整体设计理念下教材中活动的挖掘

沈 洋

(北京师范大学附属嘉兴南湖高级中学 嘉兴 314000)

浙科版高中生物学(选修3)现代生物科技专题教材中，“生态工程”这部分内容的教学往往被教师与学生存疑。因该内容知识点抽象，与实际联系不够紧密。又因案例多、原理相似等导致学生理解困难。教师在教学时，常是通过划知识点、列表格整理和原文填空背诵等方式来授课。学生因不理解生态工程的原理与技术，在面对实际生态工程问题时，并不能分析其原理与采用的技术。这样的教学方式既不符合课程改革的要求，也不利于学生学科核心素养的提升。教材活动的挖掘，进行整体设计将有助于学生理解“原理”与“技术”的对应关系。也能针对不同的学生，辨别生态工程的类型，促进学科核心素养的提升。

1 整体设计理念的缘起与发展

自20世纪60年代以来，巴纳锡(Banathy)应用系统与设计的思维方式创造了设计教育的模型与方法，并开发了各种学习资源。他所采用的“综合性系统设计”(comprehensive systems design)意味着特定系统水平上的互动与协调、不同系统水平上的互相依赖以及设计的内在一致性[1]。随着《普通高中生物学课程标准(2017年版)》的颁布，对教学设计提出了新的要求。单元教学设计介于课程规划与课时教学设计之间，做好单元教学设计将有助于落实学科核心素养。单元教学以多个课时完成一个相对集中的教学目标，具有教学整体性，有助于学生综合学习能力的培养[2]。

2 “生态工程”教学内容分析

“生态工程”的学习要点是：“概述生态工程的概念及基本原理”和“举例说明我国的农业、林业生态工程”，包含两节内容，分别是“生态工程的主要类型”和“生态工程在农业中的应用”。教材开篇即提出了生态工程的原理并介绍了几个生态工程的类型。第二节中首先介绍了套种、间种和轮种技术；然后，通过“庭院生态系统的经济效益分析”活动和“农业生态系统中种植业和畜牧业的优化组合的资料研究”活动，让学生学会计算农产品的投入和产出及利润，认识物质和能量多级利用的意义，认识沼气发酵、太阳能开发利用的重要性，认识只有种植业和养殖业协调发展，才能促进农村经济和生态的发展。最后，基于以上的两个活动，教材中又介绍了我国农业生态工程的主要技术。

整章内容安排了相关知识点的系统介绍，也设计了两个活动用于帮助学生理解生态工程原理与技术。但是，因教材编排与课堂教学逻辑性的差异，导致教师往往是先讲原理，再通过各种例子加以解释，而缺少了学生通过活动，获取信息并归纳提炼的过程，这不利于学生科学思维的发展。

3 “庭院生态系统的经济效益分析”一节的活动挖掘

3.1 活动的基本流程与价值 活动中以某家庭庭院生态系统为例，计算投入与产出。“北京郊区某村一位普通农民，全家4口人，3个劳动力，有住房5间，采光面积为2 m2的太阳灶一个，太阳能热水器一个，容积为8 m3的沼气池一个，面积为27 m2的塑料大棚一个。大棚建于沼气池上，棚内种植蔬菜，冬天利用沼气池保温。家中常年养猪2头，鸡20只，鸭4只，鹅1只。”这些对该家庭院的文字描述不足以分析得到其利润等。因此，对投入与产出进行量化是计算的前提。文字向数字的转换，直接促进学生思维方式的转变。从质性分析到量化分析，这对于学生今后解决复杂问题提供了一个路径。量化的数据更加易于通过统计等方式进行分析，其结果也更加有说服力。

经济效益即总产出与总投入的差。总投入指人将资源输入到系统中，主要指人力和营养物，而不包括生产者所获得的太阳能。总产出指生态系统对系统外部的物质输出，包括人的消费和出售。总投入和总产出，又可称为系统的实际消耗和系统的有效贡献，也就是说投入通过生态系统获得产出。表面上分析，经济效益的提高需要提高总产出或减少总投入。但在生态系统不调整的情况下，投入与产出已有固定比值。因此，单纯减少投入是不可能提高经济效益的，反而会导致经济效益下降。从本质上分析，生态系统经济效益的提升，应该优化生态系统。

