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【摘 要】本文以“生态工程的基本原理”为例，通过形式多样的驱动性问题引导学生深入思考，最终达到学以致用的目的，并在提出问题和解决问题的活动中提升学生的生物学科核心素养。
【关键词】学科核心素养;生态工程;问题驱动;教学设计
【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2020）28-0149-03
本文主要通过形式多样的驱动性问题设置身边的环境问题和社会热点环境问题来学习生态工程的基本原理，并鼓励学生运用所学原理尝试对身边的环境污染问题给出合理的解决方案。教学过程注意对学生思维的启发和主体地位的保护，鼓励学生发现问题、解决问题，以激发学生的学习兴趣，提升学生的生物学科核心素养。
1 教材分析及设计思路
“生态工程的基本原理”是人教版选修3第五章第1节的内容。《普通高中生物课程标准（2017年版）》指出，培养学生的生物学科核心素养是课程的价值追求和预期的教学目标。生物学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究以及社会责任。这一素养是在解决实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力，是学生获得成功、适应个人终身发展和社会发展所需要的共同素养。生态环境一直是社会热点话题，与学生的实际生活密切相关。因此，笔者通过开展社会实践，将材料和问题进行“本土化”处理，利用“问题驱动”教学法提升学生的学科核心素养[1]。
2 教学目标
生命观念：初步形成协调与平衡观、局部与整体相统一观，树立可持续发展的观念。
科学思维：能够搜集挖掘身边的生态工程实例，分析搜集的这些实例运用的生态工程原理。
科学探究：能独立开展社会实践，能运用生态工程原理尝试设计简单的生态工程。
社会责任：将顺德水污染现状與生态工程建设关联起来，增强学生为家乡环保做贡献的使命感。
3 教学过程
3.1 在“漫画创作”中感悟生命观念
创设学生活动“漫画创作：请描绘你眼中地球的模样”，并引导学生在积极讨论中得出必须要开展生态工程建设的结论，从而引出本节主题。
设计意图：形象生动的作品令导入过程轻松新颖，有助于帮助学生树立可持续发展的观念。
3.2 在社会实践中提升探究能力
如何让学生深刻感受到生态工程建设的必要性和重要性是教师需要仔细探索的问题。笔者认为纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。考虑到顺德境内河流纵横，水网交织，是珠三角河网密度最高的区域之一。因此，笔者拟定了主题为“顺德水污染现状调查”的社会实践活动。组织学生分小组进行户外实地考察[2]。
以一个小组为例进行展示，该小组深入顺德区伦教街道，研究羊大河水体的现状。水面上漂浮着大块的白色污物，污染显而易见，居民以戴着口罩应对黑臭水体。是什么原因导致了污染？经调查，河道两岸随意堆放生活垃圾、两公里以内就有大小不同的数十个排污口、居民缺少环保意识、河道周围的木工厂等都是导致污染的原因。学生取回水样，在实验室进行进一步比对与研究，最后得出羊大河的污染情况比较严重。调查结束后，学生迫不及待地搜寻了很多治理水体污染的方法。但是大多是一些投入大、持续时间短的物理方法。教师及时总结，提出了一种经济、简便的生态工程治理法，既点明了生态工程建设的重要性，又激发了学生进一步学习的积极性。
设计意图：这种结合本地水资源现状开展的社会实践，让学生发现了离他们很近但从未关注过的环境问题，激发了他们想要去一探究竟的欲望。在社会实践中，学生的生物学科核心素养得到了提高，特别是科学思维和科学探究能力。同时，对家乡顺德的环境问题的关注也激发了他们的社会责任感。
3.3 在“形成概念”中锻炼科学思维
3.3.1 物质循环再生原理
引导学生利用现代科学技术，将书本原有的无废弃物农业模式图进行补充，以进一步实现物尽其用。通过研究发现，以往被焚烧的秸秆还有很多用途，如造纸原料、牲畜饲料、发电的直接燃料、取暖燃料棒;另外，还可以利用粪便制得沼气等。
设计意图：将书本现有信息进一步加工处理，实现物尽其用，有利于加深对学生物质循环概念的理解和运用，锻炼学生的科学思维。
3.3.2 物种多样性原理
以塞罕坝建设为背景材料，通过比对改造前和改造后的图片，让学生分析昔日“飞鸟无栖树、黄沙遮天日”的荒凉景象是如何变成生意盎然的国家森林公园，引导学生明白这背后既有对物种多样性原理的巧妙运用，又有塞罕坝人“愚公移山”的坚韧精神。
