楊 慧 楊京舉

(安徽省銅陵中學(xué) 安徽銅陵 244100)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)正式提出生物學(xué)學(xué)科四大核心素養(yǎng),其中,“生命觀念”“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”是踐行和落實(shí)“社會(huì)責(zé)任”的基礎(chǔ)?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)“社會(huì)責(zé)任”這一核心素養(yǎng)給出了包括“結(jié)合本地資源開展科學(xué)實(shí)踐”“形成生態(tài)意識(shí),參與環(huán)境保護(hù)實(shí)踐”等釋義,同時(shí)也提出了“注意探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的課內(nèi)、外結(jié)合”的教學(xué)實(shí)施建議。研學(xué)旅行作為一種新型有組織的出校園、近自然、親社會(huì)、重實(shí)地體驗(yàn)與探究的校外課堂形態(tài),其真實(shí)的學(xué)習(xí)實(shí)踐情境更有利于激發(fā)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科知識(shí)進(jìn)行有效遷移,進(jìn)而使學(xué)生能正確分析和解釋社會(huì)實(shí)際問題,實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生社會(huì)責(zé)任的培育。下文以“廚余垃圾尋出路”生物學(xué)主題研學(xué)活動(dòng)為例,嘗試將研學(xué)旅行與倡導(dǎo)“探究式”的5E教學(xué)模式進(jìn)行有效結(jié)合,綜合落實(shí)生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng),從而最終促進(jìn)學(xué)生擔(dān)當(dāng)社會(huì)責(zé)任。

1 “5E 模式”應(yīng)用在生物學(xué)研學(xué)旅行中的價(jià)值

“5E 模式”是一種興趣與探究并存的教學(xué)模式,包括“吸引(Engagement)”“探究(Exploration)”“解釋(Explanation)” “ 遷移(Elaboration)” 和“ 評(píng)價(jià)(Evaluation)”五個(gè)既獨(dú)立又統(tǒng)一的環(huán)節(jié),學(xué)生可在好奇心的驅(qū)動(dòng)下開啟“質(zhì)疑—探索—實(shí)證—糾錯(cuò)—新建”的邏輯認(rèn)證過程,因此,“5E 模式”契合了《課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)的“組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)”的教學(xué)理念,同時(shí)也在新知的構(gòu)建與遷移應(yīng)用中,有效地落實(shí)了對(duì)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

生物學(xué)研學(xué)旅行是“研學(xué)”與“旅行”的結(jié)合體,是一種以貫穿生物學(xué)知識(shí)為主體的校外課程,但其在實(shí)施過程中易產(chǎn)生一些問題。一方面,相對(duì)于傳統(tǒng)課堂,“研學(xué)旅行”雖能較好地激發(fā)學(xué)生興趣,但受限于資源和時(shí)間的安排,它容易造成偏重“旅”而輕“研”的現(xiàn)象,會(huì)使“研學(xué)”在落到實(shí)處時(shí)大打折扣;另一方面,如果研學(xué)環(huán)節(jié)不夠系統(tǒng),“實(shí)地研學(xué)”環(huán)節(jié)重于“前、后期的準(zhǔn)備和總結(jié)”環(huán)節(jié),容易造成“觀后即忘”的現(xiàn)象,降低了“行與知”融合的效果。而5E 模式契合于生物學(xué)科特點(diǎn)及研學(xué)活動(dòng)的本質(zhì),可在有限的實(shí)踐時(shí)間內(nèi)使研學(xué)課堂最大系統(tǒng)化,既利于研學(xué)目標(biāo)的達(dá)成,又突顯落實(shí)生物學(xué)核心素養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)。