教材活动中给出了庭院生态系统投入与产出表，从表中“成本利润率”这一数据分析确定了以养鸡替代养鸭的策略。通过计算增加的收入或减少的投入，分析优化了生态系统的生物成分后经济效益的变化。

3.2 协调原理，构建“种植业和畜牧业合理优化技术”概念 在进行此活动时，教师要协调好具体内容与原理、技术的关系，也要协调教材不同节次内容之间的关系。师生不可仅停留在对于相关数据的计算上，更重要的是对其中操作所蕴涵的原理与技术的思考。因此，教师应引导学生进行思考与讨论，通过调整生态系统中的生物成分而提升了经济效益，采取了何种技术，依据了什么原理。授课时，有位学生提到这优化了养殖结构，这一表述已接近相关技术的表述，即“种植业和畜牧业合理优化技术”。关于原理的说明，可通过说明人在鸡鸭替代操作中协调了两者利益等，从而提出“合理优化技术”的原理是“协调”。

学生初步理解了此技术，而该技术的深度学习将通过教材中另一活动达成。

3.3 再生原理，构建“洁净可再生的新能源开发技术”概念 在本活动中，庭院生态工程除了具有经济效益外，还有生态效益和社会效益。教师可提问： 在该案例中，该农民还采取了哪些技术，提高经济效益又兼顾生态效益？这要从他的行动描述及表格中的量化数字出发。他在庭院中有太阳灶、太阳能热水器和沼气池各一个，且从表格中的供方和需方分析系统内部的投入与产出，可看到沼气池在整个系统内部的投入占比最大，说明在经济效益方面沼气池做了极大贡献。并且沼气池和太阳能的利用，减少了燃煤、薪柴等的使用，减少了对生态环境的破坏，也获得了可再生能源。

通过以上分析，学生初步形成生态工程中的原理与技术，即利用“再生”原理，采用“洁净可再生的新能源开发技术”，兼顾经济效益与生态效益。

3.4 循环原理，构建“物质的良性循环技术”概念 活动中，通过表格可观察到鸡粪对猪有投入，在材料的讨论部分也明确说明了这是一个“蔬菜—鸡、猪—沼气”的小循环，要求从物质利用的角度分析。鸡粪作为猪的饲料，且猪粪又经沼气池发酵获得沼气，使蔬菜中的物质和能量经多级利用，提高了利用率。请学生思考： 这样操作的原理和技术又应该如何命名？生态系统内部小循环的建立，其依据了物质循环原理，采用“物质的良性循环技术”。

之所以称为良性循环是因为物质循环是生态系统的本质属性，这里强调良性指的物质的循环伴随物质和能量的多级利用。

3.5 整体原理，构建“经济、生态和社会效益共发展”概念 教学的整体性把握，内容的整体性统筹，特别是前后节内容中具体活动与相关概念的整体把握，有利于促进学生的学习。在本内容教学中，教师与学生通过对活动“庭院生态系统的经济效益分析”的深入剖析，即可初步了解生态工程的原理与技术。在分析“经济效益”“生态效益”和“社会效益”时，即是从“整体”上进行系统规划。

4 教学建议

4.1 以活动整合教学内容，进行整体设计 教师需将教学内容进行重新整合，以章为单位统筹整章教学内容，即需要有章节的整体设计。而教学内容的整合，应以活动为抓手。生物学学科核心素养的提升需依靠活动，综合素养需综合活动的落实，教学内容同样需要综合。活动中蕴涵的原理，通过教师与学生的深挖，完成内容的学习，促进学生整体思维的形成。

4.2 多利用教材活动与插图等资源，深入挖掘 教师备课时对于情境、活动等会动足脑筋、力求新颖，但不能抛弃教材中的活动与插图等资源。无论是学习还是评价，教材活动与插图都是经典的素材。师生对教学内容进行学习剖析时，更应该借助于教材中的活动和插图，从经典中获取教学灵感。

4.3 理解“科学、技术和工程”三者的关系，统领全局 在教材中除本文提及的生态工程外，还有基因工程与胚胎工程等，工程中含有许多技术。而技术是基于科学而形成的，科学可称为原理。因此，教师正确理解“科学、技术和工程”三者的关系，对教学内容的整体把握、系统思考，将有利于学生对于“科学、技术和工程”的理解。教学中也应构建工程的技术路线与原理，从而建立三者的相互关系，促进学生内化学习内容和提升学科核心素养。