生物多樣性實踐案例開發模式的研究與應用

文_張　帆／北京市西城區青少年科學技術館

一、研究背景

開展以生物多樣性調查為主題的生物教育活動是培養未來高素質公民的要求。2021年，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于進一步加強生物多樣性保護的意見》，明確“加強宣傳教育”。《義務教育生物學課程標準（2022年版）》要求嚴格落實國家課程方案和課程標準，開齊、開足、開好中小學科學課及相關學科課程，開展實驗和探究實踐活動，落實跨學科主題學習原則上應不少于10%的教學要求。鼓勵學校利用課余時間，安全、規范地向學生開放各類實驗、實踐場所，為學生創造良好的實驗實踐環境和更多的動手機會[1]。

二、研究意義

1. 生物多樣性融入有助于多主題整合

在日常教學中，落實生物學核心素養往往存在教學素材不足、教學開展的有效途徑不夠多樣、示范性案例不足等情況。目前生物學教學過程中，各個主題間從位置分布角度相對獨立，且學習內容間存在的關聯在教學中需要加強。“生物多樣性”實則貫穿在生物課教學的各個主題中，側重生物分類和生物多樣性保護，使之成為生物學學習的暗線，在各個主題中均有表現[2,3]。

2. 增強感性認識有助于加強學習效果

很多生物對于學生而言比較陌生，一些學習內容也與學生有一定距離。學生缺乏生活經驗，對生活中遇到的很多生命活動現象積累不足，不利于開展深入學習。此外，教學過程中的評價形式不夠豐富，簡單的評價方式難以全面、客觀地評價學生在生物多樣性學習中的表現。生物多樣性的教學目標不僅包括知識的傳授，還包括學生的情感態度、價值觀及實踐能力的培養，因此需要更加多元化的評價方式綜合評價學生的學習成果，但教師在設計和實施多元化評價時可能會遇到困難，如評價指標的確定、評價工具的選擇等。

3. 形成開發模式有助于教學實踐

生物多樣性實踐案例開發模式對一線教師進行課程設計提供了基礎性的理論框架，讓一線教師可以利用身邊資源，加強學生在實踐層面的活動或任務布置，進一步增加或強化學生在生物多樣性層面的感性認識。

三、研究思路與內容

1. 研究思路

（1）發現學習和教學過程中的困難　研究分別從學生和教師角度，尋找與發現教學過程中存在的困難。學生對于生物多樣性學習存在認識上的偏差，教師發現在生物多樣性教學過程中存在課時緊張、內容松散、學生感性認識基礎不足等情況。

（2）基于真實問題的設計與實施　研究在問題的基礎上提出解決方案，比如豐富學生對生物的認識，在不同主題中實現多樣生物以研究對象的形式“落地”；利用多種學習策略，如項目式學習使過程性內容模型化，探究式學習使具體的現象問題化等，實現跨學科實踐的同時豐富學生的學習形式；將生物多樣性的內涵與其他主題結合，如不同植物的氣孔形態與功能與生存環境結合、群體中隱性矮化與自然選擇的關系等。

（3）用實驗方式檢驗研究模式效果　研究通過實驗實施不同程度的分組，探討生物多樣性實踐和嵌套模式應用的效果；通過觀察實施前后、不同實施組別的學生學習效果和能力差異，討論此研究對學生核心素養發展的影響。

本研究的思路框架如圖1所示。

圖1　研究設計思路框架

2. 研究內容

根據學習內容，從生物多樣性與其他主題的關系，分析生物多樣性內涵如何滲透到其他主題；根據學習效果，從學生的學習困難與核心素養培養，分析如何將多樣生物特征展現給學生或如何利用多種教學策略；根據評價方式，從真實教學和活動情境的多元評價方式，分析如何利用實踐活動對學習效果進行立體化評價。希望本研究能以案例作載體，提升學生的核心素養；以模式為途徑，增強真實的實踐反饋；以培訓為推廣，將成果應用于更多學校；以效果為方向，促進教師的教學反思。

四、研究結果

1. 多元嵌套模式

研究提出多元嵌套模式（如圖2），對于城市生物多樣性實踐案例的開發與應用，嘗試解釋生物多樣性主題與其他主題的結合方式。另一方面，將城市特點與實踐活動的性質進行有效結合，將模型應用于案例開發和后續實驗研究過程中。

圖2　多元嵌套模式

（1）形成內容豐富的主題嵌套教學模式　生物多樣性表現在不同主題層次，形成主題嵌套。在結合過程中，生物多樣性可以作為背景、素材、應用等，扮演多種角色，具體可分為形式嵌套和內容嵌套。

·形式嵌套

不同生物的案例可以應用于具體方法的素材，例如在生物體結構層次內容中，植物組織和器官的觀察采用葉的橫切，可根據生活中不同特點的植物葉作為素材，學生既能鞏固葉的結構，也能發現葉的不同，為物種多樣性打下基礎，形成題材嵌套。