2 “5E 模式”下的生物學(xué)研學(xué)旅行實(shí)踐案例

2.1 確定研學(xué)主題

“健康環(huán)境、垃圾分類與資源化”是當(dāng)前熱點(diǎn)議題之一,而“廚余垃圾”在城市生活垃圾中占比較高,因其富含營養(yǎng)物質(zhì)和水分等特點(diǎn)而獨(dú)成一類,它在對(duì)人們健康生活和環(huán)境造成嚴(yán)重危害的同時(shí),也是一種較大的錯(cuò)位資源。本市隆中環(huán)保有限公司所掌握的厭氧發(fā)酵等先進(jìn)技術(shù)可對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行無害再利用處理,為了讓學(xué)生近距離感知科學(xué)處理“廚余垃圾”對(duì)保護(hù)生活環(huán)境和資源再利用有著重要的生態(tài)學(xué)意義,同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生綠色環(huán)保意識(shí)的社會(huì)責(zé)任感,教師確立了以“廚余垃圾尋出路”為目標(biāo)主題的實(shí)地研學(xué)活動(dòng)。

2.2 制定研學(xué)方案

教師針對(duì)實(shí)地研學(xué)所具有的“吸引性”“探究性”及“遷移性”等特點(diǎn),設(shè)計(jì)了以“5E 模式”為主體貫穿整個(gè)研學(xué)活動(dòng)的教學(xué)方案(圖1)和活動(dòng)報(bào)告單(圖2)。本方案主要將“5E 模式”的五個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地嵌合于研學(xué)課程的“行前”“行中”和“行后”三個(gè)階段,一方面為學(xué)生構(gòu)建新知體系搭建平臺(tái),促使學(xué)生“行與知”的有效融合,另一方面也引導(dǎo)學(xué)生在“行”“思”“學(xué)”的過程中自覺樹立生態(tài)文明意識(shí)和擔(dān)當(dāng)建設(shè)綠色家園的社會(huì)責(zé)任。

圖1 “5E 模式”下的研學(xué)旅行方案流程

2.3 研學(xué)前實(shí)施“吸引—探究”環(huán)節(jié)

研學(xué)前教師劃分學(xué)習(xí)小組,發(fā)放研學(xué)報(bào)告單并引導(dǎo)組內(nèi)學(xué)生相互合作完成問題探究:①廚余垃圾的特點(diǎn)及對(duì)生活環(huán)境的影響? ②本市廚余垃圾傳統(tǒng)處理方式及其產(chǎn)生的影響有哪些?

小組學(xué)生通過生活觀察、查找資料了解到:平日里家庭和餐飲業(yè)產(chǎn)生的剩菜剩飯及瓜果殼等易腐垃圾屬于廚余垃圾,廚余垃圾雖富含有機(jī)物(如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等)和無機(jī)物(水、無機(jī)鹽),但也極易滋生致病微生物。因此,廚余垃圾堆放時(shí)易腐爛產(chǎn)生異味污染大氣和生活環(huán)境,若其再以地溝油的方式進(jìn)入食物鏈回到人體,則對(duì)人體健康危害極大。此外,學(xué)生通過走訪問詢了解到本市生活垃圾傳統(tǒng)的處理方式以礦坑填埋為主,但眾多堆放的垃圾極易因高溫自燃而產(chǎn)生有害氣體,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致有害液體下滲而污染地下水源,從而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。

設(shè)計(jì)意圖:教師通過調(diào)查探究使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生活中廚余垃圾的現(xiàn)狀和危害性,使學(xué)生為即將開展的研學(xué)活動(dòng)儲(chǔ)備知識(shí),同時(shí)也激發(fā)學(xué)生為“廚余垃圾尋出路”的好奇心。

2.4 研學(xué)中5E 實(shí)施的過程

2.4.1 吸引

教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察廠區(qū)內(nèi)種植的菜地與綠化植物的分布,在學(xué)生了解所施用的肥料種類后,教師及時(shí)提出疑問:人工種植的農(nóng)作物,種群的空間特征是何種類型? 有機(jī)肥的原料是什么? 有機(jī)肥料與化學(xué)肥料間有什么區(qū)別?