设计意图：让学生学会分析归纳材料，提升科学思维，树立物种多样性的生命观念，同时在生物课堂中渗透德育教育，鼓励学生做任何事情都要持之以恒。
3.3.3 协调与平衡原理
创设学生活动，让学生寻找能体现协调原理的例子，搜集被污染的滇池、本校旁一条富营养化河流等素材。善于观察和分析身边现象从而得出相应结论，是培养科学思维的更高要求。为体会平衡原理内涵，让学生在课前制作生态缸，并分析各自失败原因，使学生发现大部分失败原因是生态缸中消费者数量过多或生产者数量过少，从而得出维持平衡的重要性。这一活动对培养学生的科学探究精神起到一定推动作用。
设计意图：鼓励学生积极思考，细心观察身边环境，突破书本的局限搜集更多实例，加深对协调与平衡概念的理解，锻炼学生的科学思维。
3.3.4 系统学和工程学
创设一个改造顺德养鸡场的问题情境（如图1），让学生利用以上所学三个原理改造养鸡场，改造后要实现生态和经济效益双赢。教师整合学生的想法得到最优化的方案（如图2），顺势教学整体性原理、系统学与工程学原理的相关内容。引导学生发现一个优化的生态工程方案设计既要物尽其用（如造纸厂和沼气池的设计），也要因地制宜（如载种芒果、荔枝这种符合广东气候特点的果树等）。通过这样的学生活动，可让学生将所学原理有机整合，将知识融会贯通。 设计意图：加强知识点之间的关联，让学生变被动接受式学习为主动探究式学习，实现学生从科学思维向科学探究的提升。
3.4 在“学以致用”中提升核心素养
为了让学生将所学知识学以致用，并归纳总结之前知识点。创设一个“制定顺德水污染治理方案”的学生活动。引导学生在讨论后自己设计各种生态工程治理方案。这个过程不仅加深了学生对知识的理解，更让他们体会到用所学知识解决实际问题的快乐。这种学以致用的成功体验感是其日后进行生物學习的最佳催化剂。以下是学生提出的治理方法构想。
（1）物质循环再生原理：淤泥、生活垃圾、工业垃圾等加以循环利用。
（2）物种多样性原理。①单一或复合微生物：可以转化水体中的氮元素和磷元素，治理河水富营养化问题。②适当比例的多种水生植物可以吸收氮元素和磷元素，并抑制藻类增长。③物种配比合理的水生动物以水体中的细菌、藻类、有机碎屑等为食，可有效减少水体中的悬浮物、提高其透明度，并且延长生态系统的食物链、提高生物净化效果。④协调与平衡原理：人类活动对水体的影响不能超过其环境容纳量。⑤整体性原理：净化水体，美化环境，为人们提供休闲场所。⑥系统学和工程学原理：充分发挥水生植物品种间的互补搭配，对光照、营养和空间形成竞争优势，漂浮植物和挺水植物可作为先锋植物，为沉水植物的生长创造条件。
设计意图：学以致用、激发学生的学习兴趣、提升学生的核心素养。
4 教学反思
4.1 问题设置与核心素养落实情况反思
本节课利用问题驱动式教学，问题形式多样，回答形式不拘一格，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作能力。这有利于让生物学科核心素养在课堂中真正落地，使学生的能力得到真正提高。
4.2 教学效果反思
本节课在活泼、开放、民主的氛围中完成了基本知识的教学，课程最大亮点在于“全员参与、各尽其能、社会实践、激发兴趣、主动探究、学以致用”。课堂中生成的很多问题可以有多种回答形式，如“你眼中地球的样子？”学生可以通过绘画形式表达想法;“如何理解污染是放错地方的资源？”学生可以用手工作品完美诠释;“顺德水污染现状调查”活动中，小组内各成员分工明确，采样、查资料、做实验、问卷调查、写报告等，大家各司其职、各尽所能，不仅锻炼了思维能力，也提高了与人沟通交流的技巧。同时，课程中将很多问题进行“本土化”处理，如学生搜集到的学校旁被污染的河流、改造本地养鸡场、设计方案治理本地水污染等，让学生能直接将所学知识运用到实际当中，实现真正的学以致用。
本教学方案从设计、实施，再到修正，经历了一个多月时间，笔者在带领学生进行社会实践的过程中收获颇多。学生带着好奇和问题走出课堂，进行实地考察，在发现问题后带着更明确的目标和更强烈的好奇心回到课堂学习，并积极尝试利用所学知识解决在实践中遇到的问题。这种变被动为主动的学习方式更有利于锻炼学生的思维能力和提高学生的核心素养。
【参考文献】
[1]王更强.聚焦新教材与学科核心素养[J].中学生物教学，2020.
[2]周娜芳.生物实践活动实例——“生态工程的基本原理”教学案例[J].中学生物学，2013.
