，尋找與發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中存在的困難。學(xué)生對于生物多樣性學(xué)習(xí)存在認識上的偏差，教師發(fā)現(xiàn)在生物多樣性教學(xué)過程中存在課時緊張、內(nèi)容松散、學(xué)生感性認識基礎(chǔ)不足等情況。

（2）基于真實問題的設(shè)計與實施　研究在問題的基礎(chǔ)上提出解決方案，比如豐富學(xué)生對生物的認識，在不同主題中實現(xiàn)多樣生物以研究對象的形式“落地”；利用多種學(xué)習(xí)策略，如項目式學(xué)習(xí)使過程性內(nèi)容模型化，探究式學(xué)習(xí)使具體的現(xiàn)象問題化等，實現(xiàn)跨學(xué)科實踐的同時豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)形式；將生物多樣性的內(nèi)涵與其他主題結(jié)合，如不同植物的氣孔形態(tài)與功能與生存環(huán)境結(jié)合、群體中隱性矮化與自然選擇的關(guān)系等。

（3）用實驗方式檢驗研究模式效果　研究通過實驗實施不同程度的分組，探討生物多樣性實踐和嵌套模式應(yīng)用的效果；通過觀察實施前后、不同實施組別的學(xué)生學(xué)習(xí)效果和能力差異，討論此研究對學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的影響。

本研究的思路框架如圖1所示。

圖1　研究設(shè)計思路框架

2. 研究內(nèi)容

根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容，從生物多樣性與其他主題的關(guān)系，分析生物多樣性內(nèi)涵如何滲透到其他主題；根據(jù)學(xué)習(xí)效果，從學(xué)生的學(xué)習(xí)困難與核心素養(yǎng)培養(yǎng)，分析如何將多樣生物特征展現(xiàn)給學(xué)生或如何利用多種教學(xué)策略；根據(jù)評價方式，從真實教學(xué)和活動情境的多元評價方式，分析如何利用實踐活動對學(xué)習(xí)效果進行立體化評價。希望本研究能以案例作載體，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)；以模式為途徑，增強真實的實踐反饋；以培訓(xùn)為推廣，將成果應(yīng)用于更多學(xué)校；以效果為方向，促進教師的教學(xué)反思。

四、研究結(jié)果

1. 多元嵌套模式

研究提出多元嵌套模式（如圖2），對于城市生物多樣性實踐案例的開發(fā)與應(yīng)用，嘗試解釋生物多樣性主題與其他主題的結(jié)合方式。另一方面，將城市特點與實踐活動的性質(zhì)進行有效結(jié)合，將模型應(yīng)用于案例開發(fā)和后續(xù)實驗研究過程中。

圖2　多元嵌套模式

（1）形成內(nèi)容豐富的主題嵌套教學(xué)模式　生物多樣性表現(xiàn)在不同主題層次，形成主題嵌套。在結(jié)合過程中，生物多樣性可以作為背景、素材、應(yīng)用等，扮演多種角色，具體可分為形式嵌套和內(nèi)容嵌套。

·形式嵌套

不同生物的案例可以應(yīng)用于具體方法的素材，例如在生物體結(jié)構(gòu)層次內(nèi)容中，植物組織和器官的觀察采用葉的橫切，可根據(jù)生活中不同特點的植物葉作為素材，學(xué)生既能鞏固葉的結(jié)構(gòu)，也能發(fā)現(xiàn)葉的不同，為物種多樣性打下基礎(chǔ)，形成題材嵌套。

從生物結(jié)構(gòu)角度（客觀事實）建立與環(huán)境的聯(lián)系，進而推論生物演化的過程與原因，形成環(huán)環(huán)相扣的邏輯思維過程，利用不斷給出的證據(jù)（生物多樣性的表現(xiàn)）引領(lǐng)主題之間的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生邏輯思維的發(fā)展，形成邏輯嵌套。

從生物之間的相互作用，以及如何發(fā)揮不同生物結(jié)構(gòu)、行為的特點，作為生物促進或抑制其他生物的方法，在生態(tài)系統(tǒng)或為人類社會發(fā)揮作用，形成應(yīng)用層面的嵌套。

