高中生物学差异教学模式初探——以“生态系统的能量流动”为例∗
时间：2023-02-23 11:20:07 来源：千叶帆 本文已影响人
刘 欣 （北京师范大学附属中学 北京 100052）
传统的高中生物学课堂教学，往往采用“着眼中间，兼顾两头”的教学策略，主要面向班级中间层次的学生开展教学活动。随着新课程改革的推进，学生在课程选择方面拥有了更大的自主权，“分层走班”逐渐被“选课走班”所取代，同一教学班内的学生在认知准备、学习意愿和学习能力方面存在较大的差异，传统的教学模式难以满足学生的差异化需求，而差异教学模式为这一新挑战提供了解决问题的途径。
差异教学模式是指在差异教学观念、理念和原则的指导下建立的教学活动结构框架和活动程序，是发现并利用学生差异的一组相对稳定的教学方法和策略，其理论架构如图1所示。
差异教学要求教师在课前诊断学生的差异，为不同层次的学生制定适合的学习目标。对认知准备不足的学生进行课前指导，帮助其缩小与同伴间的差距。之后以课程标准为依据，制定所有学生都应达到的基础性学习目标和面向学有余力者的高阶学习目标。在课堂教学中，教师应根据学习主题，设计多样化的学习菜单，供学生选择适合的学习资料和任务，并在学生探索过程中为不同层次的学生搭建“脚手架”，引导学生彼此互助合作，实现共同发展。最后，差异教学强调持续性地及时反馈与多元评价，以帮助不同发展水平的学生都获得最大程度的进步。
本文以“生态系统的能量流动”为例，介绍对差异教学模式的探索。
1.1 学情诊断与认知铺垫 “生态系统的能量流动”一节需要学生构建模型，说明能量流动的过程和特征，据此解决实际问题。要完成这一学习任务，学生必须具备关于生态系统的结构、生物体物质与能量代谢的知识储备。“生态系统的结构”一节的后测表明，学生对该部分概念掌握情况较好，因此，课前诊断主要聚焦于物质与能量代谢部分。诊断问题如下。
1）绿色植物的同化作用方式是什么？绿色植物单位时间同化能量值和呼吸作用消耗能量值通常用什么指标表示？
2）动物的同化作用类型是什么？食物中的能量是否都会成为动物体内的能量？
教师提供微课和阅读资料，有困难的学生自主选择借助微课或阅读资料获得认知铺垫，之后再回答问题。
1.2 挑战性学习目标的制定 根据课程标准的内容要求与学业要求，本节课的基础性目标预设为：
1）从物质与能量观的视角，概述生态系统的能量流动过程和特点；
2）进行生态系统能量流动的科学史数据分析和模型构建；
3）讨论生态系统能量流动原理在现实生产、生活中的应用。
本节课面向学有余力学生的高阶目标是：在实现上述目标基础上，阐明能量流动模型是对自然生态系统能量流动的高度抽象、概括化的表征，并能运用其解释某些与能量收支有关的生命现象，解决现实问题。
2.1 构建生态系统能量流动过程的概念模型 教师引导学生分析奥林匹克森林公园湿地中的一条食物链“浮游植物→浮游动物→鲢鱼（Hypophthal‐michthys molitrix）→中白鹭（Ardea intermedia）”，回答学习任务单上的问题：
1）能量是怎样输入第一营养级的？
2）第一营养级同化的能量有哪些去向？分别是通过什么生命活动实现的？
3）能量是怎样输入第二营养级的？第二营养级同化的能量有哪些去向？
4）能量在第三、四营养级的变化与第二营养级的情况是否相同？
5）该食物链仅是湿地营养结构的一部分，据此绘制的示意图能否反映整个生态系统的能量流动途径？
学生3人一组，根据问题串进行讨论，用箭头和关键词绘制能量流动过程的示意图，建立概念模型。之后在教师组织下进行展示和交流，说明除最高营养级之外，各营养级同化的能量都有呼吸散失、传递给下一营养级和遗弃给分解者3个去向。这一概念模型具有普适性，虽然生态系统的营养结构非常复杂，但可将同一营养级的所有生物合并处理。
学有余力的学生可在完成上述任务基础上，观察赛达伯格湖的能量流动途径（图2），思考自己的概念模型与此是否相符。
2.2 建立生态系统能量流动过程的数学模型 教师说明将各营养级同化能量、呼吸作用散失的能量和遗体残骸中的能量分别用字母A、R和V表示，营养级用n表示，请学生回答任务单中的问题。
1）列出每一营养级的能量收支等式，预测各营养级生物量的变化。
2）各营养级遗弃给分解者的能量总和与分解者利用的能量是否一定相等？
3）用字母表示生态系统输入的总能量与散失的总能量，预测生态系统未来的变化。
