运用5E教学模式发展学生核心素养的高中生物学教学设计

黎兴 黄佑美 王英强 王瑞珍

摘要利用5E教学模式对高中生物学《选择性必修2·生物与环境》第一章第三节“影响种群数量变化的因素”进行教学设计，通过引入、探究、解释、精致和评价环节着重培养学生的生物学核心素养。

关键词 生物学核心素养 5E 教学模式 种群数量

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

5E教学模式是由美国生物学课程研究所基于建构主义理论设计的有效课堂教学模式，包括引入（engagement）、探究（exploration）、解释（explanation）、精致（elaboration）和评价（evaluation）5个环节。教师可利用角色扮演等活动，引导学生融入情境，开展关键的探究活动，从而促进学生主动构建概念、发展学科核心素养，解决真实情境中的问题，培养关键能力。

1教材分析与设计思路

“影响种群数量变化的因素”这一节内容隶属于人教版高中生物学《选择性必修2·生物与环境》第一章第三节的内容，是“种群及其动态”一章的最后一节内容，既是对前面知识的完善与深化，也是从“种群”到“群落”相关内容的过渡。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《新课标》）中的内容要求是尝试建立数学模型解释种群数量变动、举例说明阳光、温度和水等非生物因素以及不同物种之间的相互作用都会影响生物的种群特征变化。《新课标》中的学业要求为：运用数学模型表征种群数量变化的规律，分析和解释影响这一变化规律的因素，并应用于相关实践活动中;从生态系统具备有限自我调节能力的视角，预测和论证某一因素对生态系统的干扰可能引发的多种潜在变化。与旧教材相比，本节内容为新增部分，凸显了各种因素影响种群特征的重要性，促进学生关注种群研究的应用。

本设计采用5E教学模式，以我国珍稀动物藏羚羊的濒危现状为情境载体贯穿课堂始终，探究影响藏羚羊种群数量变化的可能因素并进行分类、归纳与总结，要求学生在活动中尝试构建种群数量变化的数学模型，联系恐龙灭亡现象。进一步解释种群数量变化的内涵，以期培养学生的科学探究、数学建模能力与保护珍稀物种的社会责任，并促进学生形成自然状态下种群数量动态平衡，以及生物与环境相互依赖和影响种群数量变化的稳态与平衡的生命观念。

2教学目标

1阐述影响种群数量变化的因素，能用稳态与平

衡观认识藏羚羊种群数量变化的规律，并形成生物与环境相互依赖和影响的生命观念。

2运用捕食者和被捕食者的循环因果规律，演绎推理并预测种群数量变化趋势，能够选择数学模型、图示等表达并批判性思考种群数量变化受非生物和生物因素综合影响的实际情况。

3通过掷骰子游戏建立数学模型，从而探究藏羚羊种群数量变化，培养合作与交流、解决问题的能力。

4认同种群研究的重要社会意义;养成保护野生

动物、生物栖息地及合理利用生物资源的意识。

3教学重难点教学重点：掌握并判断影响种群数量变化的非生

物因素和生物因素。教学难点：分析非生物因素与生物因素对种群数量变化的综合性影响;分析非生物因素与生物因素对

种群数量变化的循环因果关系。

4教学过程

课前，学生组建合作学习小组;教师发放学习单。

4.1引入

教师展示藏羚羊的图片，播放配乐诗《最后一只藏羚羊》，提供有关藏羚羊在气候变化、保护区建立以及科考发现的种群数量情况的资料，引导学生分析不同时期和不同影响因素下藏羚羊的生活习性、生存环境和种群数量变化，促进学生总结、归纳出生物因素与非生物因素的概念，并对资料中所示影响因素进行分类（表1）。

设计意图：教师展示不同时期与不同因素影响下藏羚羊的种群数量变化，强调环境因素（包括人类活动）对生物种类数量变化和生存的重大影响，使学生初步感知种群水平的稳态平衡观，并培养学生珍惜与保护野生动物的社会责任，亦为后面探究活动做铺垫。

4.2探究教师进一步创设情境：假设你们是效力野生动物

保护部门的动物学家，请根据上述影响种群数量变化的因素，对环境的改变对种群数量的影响（该活动改编自刘恩山等译著中）开展模拟探究活动并讨论。模拟活动：（1）每组学生的起始种群数量为200只，掷两枚骰子。注意，投掷前种群的规模可能会影响事件的结果。（2）学生三人一组，两人各丢一个骰子，至少投掷20轮骰子（除非种群灭绝），然后一人记录每一轮游戏中掷出的点数以及种群规模的变化（表2）。（3）绘制随着时间种群数量变化的图表以及只有非生物因素或生物因素的影响下种群数量变化趋势图。（4）统计每个点数发生的总次数。