根據(jù)感覺形成的原理，判斷感覺障礙的成因；與遺傳疾病相聯(lián)系，結(jié)合表現(xiàn)遺傳多樣性內(nèi)容，分析產(chǎn)生疾病的可能性，形成分析層面的嵌套。

·內(nèi)容嵌套

以生物多樣性為背景，選用情境與其他主題結(jié)合形成大單元，如為社區(qū)設(shè)計一種防治蟑螂的方案，即可從種群、食物鏈、生活習(xí)性等角度多方面嵌套。從內(nèi)容結(jié)合角度，能使教學(xué)更立體，豐富生命觀念的維度，使科學(xué)思維更加生動，貼近生活而形成探究實踐的動力，也能從身邊出發(fā)培養(yǎng)學(xué)生的態(tài)度與責(zé)任。

（2）形成調(diào)查應(yīng)用實踐與教學(xué)結(jié)合的情境嵌套教學(xué)模式　情境嵌套主要表現(xiàn)在充分利用課外資源從生活層面為學(xué)生提供豐富的感性認識和學(xué)習(xí)素材，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在課堂教學(xué)中形成理性認識應(yīng)用于社會與生活，再不斷修正認識與規(guī)律反饋，進一步學(xué)習(xí)抽象規(guī)律，從而指導(dǎo)實踐，形成創(chuàng)新能力，螺旋上升，發(fā)展學(xué)生素養(yǎng)，即認識基礎(chǔ)（課外）—原理及規(guī)律（課堂）—應(yīng)用與實踐（課外）—反饋與深化（課堂）—創(chuàng)新與發(fā)展（課外）。

為深化實踐活動的教育效果，課前、課后分別與課外資源形成聯(lián)動，要將理論學(xué)習(xí)與實踐活動有機結(jié)合起來。例如，在課前布置任務(wù)，對特定地點的環(huán)境、生物進行觀察，課上利用觀察結(jié)果開展活動、進行實驗、設(shè)計項目，課后將課上學(xué)習(xí)成果付諸生活中實踐，布置對應(yīng)的實踐性任務(wù)。舉例說明，在學(xué)習(xí)“綠葉在光下產(chǎn)生淀粉”內(nèi)容前，為學(xué)生布置任務(wù)前往公園、社區(qū)或校園內(nèi)，觀察植物的葉，記錄葉的特征；課上教師為學(xué)生準備多種葉，學(xué)生根據(jù)課前觀察結(jié)果進行對應(yīng)，實施本課實驗，發(fā)現(xiàn)淀粉產(chǎn)生的必要條件；課后布置拓展實驗，尋找具有類似外形、結(jié)構(gòu)等特征的葉，觀察生活環(huán)境，推測淀粉產(chǎn)生結(jié)果，也可以再帶回學(xué)校進行實驗驗證。

（3）形成課外活動與競賽參與的評價嵌套模式　評價嵌套是在活動過程中通過觀察和統(tǒng)計學(xué)生作品，整體綜合評價學(xué)生核心素養(yǎng)及關(guān)注方向等多方面水平。如在西城區(qū)設(shè)有保護生物多樣性海報設(shè)計制作比賽、觀鳥比賽等活動，在學(xué)生當前階段性評價方面，不僅能從學(xué)生的技術(shù)水平角度觀察學(xué)生的能力，也能從關(guān)注對象與認識事物的科學(xué)性角度發(fā)現(xiàn)學(xué)生的特點；從學(xué)生發(fā)展性評價方面，可以縱觀年際學(xué)生的能力變化、關(guān)注傾向，以及學(xué)校間差異等情況。除此之外，還有各種級別的實踐活動、課外活動、課后活動等可以作為評價學(xué)生的切入點。例如，可以關(guān)注在實踐活動中學(xué)生對生命現(xiàn)象的興趣、對問題的發(fā)現(xiàn)、對未知現(xiàn)象的思考、對已學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用與分析、對已學(xué)方法的實踐等方面，以及學(xué)生關(guān)注對象的深度和廣度。活動過程還有利于開展學(xué)生的小組協(xié)作和學(xué)生互評等工作。結(jié)合日常教學(xué)的嵌套評價與反思可以幫助教師不斷調(diào)整和改進教學(xué)，達到發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的目標。課外活動的評價比較開放，可結(jié)合活動特點和課程標準，根據(jù)學(xué)生關(guān)注的領(lǐng)域方向、關(guān)注對象的著眼點、對于細節(jié)問題的思考，以及持續(xù)興趣的傾向性等問題進行評價。