從生物結構角度（客觀事實）建立與環境的聯系，進而推論生物演化的過程與原因，形成環環相扣的邏輯思維過程，利用不斷給出的證據（生物多樣性的表現）引領主題之間的聯系，引導學生邏輯思維的發展，形成邏輯嵌套。

從生物之間的相互作用，以及如何發揮不同生物結構、行為的特點，作為生物促進或抑制其他生物的方法，在生態系統或為人類社會發揮作用，形成應用層面的嵌套。

根據感覺形成的原理，判斷感覺障礙的成因；與遺傳疾病相聯系，結合表現遺傳多樣性內容，分析產生疾病的可能性，形成分析層面的嵌套。

·內容嵌套

以生物多樣性為背景，選用情境與其他主題結合形成大單元，如為社區設計一種防治蟑螂的方案，即可從種群、食物鏈、生活習性等角度多方面嵌套。從內容結合角度，能使教學更立體，豐富生命觀念的維度，使科學思維更加生動，貼近生活而形成探究實踐的動力，也能從身邊出發培養學生的態度與責任。

（2）形成調查應用實踐與教學結合的情境嵌套教學模式　情境嵌套主要表現在充分利用課外資源從生活層面為學生提供豐富的感性認識和學習素材，引發學生學習興趣，在課堂教學中形成理性認識應用于社會與生活，再不斷修正認識與規律反饋，進一步學習抽象規律，從而指導實踐，形成創新能力，螺旋上升，發展學生素養，即認識基礎（課外）—原理及規律（課堂）—應用與實踐（課外）—反饋與深化（課堂）—創新與發展（課外）。

為深化實踐活動的教育效果，課前、課后分別與課外資源形成聯動，要將理論學習與實踐活動有機結合起來。例如，在課前布置任務，對特定地點的環境、生物進行觀察，課上利用觀察結果開展活動、進行實驗、設計項目，課后將課上學習成果付諸生活中實踐，布置對應的實踐性任務。舉例說明，在學習“綠葉在光下產生淀粉”內容前，為學生布置任務前往公園、社區或校園內，觀察植物的葉，記錄葉的特征；課上教師為學生準備多種葉，學生根據課前觀察結果進行對應，實施本課實驗，發現淀粉產生的必要條件；課后布置拓展實驗，尋找具有類似外形、結構等特征的葉，觀察生活環境，推測淀粉產生結果，也可以再帶回學校進行實驗驗證。

（3）形成課外活動與競賽參與的評價嵌套模式　評價嵌套是在活動過程中通過觀察和統計學生作品，整體綜合評價學生核心素養及關注方向等多方面水平。如在西城區設有保護生物多樣性海報設計制作比賽、觀鳥比賽等活動，在學生當前階段性評價方面，不僅能從學生的技術水平角度觀察學生的能力，也能從關注對象與認識事物的科學性角度發現學生的特點；從學生發展性評價方面，可以縱觀年際學生的能力變化、關注傾向，以及學校間差異等情況。除此之外，還有各種級別的實踐活動、課外活動、課后活動等可以作為評價學生的切入點。例如，可以關注在實踐活動中學生對生命現象的興趣、對問題的發現、對未知現象的思考、對已學內容的應用與分析、對已學方法的實踐等方面，以及學生關注對象的深度和廣度。活動過程還有利于開展學生的小組協作和學生互評等工作。結合日常教學的嵌套評價與反思可以幫助教師不斷調整和改進教學，達到發展學生核心素養的目標。課外活動的評價比較開放，可結合活動特點和課程標準，根據學生關注的領域方向、關注對象的著眼點、對于細節問題的思考，以及持續興趣的傾向性等問題進行評價。

2. 基于城市生物多樣性的實踐活動與應用實驗

在研究和設計的基礎上將成果應用于教學實驗，涉及10余所學校，包含北京市第一六一中學、第三十五中學、第一五六中學等多所基地校的平行班，共437名學生，連續2學年（4學期）進行跟蹤調查。根據生物多樣性綜合學習實施與否，分別在每所學校設置實驗組和對照組。通過對是否采用主題嵌套和情境嵌套的班級作為調查對象，以評價嵌套方式分別在課堂、課后實踐作業、課外活動評價開展，學習內容覆蓋不同主題。

例如，在“觀察多樣的細胞”主題活動中，在制作臨時裝片后進行顯微鏡觀察過程中，讓學生繪制和描述不同生物細胞的特征與其他能夠關注的內容。學生的關注內容包括模糊和具體特征2個方面，其中模糊特征包括大小、顏色，具體特征包括長度、體積、數量、形狀等。在生物結構層次教學過程中，實驗組強調結構多樣性差異，并給出更多結構細胞材料進行觀察，關注細胞體積、長度等具體特征的學生人數顯著多于常規教學班級人數，有些學生還會向教師詢問測量方法。而在常規班級中，學生也關注相應的特征，但往往以大小作為描述方式，對于描述的準確性或關注的具體程度方面，二者存在一定差距。