【作者简介】
江蕊（1986～），女，贵州贵阳人，研究生，中学生物一级教师。研究方向：生物化学与分子生物学。
【关键词】学科核心素养;生态工程;问题驱动;教学设计
【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2020）28-0149-03
本文主要通过形式多样的驱动性问题设置身边的环境问题和社会热点环境问题来学习生态工程的基本原理，并鼓励学生运用所学原理尝试对身边的环境污染问题给出合理的解决方案。教学过程注意对学生思维的启发和主体地位的保护，鼓励学生发现问题、解决问题，以激发学生的学习兴趣，提升学生的生物学科核心素养。
1 教材分析及设计思路
“生态工程的基本原理”是人教版选修3第五章第1节的内容。《普通高中生物课程标准（2017年版）》指出，培养学生的生物学科核心素养是课程的价值追求和预期的教学目标。生物学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究以及社会责任。这一素养是在解决实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力，是学生获得成功、适应个人终身发展和社会发展所需要的共同素养。生态环境一直是社会热点话题，与学生的实际生活密切相关。因此，笔者通过开展社会实践，将材料和问题进行“本土化”处理，利用“问题驱动”教学法提升学生的学科核心素养[1]。
2 教学目标
生命观念：初步形成协调与平衡观、局部与整体相统一观，树立可持续发展的观念。
科学思维：能够搜集挖掘身边的生态工程实例，分析搜集的这些实例运用的生态工程原理。
科学探究：能独立开展社会实践，能运用生态工程原理尝试设计简单的生态工程。
社会责任：将顺德水污染现状與生态工程建设关联起来，增强学生为家乡环保做贡献的使命感。
3 教学过程
3.1 在“漫画创作”中感悟生命观念
创设学生活动“漫画创作：请描绘你眼中地球的模样”，并引导学生在积极讨论中得出必须要开展生态工程建设的结论，从而引出本节主题。
设计意图：形象生动的作品令导入过程轻松新颖，有助于帮助学生树立可持续发展的观念。
3.2 在社会实践中提升探究能力
如何让学生深刻感受到生态工程建设的必要性和重要性是教师需要仔细探索的问题。笔者认为纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。考虑到顺德境内河流纵横，水网交织，是珠三角河网密度最高的区域之一。因此，笔者拟定了主题为“顺德水污染现状调查”的社会实践活动。组织学生分小组进行户外实地考察[2]。
以一个小组为例进行展示，该小组深入顺德区伦教街道，研究羊大河水体的现状。水面上漂浮着大块的白色污物，污染显而易见，居民以戴着口罩应对黑臭水体。是什么原因导致了污染？经调查，河道两岸随意堆放生活垃圾、两公里以内就有大小不同的数十个排污口、居民缺少环保意识、河道周围的木工厂等都是导致污染的原因。学生取回水样，在实验室进行进一步比对与研究，最后得出羊大河的污染情况比较严重。调查结束后，学生迫不及待地搜寻了很多治理水体污染的方法。但是大多是一些投入大、持续时间短的物理方法。教师及时总结，提出了一种经济、简便的生态工程治理法，既点明了生态工程建设的重要性，又激发了学生进一步学习的积极性。
设计意图：这种结合本地水资源现状开展的社会实践，让学生发现了离他们很近但从未关注过的环境问题，激发了他们想要去一探究竟的欲望。在社会实践中，学生的生物学科核心素养得到了提高，特别是科学思维和科学探究能力。同时，对家乡顺德的环境问题的关注也激发了他们的社会责任感。
3.3 在“形成概念”中锻炼科学思维
3.3.1 物质循环再生原理
引导学生利用现代科学技术，将书本原有的无废弃物农业模式图进行补充，以进一步实现物尽其用。通过研究发现，以往被焚烧的秸秆还有很多用途，如造纸原料、牲畜饲料、发电的直接燃料、取暖燃料棒;另外，还可以利用粪便制得沼气等。
设计意图：将书本现有信息进一步加工处理，实现物尽其用，有利于加深对学生物质循环概念的理解和运用，锻炼学生的科学思维。
3.3.2 物种多样性原理
以塞罕坝建设为背景材料，通过比对改造前和改造后的图片，让学生分析昔日“飞鸟无栖树、黄沙遮天日”的荒凉景象是如何变成生意盎然的国家森林公园，引导学生明白这背后既有对物种多样性原理的巧妙运用，又有塞罕坝人“愚公移山”的坚韧精神。