2. 基于城市生物多樣性的實踐活動與應(yīng)用實驗

在研究和設(shè)計的基礎(chǔ)上將成果應(yīng)用于教學(xué)實驗，涉及10余所學(xué)校，包含北京市第一六一中學(xué)、第三十五中學(xué)、第一五六中學(xué)等多所基地校的平行班，共437名學(xué)生，連續(xù)2學(xué)年（4學(xué)期）進行跟蹤調(diào)查。根據(jù)生物多樣性綜合學(xué)習(xí)實施與否，分別在每所學(xué)校設(shè)置實驗組和對照組。通過對是否采用主題嵌套和情境嵌套的班級作為調(diào)查對象，以評價嵌套方式分別在課堂、課后實踐作業(yè)、課外活動評價開展，學(xué)習(xí)內(nèi)容覆蓋不同主題。

例如，在“觀察多樣的細胞”主題活動中，在制作臨時裝片后進行顯微鏡觀察過程中，讓學(xué)生繪制和描述不同生物細胞的特征與其他能夠關(guān)注的內(nèi)容。學(xué)生的關(guān)注內(nèi)容包括模糊和具體特征2個方面，其中模糊特征包括大小、顏色，具體特征包括長度、體積、數(shù)量、形狀等。在生物結(jié)構(gòu)層次教學(xué)過程中，實驗組強調(diào)結(jié)構(gòu)多樣性差異，并給出更多結(jié)構(gòu)細胞材料進行觀察，關(guān)注細胞體積、長度等具體特征的學(xué)生人數(shù)顯著多于常規(guī)教學(xué)班級人數(shù)，有些學(xué)生還會向教師詢問測量方法。而在常規(guī)班級中，學(xué)生也關(guān)注相應(yīng)的特征，但往往以大小作為描述方式，對于描述的準確性或關(guān)注的具體程度方面，二者存在一定差距。

在城市生物多樣性實踐環(huán)境教育活動案例中，存在對于外形特征關(guān)注的能力培養(yǎng)內(nèi)容，如對花粉萌發(fā)過程的描述、水蚤外形及心臟所在部位的描述等。實驗組學(xué)生在經(jīng)過學(xué)習(xí)后，逐漸養(yǎng)成從外形特征和細節(jié)觀察生物結(jié)構(gòu)及生命活動過程的素養(yǎng)，逐步從多角度認識結(jié)構(gòu)，形成生命觀念中的結(jié)構(gòu)與功能觀，也體現(xiàn)了在探究過程中關(guān)注細節(jié)和過程。

本研究在開展課外實踐活動或?qū)嶒炦^程中觀察了不同組別的表現(xiàn)，統(tǒng)計了不同行為層次表現(xiàn)的學(xué)生人數(shù)。依據(jù)認識過程，以及主動思考和嘗試解決問題的層次，將學(xué)生行為類型分為“嘗試描述現(xiàn)象”“嘗試解釋”和“嘗試模擬過程”3個層次，體現(xiàn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和探究實踐的能力。結(jié)果顯示，實驗組在上述3個層次的表現(xiàn)分別為93%、73%和23%，而對照組表現(xiàn)分別為95%、43%和8%，在“嘗試解釋”和“嘗試模擬過程”2個層次的差異顯著。

以生物多樣性為主題開展區(qū)級活動和競賽，在不斷開展相關(guān)實踐活動和科普活動后，從植物、動物等角度可分析區(qū)內(nèi)學(xué)生的整體學(xué)習(xí)成果，例如通過城市公園中的水生生物或在特定季節(jié)出現(xiàn)的生物，可評價學(xué)生對生物物種、生物生存環(huán)境和生物行為規(guī)律等的了解程度。舉例說明，在鳥類外形模擬活動中要求學(xué)生描述北京城區(qū)濕地的鳴禽，學(xué)生可以利用比賽提供的基礎(chǔ)模型，用繪畫的方式表現(xiàn)通過觀察看到的鳴禽；在觀察成果展現(xiàn)的基礎(chǔ)上，還可以考查學(xué)生對于問題中“北京”“濕地”“鳴禽”的認識，鼓勵學(xué)生在日常活動中更多積累。此外，利用植物栽培、保護生物多樣性海報設(shè)計、鳥類外形模擬和鳥類生態(tài)攝影等活動，依據(jù)學(xué)生的作品可評價學(xué)生對于生物多樣性及生物與環(huán)境的認識。3年來，共收集到相關(guān)活動中的學(xué)生作品6?284份，經(jīng)過比賽要求的篩查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于生物物種的關(guān)注度、物種生活的環(huán)境，以及物種的生態(tài)類型的認識顯著提高（如圖3），表明采用多元嵌套模式對學(xué)生的學(xué)習(xí)和認識有顯著影響。