學(xué)生通過種群空間分布相關(guān)知識(shí)的遷移及信息的提取能很快得出答案,但對(duì)于“兩種肥料的區(qū)別”,教師則不直接給出評(píng)價(jià),而是引導(dǎo)學(xué)生帶著疑問去自行探究。

設(shè)計(jì)意圖:教師讓學(xué)生直面實(shí)地情境,一方面使學(xué)生將其所學(xué)種群知識(shí)遷移應(yīng)用,另一方面留白問題以吸引學(xué)生主動(dòng)探究廚余廢棄物的出路。

2.4.2 探究

首先,教師引導(dǎo)學(xué)生在展示大廳開展探究活動(dòng)一。教師先組織學(xué)生自行瀏覽“餐廚廢棄物預(yù)處理系統(tǒng)”“餐廚廢棄物處理工藝流程圖”“厭氧發(fā)酵和沼氣利用系統(tǒng)”等展示圖,并引導(dǎo)他們初步探究廚余垃圾被處理的流程。此后,再由工作人員帶領(lǐng)學(xué)生一邊參觀垃圾處理設(shè)備和運(yùn)作生產(chǎn)線,一邊講解廢棄物的預(yù)處理技術(shù)、厭氧發(fā)酵等技術(shù)處理系統(tǒng),同時(shí),教師引導(dǎo)學(xué)生思考問題:①與傳統(tǒng)垃圾處理方式相比,厭氧發(fā)酵技術(shù)的實(shí)質(zhì)及優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在哪里? ②根據(jù)厭氧發(fā)酵工藝流程并結(jié)合所學(xué)知識(shí),探討影響發(fā)酵效率的因素可能有哪些? 在此過程中,教師通過適時(shí)提問引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究,使學(xué)生及時(shí)將“所見所聽”轉(zhuǎn)化為新知,也為學(xué)生后續(xù)探究無廢垃圾做知識(shí)鋪墊。

在探究活動(dòng)一后,教師繼續(xù)帶領(lǐng)學(xué)生在環(huán)保展示室開展探究活動(dòng)二。學(xué)生先觀看“廚余廢棄物處理技術(shù)”的視頻,隨后,工作人員介紹所陳列的“三相分離”、厭氧發(fā)酵后的產(chǎn)物和腐生生物黑水虻。教師根據(jù)參觀內(nèi)容,先引導(dǎo)學(xué)生解決遺留問題“有機(jī)肥與化肥的區(qū)別”,而后提出新問題與新要求:①黑水虻屬于生態(tài)系統(tǒng)中的何種組成成分? ②嘗試構(gòu)建“無廢垃圾”循環(huán)利用模式圖。③從物質(zhì)與能量的角度分析,廚余垃圾“變廢為寶”的生態(tài)學(xué)意義? 在此過程中,教師通過創(chuàng)設(shè)具體情境使學(xué)生的舊知得以有效遷移,并以構(gòu)建模型的方式使學(xué)生將探究的新知內(nèi)化為完整的知識(shí)體系。

設(shè)計(jì)意圖:教師通過設(shè)疑激思的方式將學(xué)生的參觀興趣轉(zhuǎn)化為探究新知的內(nèi)驅(qū)力,并使學(xué)生在組內(nèi)合作交流中探尋出廚余垃圾“變廢為寶”的路徑,同時(shí)提升了學(xué)生的學(xué)科思維和遷移應(yīng)用新場景的能力。

2.4.3 解釋—評(píng)價(jià)

解釋主要是小組代表展示組內(nèi)探究成果及小組間討論交流的過程。評(píng)價(jià)主要是指學(xué)生針對(duì)同一探究問題先交換意見進(jìn)行相互評(píng)價(jià)、再由教師及時(shí)點(diǎn)評(píng)完成過程性評(píng)價(jià)、最后教師總結(jié)探究問題的過程。

在探究活動(dòng)一中,小組代表解釋了傳統(tǒng)的礦坑填埋對(duì)居住環(huán)境會(huì)造成二次嚴(yán)重污染,而厭氧發(fā)酵技術(shù)則是利用微生物的分解作用將廚余垃圾進(jìn)行降解并最終產(chǎn)生甲烷等物質(zhì)的過程,其會(huì)受到溫度和pH 等因素的影響,其他小組進(jìn)一步補(bǔ)充了發(fā)酵原料、微生物數(shù)量及活性等影響因素。教師點(diǎn)評(píng)后總結(jié):廚余垃圾的劣勢(shì)即危害性,優(yōu)勢(shì)即資源性,生產(chǎn)生活中可利用厭氧發(fā)酵技術(shù)通過多種微生物的共同作用將垃圾中的有機(jī)物逐步分解,產(chǎn)生可再利用的沼氣和沼渣等物質(zhì),從而使廚余垃圾能再被利用。

