基于问题解决的高中生物学“体悟”教学实践与反思——以“种群的特征”教学为例*

黄堡鑫 单 珂

（1 广东省东莞市东莞中学松山湖学校 广东东莞 523808 2 广东省珠海市第二中学 广东珠海 519000）

问题解决是高级形式的学习活动。而发展学生的问题解决能力，以及让学生在解决问题的过程中学习知识、获得各种思维技能是教学的一个重要目标［1］。著名教育心理学家罗伯特·加涅（Robert M.Gagne）指出，学生能否解决新问题，既取决于是否掌握有关的规则，也取决于学生控制自己内部思维过程的策略［2］。即知识的真正掌握只通过教师的直接灌输是难以真正实现的，必须通过一个个实际问题或案例的解决及其反思才得以逐步落实。

显然，问题解决的过程就是让学生“体悟”的过程。“体悟教学”强调运用一定的策略（例如调动主动性、鼓励参与和交流等）和方法（例如设置情境、角色扮演、对比等），使学生将已有的经验与当前的学习活动相结合，从而生成新的知识、掌握新的方法技能。“体”是体验、体会，是教学的措施和手段；“悟”是感悟、领悟，是教学的目标和结果。“体悟教学”之所以能被广为应用，不仅在于它与学科核心素养不谋而合，更在于它确实能有效帮助学生打下灵活的知识基础，发展学生以批判性思维解决实际问题的能力。

“种群的特征”是人教版高中生物学必修3 的教学内容，是引导学生从微观、个体水平的生命活动学习进入宏观、 群体水平的生态学学习的重点章节。主要内容包括种群密度的调查方法和种群的数量特征。笔者通过学习北京师范大学附属实验中学特级教师林祖荣老师和深圳市第二中学特级教师梁光明老师对“种群的特征”这一课的教学，对基于问题解决的高中生物学“体悟”教学进行了初步的探索。

1 以情境化策略激发学生的学习热情

心理学研究表明，学习动机只有在对外在的刺激物、目标、诱因等感兴趣的情况下，才能真正得以调动，并发挥其内在的力量。创造情境是对教材的再创造的过程，需要对教学内容进行艺术化的构思设计。与生物学有关的实验、问题、故事、史实、新闻图片、影像等资料，都可以激发学生进入学习和活动的状态，促进其认知结构的发展和完善［3］。

必修3 教材前3 章讲述的是动物个体的稳态和植物个体的稳态，均属生物个体水平的内容，本章开始过渡到种群水平上研究生命系统的组成、结构和发展变化规律，如何使学生实现这一研究层次的转变？种群数量特征是本节课的核心内容，种群数量特征与种群密度之间有何关系？ 如何理解种群密度是种群最基本的数量特征？

［教学片段1］

观看视频，分析资料：组织学生观看《可可西里》电影视频片段，并引导学生阅读相关材料：“20世纪70年代中至80年代初，在可可西里和羌塘地区生活着数以百万计的藏羚羊。由于藏羚羊的羊绒可做成非常昂贵的“戒指披肩”，所以遭到了盗猎者疯狂的捕杀！ 美丽的精灵面临着灭绝的危险。所幸的是，1997年可可西里被列为国家级自然保护区，使藏羚羊得到了有效的保护。

角色扮演，融合课堂：10 多年过去了，美丽的藏羚羊现在生活得怎样？ 假设你是野生动物保护专家，刚到可可西里准备进行藏羚羊的保护工作。请问你最先关注的是什么？ 如何更好地体现藏羚羊种群的疏密程度？

通过创设合理的学习情境，可以为“体”提供施展的空间，为“悟”搭建知识背景。乌申斯基说过，没有任何兴趣，被迫进行学习，会扼杀学生掌握知识的意图。从群体水平上研究生物是生物学科发展的一个重要分支，教师在教学开始前需将学生学习生物的视角从个体水平转移到群落水平。为学生提供视频资源、阅读资源，并创设“身为野生动物保护专家”的学习情境，一方面快速实现学生视角的转变，另一方面也让学生带着好奇和乐趣进入课堂，从而尽快融入课堂。同时《可可西里》藏羚羊的事例，也可引出种群密度的概念，整节课以藏羚羊相关问题一以贯之，可在问题解决的过程中逐渐生成种群各种数量特征的相关知识体系。