在城市生物多樣性實踐環境教育活動案例中，存在對于外形特征關注的能力培養內容，如對花粉萌發過程的描述、水蚤外形及心臟所在部位的描述等。實驗組學生在經過學習后，逐漸養成從外形特征和細節觀察生物結構及生命活動過程的素養，逐步從多角度認識結構，形成生命觀念中的結構與功能觀，也體現了在探究過程中關注細節和過程。

本研究在開展課外實踐活動或實驗過程中觀察了不同組別的表現，統計了不同行為層次表現的學生人數。依據認識過程，以及主動思考和嘗試解決問題的層次，將學生行為類型分為“嘗試描述現象”“嘗試解釋”和“嘗試模擬過程”3個層次，體現學生主動學習和探究實踐的能力。結果顯示，實驗組在上述3個層次的表現分別為93%、73%和23%，而對照組表現分別為95%、43%和8%，在“嘗試解釋”和“嘗試模擬過程”2個層次的差異顯著。

以生物多樣性為主題開展區級活動和競賽，在不斷開展相關實踐活動和科普活動后，從植物、動物等角度可分析區內學生的整體學習成果，例如通過城市公園中的水生生物或在特定季節出現的生物，可評價學生對生物物種、生物生存環境和生物行為規律等的了解程度。舉例說明，在鳥類外形模擬活動中要求學生描述北京城區濕地的鳴禽，學生可以利用比賽提供的基礎模型，用繪畫的方式表現通過觀察看到的鳴禽；在觀察成果展現的基礎上，還可以考查學生對于問題中“北京”“濕地”“鳴禽”的認識，鼓勵學生在日常活動中更多積累。此外，利用植物栽培、保護生物多樣性海報設計、鳥類外形模擬和鳥類生態攝影等活動，依據學生的作品可評價學生對于生物多樣性及生物與環境的認識。3年來，共收集到相關活動中的學生作品6?284份，經過比賽要求的篩查，發現學生對于生物物種的關注度、物種生活的環境，以及物種的生態類型的認識顯著提高（如圖3），表明采用多元嵌套模式對學生的學習和認識有顯著影響。

圖3　學生描述物種生態類型正確率的年度對比

通過鳥類外形模擬活動的開展，隨著研究的實施，結果表明不僅在生態類型描述方面有顯著提升，對生物特征的描述準確率，即對生物特征的正確認知也有明顯的促進作用。生物的外形結構往往是學生認識生物的直接方式，是否能夠發現生物的結構特征、比較不同生物的差別，是認識生物的基本能力。很多生物具有獨特的結構，比如疣鼻天鵝的額部突起、石竹的鋸齒形花冠、顯花植物的三孔花粉等。培養學生耐心、細心地發現生物特征是幫助學生認識生物的重要手段，在培養學生觀察能力提升和生命觀念形成的同時，也不斷培養學生的科學思維和探究實踐能力。

五、總結與分析

生物多樣性多元嵌套模式在學生能力提高、核心素養提升方面效果較為顯著。研究發現，需要在城市環境中提升學生對生物多樣性的認識和學習效果，為學生提供更多感性學習素材，有助于幫助學生構建基于生物多樣性的以生命觀念為基礎的多主題結合大概念。課題成果案例能幫助學生通過觀察現象，在發現問題的同時嘗試解決問題，提升科學思維和探究實踐的發展。經過生物多樣性實踐案例開發與應用模式的實施，可以達到以下效果。

（1）建立學習中的聯系　在學習過程中，幫助學生建立生物學各個主題與生物多樣性的關聯，進一步深化學生對生物學的整體認識，通過項目式學習、探究式學習等方法，根據生活中的現象不斷深入學習，促進學生科學思維和探究實踐能力的提高。

（2）突出城市環境特點　生物學是基于生命和現象的學科，學習過程中需要不斷綜合運用觀察、調查和實驗等方法探尋生命活動規律。人為課外資源豐富是城市的重要特點，在生活中結合身邊具有城市特點的課外資源，如校園、社區、街道、公園和博物館中的生物種類、現象和相關教育資源，能讓學生發現生活中的真問題。

（3）增加實踐在學習中的比例　生物學作為實驗學科，對城市資源的利用、對于深化學生的學科知識掌握和應用具有重要作用。特別是從生活出發，發現身邊的生命活動現象，開展多種形式的實踐方式（觀察、調查、實驗、模擬等），形成更多感性認識和理性思考，不僅可以深化學生對生物學的認識，還能有效促進核心素養的提升。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部．義務教育生物學課程標準（2022年版）[M]．北京：北京師范大學出版社，2022．

[2] 李俊清．保護生物學[M]．北京：科學出版社，2012．

[3] 孫儒泳．動物生態學原理（第四版）[M]．北京：北京師范大學出版社，2001．

（本文為北京市教育科學“十四五”規劃2021年度青年專項課題“基于城市生物多樣性調查的環境教育活動研發與實踐研究”（編號：CJCA21130）成果）■

來源 | 《中國科技教育》2025-01，文章編輯：畢晨輝

編輯、排版 | 孟想