在学生小组完成活动后，教师提出一系列问题，引导学生思考：

1根据绘制的图表，非生物和生物因素影响综合作用下该种群增长呈现怎样的趋势？单因素和双因素下的种群数量变化趋势说明了什么？

2哪一组因素（生物或非生物）对种群的数量影响最大？为什么？

3哪个限制因素对种群数量影响最大？请证明你的观点。

4人、针茅草与该种群之间属于什么关系？是否还存在其他因素会限制该种群数量的增长？

设计意图：教师利用问题链，给学生搭建脚手架，引导学生分类并归纳影响种群数量的非生物因素（光照、温度、水等）与生物因素（捕食、竞争、寄生和人类活动等）以及在不同影响因素作用下种群数量变化。学生分析、得出影响种群数量平衡的因素，进一步形成种群水平的平衡观。教师引导学生开展探究活动，使学生尝试模拟在这些情境下探究种群的数量变化，并绘制种群数量变化曲线，培養学生探究问题、数学建模与解决问题、合作与交流的能力，使学生最终意识到种群数量的动态平衡都是非生物因素和生物因素调节的结果，形成生物与环境相互依赖和影响的生命观念。

4.3解释

各小组汇报结果并探讨各种情况中种群数量变化，教师展示各小组绘制的图表，说明食物和天敌等生物因素对种群数量的作用强度与该种群的密度是相关的。非生物因素和生物因素对种群数量的变化往往是综合性的。当不良因素反复出现时，种群面临消亡趋势。并补充介绍恐龙灭绝假说的案例加以佐证;当促进种群数量增长因素频繁出现时，有助于种群在一定时间内增长;当消极和积极的因素出现的次数相差不大时，种群数量变化维持在一定水平波动。

设计意图：学生利用骰子不同点数的出现频率探究各种因素对藏羚羊种群数量变化的影响，尝试分析与解释种群数量变化的原因，总结种群数量变化时需综合考虑各方面因素对种群数量特征（出生率、死亡率、迁入率、迁出率、年龄结构和性别比例）的影响。教师强调偷盗偷猎行为对种群数量带来的毁灭性打击，进一步增强学生保护野生动物的社会责任感，与课前导入相呼应。

4.4精致

教师进一步提问：本活动是否可以准确模拟自然界种群规模实际的增加或减少？并引导学生批判性思考：1针茅草是该种群美味的食物来源，人为大量种植针茅草后，该种群数量在短时间与长时间内如何变化？2人为大量捕杀该种群的天敌，对其种群数量变化产生怎样的影响？比较针茅草、狼与该种群在短时间和长时间的种群数量变化。

教师引导学生分析该种群与针茅草之间的数量变化的相关性（图1）。学生讨论后，得出捕食者与被捕食者之间的影响存在循环因果的结论。

设计意图：骰子活动是各种因素在短时间内对种群数量变化的影响。实际上，种群数量存在循环因果关系。教师引导学生比较人类活动对种群数量变化、生存环境的短期和长期产生的影响，利用图表反映实际的情况，从演绎推理到事实验证，从理想结果到现实情况，在突破难点的同时，发展学生的归纳与演绎、批判性思维等科学思维，使学生理解整个生态系统水平的平衡通过多个种群数量的调节来实现。

4.5评价

教师播放经过严格放牧、恢复草场、严禁滥捕偷猎等措施后，藏羚羊种群数量增长逐年上升的相关视频和资料：1983年起，国家成立了多个自然保护区，严厉打击非法捕杀藏羚羊犯罪活动，加强法制宣传和执法力度，使西藏境内藏羚羊种群数量从1999年的7万只增加至2021年近30万只。并引导学生回顾影响种群数量变化的因素，激发学生思考有利于种群数量维持稳定增长的建议与措施：作为一名青年学生，在保护野生动物的工作方面，你能给予哪些建议与努力？

设计意图：教师在课堂结尾时，继续利用藏羚羊这个具体的案例，做到首尾呼应，并使学生模拟、探究在环境因素下种群数量变化的情况，使学生深入思考人类与动物之间的联系，从而渗透濒危动物的保护教育，增强学生的社会责任感，激发其对生态学家、植保员等相关职业的憧憬与向往。

5结语

本教学设计中5E教学模式的各个环节与生物学学科核心素养存在对应关系。引入环节对于培养本课时学生应具备的生命观念至关重要;探究环节能够将稳态平衡以及生物与环境相互依赖和影响的生命观念具象化为可探究的模拟实验活动，进而有力培养学生的科学探究能力;解释和精致环节着重调动学生运用归纳和概括、批判性思维、创造性思维等科学思维解释生物学现象。社会责任核心素养较为隐晦地体现在前四个环节，但教师可以通过最后的评价环节，尽可能地推动学生形成珍惜濒危物种

的社会责任感。

参考文献：

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