2 以活动化策略引导学生掌握样方法的操作

活动化策略即以多样化的活动，引导学生动口、动手、动脑，通过观察、讨论、合作、总结等方式形成对知识的理解。将知识的学习与真实情境相联系，学生在解决实际问题的实践活动中，逐步形成洞察和解决生物学问题的能力，并形成扎实的生物学科知识。

样方法是生物学研究最常用的方法之一，教材将其作为重点内容进行讲述。逐个计数是统计种群密度的方法之一，什么情况下不采用逐个计数而要进行“抽样调查”？ “估算”的思路如何让学生在困惑中自主生成？ “估算”存在误差，如何尽可能地减少误差？

［教学片段2］

由简入难，启发新知：教师用多媒体课件给出一个边长2 m 的正方形，放入16 个黑点（表示某种牧草）和16 个白点（表示其他植被）。学生很快可以得出牧草种群密度为4 株/m2。教师进一步设疑： 在调查一些分布范围较小、 个体较大的种群时，可以采用最简单的逐个计数法。但并不是所有情况下都可以用逐个计数法。教师展示一个边长为2 m 的正方形，里面放入400 多个黑点 （表示某种牧草）和400 多个白点（表示其他植被）。要求学生马上数出该面积内牧草的种群密度。学生惊讶地表示此任务根本无法完成。通过上述活动，让学生明白其实在生物学研究过程中，常遇到样本数量较多的情况。由于受人力、物力、财力等方面的限制，很难逐个准确进行计数，只能采取估算的方法。

集思广益，生成概念：教师将事先准备好的布满大量黑点和白点的图案发放给每个小组，让小组成员思考如何尽快地数出其中黑点的数目。教师巡视并进行适当的点拨。有的学生用红色笔将每个数过的黑点划掉以作标记； 有的学生则将方格16 等份后随机数其中4 等份。教师对学生的发散性思维进行鼓励和表扬，并进行适当的拓展。例如，什么是“样方”？ 如何确定“样方”？ 取样时如何保证每株牧草被数到的概率一样？ 可否只选取黑点分布密集的区域进行计数？ 遇到压边的黑点如何统计？如果调查区域是一条公路又该如何取样？

学习愿望是学生“悟”的重要动因。唯有在困惑产生时，“悟”的学习冲动才最为强烈。通过由简入难，让学生在成功喜悦中燃起主动学习的热情，同时通过条件的改变，制造学习困惑，激发学生进一步探寻新知识的欲望。学生通过自主动手、动口、动脑，以联想、观察、合作、探究等方式对教材核心知识加以内化，加深对样方法这一生物学研究方法的理解。

3 以生成化策略驱动学生明晰标志重捕法的原理

生成化策略即将已学知识与实际问题之间引发的认知冲突，转变为学生追求事物本源的欲望。美国著名心理学家布鲁纳认为，在新的学习情境中，学生的认知结构中是否有能与新知识建立最佳联系的原有知识、 学生是否致力于促进这种联系，是学生能否进行有意义学习的关键。样方法在科学研究过程中使用非常普遍，但在很多情况下却无法使用样方法进行统计。哪些生物种群密度的调查不适宜使用样方法？ 应该采用什么方法进行统计？ 标志重捕法的原理是什么？

［教学片段3］

教师准备一个事先画好样方的大纸盒，散落摆放近200 颗黄豆，请2 位学生上台利用五点取样法对黄豆进行计数。另请一位学生在旁边不时地晃动大纸盒，使黄豆分布情况不断发生改变。2位学生表示很难对黄豆进行计数。