在探究活動(dòng)二中,小組代表先從營養(yǎng)成分和土壤受到的影響兩個(gè)方面對(duì)比了兩種肥料的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì),之后闡述了組內(nèi)合作所構(gòu)建的“無廢垃圾”循環(huán)利用模式圖,并在組間互評(píng)及教師點(diǎn)評(píng)中完善模型(圖3),接著,教師引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟模型中“發(fā)酵罐中的微生物可利用有機(jī)廢物中的能量和物質(zhì)”“發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣作為能源被人類利用”“沼渣經(jīng)發(fā)酵或被分解者黑水虻分解成營養(yǎng)元素全面的有機(jī)肥以用來栽培作物”所體現(xiàn)的生態(tài)學(xué)意義。最后,教師總結(jié):廢棄物中的能量通過不同途徑被人類所利用,提高了能量被多級(jí)利用的效率;有機(jī)肥在栽培作物時(shí)還田進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的循環(huán)再利用。

圖3 “無廢垃圾”循環(huán)利用模式圖

設(shè)計(jì)意圖:在學(xué)生的匯報(bào)交流和生生互評(píng)過程中,教師的適時(shí)點(diǎn)評(píng)和總體評(píng)價(jià)一方面推動(dòng)學(xué)生自我反思,幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系,另一方面也使學(xué)生領(lǐng)悟到“能量多級(jí)利用”和“物質(zhì)循環(huán)再生”在生活實(shí)踐中的重大意義,從而強(qiáng)化了學(xué)生建設(shè)綠色家園的社會(huì)責(zé)任。

2.4.4 遷移

在研學(xué)歸途時(shí),教師要求學(xué)生整理并完善研習(xí)報(bào)告單,撰寫研習(xí)成果及體會(huì);同時(shí),教師介紹了本市“可回收垃圾”和“其他垃圾”的無害處理方式以及資源再利用的途徑,讓學(xué)生體會(huì)垃圾的源頭及末端分類具有重要的意義。

設(shè)計(jì)意圖:教師開展遷移活動(dòng),旨在培養(yǎng)學(xué)生歸整資料的能力,幫助學(xué)生樹立垃圾分類的意識(shí),提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。

2.5 研學(xué)后實(shí)施“遷移—評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)

研學(xué)結(jié)束后,學(xué)生進(jìn)行了研學(xué)成果及心得體會(huì)的匯報(bào)交流活動(dòng)。通過這些活動(dòng),教師一方面幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的鞏固及有效遷移,使學(xué)生在匯報(bào)中鍛煉及豐富自我表達(dá)的能力;另一方面,教師根據(jù)學(xué)生所寫的報(bào)告及體會(huì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià),指出學(xué)生在研學(xué)中的不足之處并給予指導(dǎo),為學(xué)生以后研習(xí)效率的提高做鋪墊。

3 總結(jié)反思

“廚余垃圾的出路”中所運(yùn)用的生物學(xué)原理分布在新教材的不同模塊中,如厭氧發(fā)酵涉及“微生物特性與呼吸作用”、沼渣制肥還田涉及“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”等。對(duì)于這些知識(shí),傳統(tǒng)課堂多偏重概念的講授,脫離真實(shí)情境的同時(shí)使學(xué)生難以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。因此,教師開展貫穿5E 教學(xué)環(huán)節(jié)的生物學(xué)主題研學(xué)活動(dòng),一方面打破了理論與實(shí)際間的隔閡,使學(xué)生的學(xué)以致用得以強(qiáng)化;另一方面在促使學(xué)生主動(dòng)探究“廚余垃圾再利用途徑”的同時(shí),使課程滲入了承擔(dān)與構(gòu)建健康環(huán)境職責(zé)的生態(tài)意識(shí)教育,最終使學(xué)生的社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)得以達(dá)成及提升。