中外高中生物教学对我国高校生态学科教学的启示

          杨予静，潘磊，汪正祥，李中强 

（湖北大学资源环境学院/区域开发与环境响应湖北省重点实验室，湖北 武汉 430062）

[摘要]：在我国强调生态环境建设、高校开设生态学专业的背景下，加强生态学科教学具有重要意义。生态学最初从生物学的一级学科中划分出来，因此生物学可为生态学科教学提供启示。高中是大学教育的前期阶段和基础，本文在对比国内外高中生物教学模式的基础上，从培养学生的观察能力、创设教学情境、培养学生自主学习的习惯等方面对我国高校生态学科教育的提出了思考和建议。高校教师可以借鉴高中生物教学模式，从多方位、运用多种教学手段促进课堂教学，让生态教学更高效。

[关键词]：生态学；高校教育；教学模式；科学素养

[基金项目]：2019年度 湖北大学研究生教育教学改革研究项目“翻转课堂在拔尖生态学创新人才培养模式中的应用及案例库建设”（编号：2019-yjs009400-014536）

[作者简介]：杨予静（1988），女，湖北武汉人，讲师，博士，，出生地：湖北十堰，单位：湖北大学资源环境学院生态系，主要从事森林生态学研究。通讯作者：潘磊（1981），男，湖北武汉人，副教授，博士，出生地：湖北武汉，单位：湖北大学资源环境学院生态系，主要从事生理生态学研究。

当前生态环境的破坏和恶化已经成为制约人类社会和经济可持续健康发展的重要因素，并直接威胁着人类的生存与健康。我国生态环境的保护和综合治理工作已引起了各界的高度重视和社会公众的广泛关注。我国也多次明确指出和推进了生态环境综合保护体系建设，统筹和推进了包含生态文明建设在内的“五位一体”总体布局，进行山水林田湖草综合治理[1, 2]。

在强调生态建设和生命共同体的背景下，我国部分高校相继开设了生态学本科专业，并有越来越多的高校和研究院所增设了生态学硕士和博士研究生培养点。但是，生态学作为一个相对年轻的学科，2011年才从生物学的一级学科中独立出来。同时，高中是大学教育的前期阶段和基础，在该阶段，生态学属于生物学的内容，但其对生态学基础知识的关注和强调相对不足。因此，加强我国高等院校生态学科教学，并从高中生物教学方式中吸取经验，可为现阶段我国高校生态学科教学提供参考。基于此，本文从高中生物的教学方式方法出发，比较中国与国外高中生物教学的区别，进而为目前我国高校生态学科教学提出一点思考和建议。

1 国内生物教学方式

生物类课程贴近自然、贴近生活。因此，在条件允许的情况下，生物教师能够充分利用课堂内外的资源进行生物类课程的教学。目前，这些资源主要包括校内的基础设施资源、校外的基础设施和自然资源，以及校内外信息和技术的网络化综合课程资源等。通过实际的现场考察、实验室的动手操作等，学生们能对生物学知识和原理产生感性的认识，并能在生活中领悟生物学和自然科学的奥妙，进而强化对生物类学科的学习。

此外，在课堂教学中，最常见的是使用多媒体资料。与传统教学手段相比，利用电脑和多媒体具有内容丰富、开放、形式多样等特点，且能在互联网上随时找到最新资源。它能调动和吸引学生多种视觉感官主动参与课堂教学活动，激发和培养学生的学习兴趣；更有可能紧密联系现代经济社会、科技的发展与进步以及学生的生活，促进学生的主动参与、探究、交流和团队合作[3]，这种方式也是当今教学的主流方式。近年来的教学改革和翻转课堂的理念，使教学过程中学生变为课堂的主人[4-6]。但是，目前多数教学仍缺乏对学生科学素质和能力水平的培养，特别是到了大学阶段，这种能力的缺失将严重影响学生逻辑思维和创造思维的建立。

2 国外生物教学方式

国外的高中生物教学以英属国家的IGCSE/GCE A-level和欧美国家的IB生物学、AP生物学为代表[7]。这些课程均在相应的国家被普遍使用和重视，具有如下教学特点：

（1）重视科学史教育，揭示探究过程

在A-Level生物教科书中，每个话题内容都会有若干HSW（How science works），着重介绍科学史和现代科学家的探究实验过程，使学生在了解科技发展和科研过程的同时，学习更多有关的生物和自然的知识。课本在内容上，较多地结合具体的教学内容，精选自然科学史（特别是生物学史）中典型实验和人物事迹作为范例，介绍与教学相关的科学家完整的科学探究过程，即发现问题、提出假说、设计实验并实施、分析实验现象得出结论等环节。这些内容的安排在用较易懂的文字深入浅出地讲述这些生物学史的同时，还特别配有科学家的照片及其进行科学探究过程的图解。近些年，较为流行的Crash Course也特意加入了科学史和人物的介绍。这种教学方式将知识与科学的探究过程相结合，让学生从这些知识的获得中懂得了为什么要从事这些研究以及结论获得的全部过程。更重要的是，使学生们像科学家一样探索，体悟科学思想与方法，培养学生的科学研究精神[8]。