教师补充： 如果黄豆表示的是奔跑速度达到每小时80 km 的藏羚羊，你还能用样方法进行调查统计吗?（学生：不能。）

活动设计：将200 颗黄豆全部倒入烧杯，将黄豆随机数出40 颗，替换成40 颗被标记为黑色的黄豆（即黑豆）放回大烧杯，充分摇匀。

教师：假设总数是N，被标记为黑色的黄豆是40 颗，黑豆所占比例就是40/N。能否根据这个比例推算出黄豆的总数是多少？

学生演示并说明方法：摇匀后随机取出20 颗豆子，放在小烧杯中，这样小烧杯里被标记为黑色的黄豆所占比例和盒子里的是一样的。因此可以通过公式推算N（40/N=a/20）。

教师提问：作为野生动物保护专家，你将如何调查藏羚羊的种群密度？

学生回答： 在该自然区域里面捕获一部分藏羚羊并进行标记，之后将标记的藏羚羊放回原地，使之与未标记的藏羚羊混合在一起。过段时间后，重新捕获部分藏羚羊，统计该部分藏羚羊中被标记的数目，并通过数学公式进行计算，即可估算出该区域藏羚羊的种群数量。

教师进一步提问：若标志物对动物产生伤害、过分醒目或易脱落对统计结果有什么影响？ 若某些动物警觉性高，被捕获后很难再次捕获，对统计结果又有什么影响？

“体悟教学”是从注重“教”到注重“学”的转变，是从注重“物”（教学内容）到注重“人”（学生）的转变，是从注重形式到注重实质的转变。标志重捕法的教学是基于样方法的局限性而引出的，通过晃动纸盒让学生意识到运用样方法无法统计运动中的物体。教师引导学生用数豆子的方法，自己总结出数学模型，进而理解标志重捕法的原理。基于问题解决的“体悟”教学，就是要在教学过程中创设新、旧知识间的矛盾，以矛盾激发学生探寻新知识的欲望。

4 以结构化策略启发学生分析影响种群密度的各因素

构建知识网络是“悟”的最重要的呈现方式。结构化策略即通过引导学生从多个方面建立严密的逻辑，将教材内容按照一定的线索进行归纳、整理和迁移，形成一个系统化的网络结构。通过“体”的过程，借助教师搭建的支架逐一解决各个层层递进的问题，并随着自身体验的丰富和能力的提高逐渐撤除支架，最终实现知识网络的构建。

除种群密度外，出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄组成和性别比例也是种群数量特征的重要内容。这些数量特征之间并非单纯并列关系，而是有着内在逻辑联系和层次之分的。如何通过事例让学生理解这些数量特征对种群密度的影响？如何体现各种群数量特征之间的内在逻辑关系？

［教学片段4］

材料1：藏羚羊集中在夏季产小羊羔，如果在夏季和冬季去可可西里卓乃湖调查藏羚羊的种群密度，得到的数据差异很大。这说明什么因素可以影响种群密度？ （学生：出生率和死亡率。）引导学生概述出生率和死亡率的概念，并提问：如果要减少种群密度的增长，应该怎么做？我国是一个人口大国，需要控制人口数量，可采取什么措施？

材料2：藏羚羊有迁徙的习性，每年的6 至7月，藏羚羊为了觅食嫩草从不同的地方迁至可可西里卓乃湖，导致种群密度增大，冬季为避开大雪又迁离此地，导致种群密度下降。从该材料可以看出，什么因素也可以影响种群密度？ （学生：迁入率和迁出率。）教师引导学生概述迁入率或迁出率的概念，并提问：出生率和死亡率、迁入率和迁出率对种群密度有何影响？