设计意图：让学生学会分析归纳材料，提升科学思维，树立物种多样性的生命观念，同时在生物课堂中渗透德育教育，鼓励学生做任何事情都要持之以恒。
3.3.3 协调与平衡原理
创设学生活动，让学生寻找能体现协调原理的例子，搜集被污染的滇池、本校旁一条富营养化河流等素材。善于观察和分析身边现象从而得出相应结论，是培养科学思维的更高要求。为体会平衡原理内涵，让学生在课前制作生态缸，并分析各自失败原因，使学生发现大部分失败原因是生态缸中消费者数量过多或生产者数量过少，从而得出维持平衡的重要性。这一活动对培养学生的科学探究精神起到一定推动作用。
设计意图：鼓励学生积极思考，细心观察身边环境，突破书本的局限搜集更多实例，加深对协调与平衡概念的理解，锻炼学生的科学思维。
3.3.4 系统学和工程学
创设一个改造顺德养鸡场的问题情境（如图1），让学生利用以上所学三个原理改造养鸡场，改造后要实现生态和经济效益双赢。教师整合学生的想法得到最优化的方案（如图2），顺势教学整体性原理、系统学与工程学原理的相关内容。引导学生发现一个优化的生态工程方案设计既要物尽其用（如造纸厂和沼气池的设计），也要因地制宜（如载种芒果、荔枝这种符合广东气候特点的果树等）。通过这样的学生活动，可让学生将所学原理有机整合，将知识融会贯通。 设计意图：加强知识点之间的关联，让学生变被动接受式学习为主动探究式学习，实现学生从科学思维向科学探究的提升。
3.4 在“学以致用”中提升核心素养
为了让学生将所学知识学以致用，并归纳总结之前知识点。创设一个“制定顺德水污染治理方案”的学生活动。引导学生在讨论后自己设计各种生态工程治理方案。这个过程不仅加深了学生对知识的理解，更让他们体会到用所学知识解决实际问题的快乐。这种学以致用的成功体验感是其日后进行生物學习的最佳催化剂。以下是学生提出的治理方法构想。
（1）物质循环再生原理：淤泥、生活垃圾、工业垃圾等加以循环利用。
（2）物种多样性原理。①单一或复合微生物：可以转化水体中的氮元素和磷元素，治理河水富营养化问题。②适当比例的多种水生植物可以吸收氮元素和磷元素，并抑制藻类增长。③物种配比合理的水生动物以水体中的细菌、藻类、有机碎屑等为食，可有效减少水体中的悬浮物、提高其透明度，并且延长生态系统的食物链、提高生物净化效果。④协调与平衡原理：人类活动对水体的影响不能超过其环境容纳量。⑤整体性原理：净化水体，美化环境，为人们提供休闲场所。⑥系统学和工程学原理：充分发挥水生植物品种间的互补搭配，对光照、营养和空间形成竞争优势，漂浮植物和挺水植物可作为先锋植物，为沉水植物的生长创造条件。
设计意图：学以致用、激发学生的学习兴趣、提升学生的核心素养。
4 教学反思
4.1 问题设置与核心素养落实情况反思
本节课利用问题驱动式教学，问题形式多样，回答形式不拘一格，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作能力。这有利于让生物学科核心素养在课堂中真正落地，使学生的能力得到真正提高。
4.2 教学效果反思
本节课在活泼、开放、民主的氛围中完成了基本知识的教学，课程最大亮点在于“全员参与、各尽其能、社会实践、激发兴趣、主动探究、学以致用”。课堂中生成的很多问题可以有多种回答形式，如“你眼中地球的样子？”学生可以通过绘画形式表达想法;“如何理解污染是放错地方的资源？”学生可以用手工作品完美诠释;“顺德水污染现状调查”活动中，小组内各成员分工明确，采样、查资料、做实验、问卷调查、写报告等，大家各司其职、各尽所能，不仅锻炼了思维能力，也提高了与人沟通交流的技巧。同时，课程中将很多问题进行“本土化”处理，如学生搜集到的学校旁被污染的河流、改造本地养鸡场、设计方案治理本地水污染等，让学生能直接将所学知识运用到实际当中，实现真正的学以致用。
本教学方案从设计、实施，再到修正，经历了一个多月时间，笔者在带领学生进行社会实践的过程中收获颇多。学生带着好奇和问题走出课堂，进行实地考察，在发现问题后带着更明确的目标和更强烈的好奇心回到课堂学习，并积极尝试利用所学知识解决在实践中遇到的问题。这种变被动为主动的学习方式更有利于锻炼学生的思维能力和提高学生的核心素养。
【参考文献】
[1]王更强.聚焦新教材与学科核心素养[J].中学生物教学，2020.
[2]周娜芳.生物实践活动实例——“生态工程的基本原理”教学案例[J].中学生物学，2013.
【作者简介】
江蕊（1986～），女，贵州贵阳人，研究生，中学生物一级教师。研究方向：生物化学与分子生物学。