4）各营养级同化能量值的大小关系是怎样的？为什么？
学生分组讨论上述问题，最后在教师引导下进行交流，说明各个营养级能量收入为An，能量支出为Rn+Vn+An+1，某营养级单位时间能量收入与支出不一定相等，可能会有未利用的能量U，能量收支等式可表示为：An=Rn+Vn+An+1+Un。如果U>0，该营养级生物量会增加，反之，生物量则会减少。各营养级遗弃给分解者的能量与分解者利用的能量不一定相等，如果前者大于后者，会出现遗体残骸的堆积现象。生态系统输入的总能量为A1，输出的总能量为各营养级与分解者呼吸作用散失能量之和，如果输入大于输出，说明该生态系统中的群落演替尚未达到相对稳定状态。生态系统中营养级越高，同化的能量数值越小，因为上一营养级中必然有一部分能量会呼吸散失和遗弃给分解者。
学有余力的学生在完成上述任务之余，可分析各类群动物用于生长发育和繁殖的能量占同化能量的比例（表1），根据不同类群动物代谢特点思考其生产效率存在差异的原因，并对畜牧养殖业提出建议。
表1 各类群动物的生产效率[3]
2.3 检验生态系统能量流动的模型 教师引导学生分析赛达伯格湖的能量流动图解，对已构建的能量流动模型进行检验和修正。首先请学生标注图解中各项数据的含义，验证自己的概念模型。之后计算各营养级的能量收支及整个生态系统的总能量收支，验证数学模型，判断出赛达伯格湖年输入能量值远高于年散失能量值，是一个不成熟的生态系统。最后，指导学生比较各营养级的同化能，计算相邻2个营养级间的能量传递效率，归纳概括生态系统能量流动的特点，从系统有序性和稳态维持的角度阐明能量流动的意义。
3.1 教学中的持续反馈 差异教学强调持续的大面积的教学反馈，及时了解和满足不同学生的学习需要。本节课的教学反馈分为课前、课中和课后3个环节。
课前教师批改学生的问题诊断作业，指导没有通过问题诊断的学生及时完成任务。
课堂教学中，在分组活动期间观察各小组的情况，及时给予个别指导。在交流表达环节，既鼓励学生主动表达，也有意识地请具有典型错误的学生回答问题，组织学生进行讨论和纠正。例如，有的学生认为第二营养级同化的能量是其摄入食物的能量，此时，应引导学生说出粪便中的能量并没有进入动物体内，属于第一营养级遗弃给分解者的能量。
课后教师收集和批改学生的学习任务单。部分学生对选做任务进行了思考作答，教师通过批注引导其理解科研工作者研究能量流动的建模方法，尝试解决畜牧业生产中的实际问题。课后的反馈还包括对学生作业的批改。
3.2 差异化的多元评价 本节课在课前进行诊断性评价，课中和课后主要进行形成性评价，通过各环节的反馈，帮助学生了解自己的学习任务达成情况，及时调控学习进程。
本节课的课后作业中，除作为基础性作业的习题外，还包含2项探究性作业，一项是提供我国2010—2020年粮食产量和大豆进口量的数据，说明进口大豆的主要用途是榨油和作饲料，请学生用能量流动的原理解释为什么在大豆价格大幅上涨时我国仍不能将粮食用地改种大豆；
另一项是提供我国科学家研究水生群落能量流动的论文，请学生阅读论文，简述生态学家测定能量流动各项数据的方法。学生可自主选择完成其中一项作业。教师根据学生作业情况对其概念理解水平和应用能量流动原理解决实际问题的能力进行评价。
本节课采用的差异教学模式是一种“保底不封顶”的模式。前测和认知铺垫有效补齐了部分学生在学习准备方面的不足，帮助其达成基础性目标。课堂学习中设置差异性任务，学有余力的学生在完成共性任务之后，可自主选择拓展任务，延伸至课后的师生互动保证了其自主学习活动的有效性。
本节课中学生的学习是小组合作探究学习与独立学习穿插进行的。以小组为单位完成能量流动的概念模型构建、数学模型构建和模型检验这3个学习任务，在此过程中学生以问题串为线索进行头脑风暴，实现组内异质合作，共同进步。而在小组间交流、讨论和教师解释、纠错时，学生是在独立学习，可自主选择听讲或完成拓展任务，从而实现了隐性动态分层。
总之，教师围绕学习主题设计以问题解决为目的的探究性活动，提供可选择的学习菜单，帮助学生从自身情况出发，选择适合的学习任务和学习途径，并给予及时的反馈，是实现差异教学、促进学生生物学学科核心素养发展的关键。
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