学生回答：出生率和迁入率增大，种群密度增加；死亡率和迁出率增大，种群密度减少。出生率和死亡率，以及迁入率和迁出率都可以直接决定种群密度。

材料3：如果要你预测3年后可可西里藏羚羊的种群数量是增加还是减少，你还需要获取什么数据？ 已知，藏羚羊小于1 岁、大于5 岁都没有生育能力。（学生：年龄组成。）

教师引导学生结合教材探讨种群年龄组成的3 种类型对其种群密度变化的影响，分析得出年龄组成可以通过影响种群的出生率和死亡率间接影响种群密度。

材料4：盗猎者为了更容易捕获藏羚羊，常常将枪口对准一只只集中待产（奔跑较慢）的母羊。这会对藏羚羊种群数量产生什么影响？为什么？

教师分析：因为雌性个体大量减少，导致在未来一段时间里出生率会下降，种群密度也会随之下降。换言之，性别比例若严重失调，种群密度则会由于出生率的影响而发生变化。在农业上，可利用人工合成的性引诱剂诱杀某些害虫的雄性个体，破坏害虫种群正常的性别比例，使很多雌性个体不能完成交配，从而使害虫的种群密度明显降低。

通过上述概念的生成，引导学生画出概念图分析各概念之间的关系（图1）。

教学过程是交互作用的过程，知识不应是借助教师灌输给学生，而是学生在与教师交互的过程中自主构建和发现的过程。教材对此部分内容仅进行了相关概念的描述，各数量特征对种群密度的影响难以体现。通过呈现可可西里藏羚羊几个不同的情境，学生以小组合作学习形式，在讨论和反思过程中形成出生率和死亡率、 迁入率和迁出率、年龄组成和性别比例等概念，并通过概念模型对相互之间关系进行梳理和总结。教师在此过程中，并没有直接将知识的结果告诉学生，而是通过展示学生在解决实际问题时会遇到的各种真实问题，并加以引导提问，最终使知识得以凸显。学生由被动学习者转化为自主学习者，教师则由教练转化为引导员［4］。

5 以课堂升华引领学生情感态度价值观的形成

所有的“体”都是为了更好地为“悟”服务。基于问题解决的课堂不是为了问题而设置问题，而是为了更有效地达到教学目标而设置，更是为了更好地培养学生的解决问题能力、创新能力和自主学习能力而设置。如何将学科知识与情感态度价值观有机融合在一起？野生动物保护是当今世界面临的重大课题之一，如何利用此教育契机引导学生从自身做起投身到保护野生动物的行动中去？

［教学片段5］

播放《新闻联播》关于可可西里现状调查视频《关爱藏羚羊》。

课堂升华：野生动物的加速灭绝，会造成生态平衡的失调，引发沙尘暴、雾霾、疾病等，这些都将会无情地报复人类。建设生态文明关系到人民福祉、 关乎民族未来。所以每个人都应该行动起来，从小事做起，保护野生动物，关心野生动物，为建设美丽中国作出自己应有的贡献。

保护一切珍稀和濒危动、植物，严禁滥采乱杀野生动、植物的行为，是缓解生物多样性锐减的重要措施。利用藏羚羊现状调查报告，让学生意识到目前我国在保护野生动植物方面所做的努力和取得的成绩，并鼓励学生积极投身到保护野生动、植物的行动中去。

6 体会

在很多情况下，教师不是苦于无法将知识“讲”清楚，而是苦于提不出有思维激发力的问题促使学生把知识“想”明白；不是苦于无法让学生的外在行为参与活动，而是苦于无法设计出让学生的思维和情感都真正参与其中的问题，帮助学生把方法“悟”出来［5］。要想让学生把知识“想”明白、方法“悟”清楚，则需要教学围绕解决问题进行组织，创设各种问题情境，将学生引进解决问题的氛围之中。教师通过“导向”使学生“定向自悟”，通过“启悟”使学生有所“体悟”，用设问、理答、设境、换位、对比作为基本手段，最终使学生本该有的“意义”凸显出来。在“体悟”课堂中，教师的角色转变成方向的引导者、探究的合作者、情感的激发者、方法的指导者。只有以学生为主体，以问题为核心，通过解决问题建立学生学习的起点和归宿点，才能使知识最终进入学生的知识结构和情感体系。