圖3　學(xué)生描述物種生態(tài)類型正確率的年度對比

通過鳥類外形模擬活動的開展，隨著研究的實施，結(jié)果表明不僅在生態(tài)類型描述方面有顯著提升，對生物特征的描述準確率，即對生物特征的正確認知也有明顯的促進作用。生物的外形結(jié)構(gòu)往往是學(xué)生認識生物的直接方式，是否能夠發(fā)現(xiàn)生物的結(jié)構(gòu)特征、比較不同生物的差別，是認識生物的基本能力。很多生物具有獨特的結(jié)構(gòu)，比如疣鼻天鵝的額部突起、石竹的鋸齒形花冠、顯花植物的三孔花粉等。培養(yǎng)學(xué)生耐心、細心地發(fā)現(xiàn)生物特征是幫助學(xué)生認識生物的重要手段，在培養(yǎng)學(xué)生觀察能力提升和生命觀念形成的同時，也不斷培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究實踐能力。

五、總結(jié)與分析

生物多樣性多元嵌套模式在學(xué)生能力提高、核心素養(yǎng)提升方面效果較為顯著。研究發(fā)現(xiàn)，需要在城市環(huán)境中提升學(xué)生對生物多樣性的認識和學(xué)習(xí)效果，為學(xué)生提供更多感性學(xué)習(xí)素材，有助于幫助學(xué)生構(gòu)建基于生物多樣性的以生命觀念為基礎(chǔ)的多主題結(jié)合大概念。課題成果案例能幫助學(xué)生通過觀察現(xiàn)象，在發(fā)現(xiàn)問題的同時嘗試解決問題，提升科學(xué)思維和探究實踐的發(fā)展。經(jīng)過生物多樣性實踐案例開發(fā)與應(yīng)用模式的實施，可以達到以下效果。

（1）建立學(xué)習(xí)中的聯(lián)系　在學(xué)習(xí)過程中，幫助學(xué)生建立生物學(xué)各個主題與生物多樣性的關(guān)聯(lián)，進一步深化學(xué)生對生物學(xué)的整體認識，通過項目式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等方法，根據(jù)生活中的現(xiàn)象不斷深入學(xué)習(xí)，促進學(xué)生科學(xué)思維和探究實踐能力的提高。

（2）突出城市環(huán)境特點　生物學(xué)是基于生命和現(xiàn)象的學(xué)科，學(xué)習(xí)過程中需要不斷綜合運用觀察、調(diào)查和實驗等方法探尋生命活動規(guī)律。人為課外資源豐富是城市的重要特點，在生活中結(jié)合身邊具有城市特點的課外資源，如校園、社區(qū)、街道、公園和博物館中的生物種類、現(xiàn)象和相關(guān)教育資源，能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的真問題。

（3）增加實踐在學(xué)習(xí)中的比例　生物學(xué)作為實驗學(xué)科，對城市資源的利用、對于深化學(xué)生的學(xué)科知識掌握和應(yīng)用具有重要作用。特別是從生活出發(fā)，發(fā)現(xiàn)身邊的生命活動現(xiàn)象，開展多種形式的實踐方式（觀察、調(diào)查、實驗、模擬等），形成更多感性認識和理性思考，不僅可以深化學(xué)生對生物學(xué)的認識，還能有效促進核心素養(yǎng)的提升。

參考文獻

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（本文為北京市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度青年專項課題“基于城市生物多樣性調(diào)查的環(huán)境教育活動研發(fā)與實踐研究”（編號：CJCA21130）成果）■

來源 | 《中國科技教育》2025-01，文章編輯：畢晨輝

編輯、排版 | 孟想