再比如，“酶”的教学在国内外的生物教学中都属于重点。在讲解酶促反应效率时，国内教学重在酶对物质消化的结果。与之不同，国外教学则侧重酶对物质消化的过程，即将淀粉酶和淀粉悬浮液放置在不同温度的水浴中混合，每隔30s依次将一滴混合液转移到点了碘液反应板的不同穴上，记录每个反应穴中液体的颜色。随后，教材给出了计算反应速率的公式，并要求学生利用实验数据绘制图表，最后根据图表得出结论。由此看出，国外生物教学让学生从感知上接受酶对食物的消化是一个持续缓慢的过程。

（2）传授科学方法，体验科学探究

科学探究思维方法的本质是基于对现象的认识和观察，利用科学假设和理论进行各种逻辑推理，最后得到科学的研究结论。然而，科学方法探究的逻辑思维过程又往往表现出某些习惯性思维的方式或途径。因此，国外的生物学教学根据这一特点，特别注意训练学生的科学方法和逻辑思维。

国外多数的生物教材或教辅在课后作业部分，往往通过引导学生创设实验性的问题情境，诱导和鼓励学生参加实验探究，强调学生自己发现问题、提出问题，鼓励学生先对所提出的问题进行大胆的预测或猜想，进而引导他们进行实验设计，验证自己的猜想。比如，国外的教学实践特别强调如何提高实验的可靠性（reliability）和准确性（accuracy）。在用图1所示的装置研究光照强度对植物光合作用效率的影响时，教材重在引导学生设置重复、去除异常值提高实验的可靠性；通过用集气法而不是数气泡个数、测定气体中氧气含量提高实验的准确性。

图1 测定光照强度对植物光合作用效率影响的实验装置

（3）随着不同阶段逐渐提升学习深度

国内现行高中生物教材根据主题内容分为6册（必修3册和选修3册，每本阐述不同的内容）。与之不同，尽管国外教材也包含多册，但每本基本内容相似，不同的是知识的深浅。总体上，可以将国外生物课程的学习计划分为4个关键阶段。

在阶段一，学生观察、探究并提出有关生物问题。学生开始共同学习、收集帮助他们解答这些问题的证据，并且将这些证据与一些简单的科学思想联系起来。学生评估实验证据并考虑所作的比较或所做的实验是否正确。该阶段注重学生们使用参考资料、借助科学语言、图表，共同交流和分享彼此的观点。如在IGCSE阶段的考察中，有大量的描述数据变化趋势、实验结果的题目。

在阶段二，学生开始了解范围更加广的生物学现象，开始建立各种科学思想间的联系，并利用模型和理论解释现象。该注重将有关科学思想的知识和理论运用于熟悉的日常生活事件，培养你学生思考科学技术的发展对环境等方面的正面和负面影响，以独立和合作的方式进行更系统性的调查研究；利用较多的科学语言和图表，向他人介绍研究成果及其意义。

进入阶段三，学生开始学习扩展他们的科学知识和理解力，在不同的科学领域间构建联系。更加侧重利用科学思想或模型解释实验现象，理解一连串熟悉的科学原理；思索别人的观点，并思考不同人得到不同结论或产生意见分歧的原因。该阶段的教学使学生从事更多的定量测试，利用广泛的参考资料，以自己独立和团队合作的方式，进行科学调查研究，主要目的是能利用广泛的参考资料，清楚地向他人介绍自己的工作及其意义，特别是认识到科学家们如何协同工作以致力于当今的科学发展。

阶段四即最高层次，学生开始懂得更加广泛的科学思想，并在更深的层次上思考。在谈论工业的、伦理的和环境的问题的过程中，他们思考科学的力量和局限，以及不同的人是如何对科学的作用持不同观点的。通过学习，学生需要看到不同领域科学家们如何工作以拓宽新观点，新理论起初如何引起争论，以及不同的社会文化背景如何影响理论被接受的程度等。

可见，国外的生物教学立足于提高学生的认知及科学思维发展的水平，循循善诱引导学生树立学习探究的思维和方法。这样的方式既有助于学生更好地理解和掌握所学知识，又使学生在实践中对所学知识有所选择、判断、解释和运用。

3 基于国内外生物教学方式的生态学科教学模式优化

如上所述，我国学科体系中，生态学最初从生物学的一级学科中划分出来，故生态学与生物学密不可分，生物学的教学方式对生态学科教学具有一定的启示作用。

现行的教育提倡以学生为主体和中心，从解决学生可能感到困惑的实际问题入手，以提高学生自我探究、解决问题的意识和能力为宗旨，最终实现“教是为了不教”[9]。由于生态学是一门一自然学科，能揭示和预测许多自然界的现象，促进人与自然的和谐发展，所以生态学相关课程的教师在课堂中不应仅是知识的讲解者，更应是学生学习实践活动的组织者和信息的收集与重组者。教师可以结合中外生物教学的有效教学手段和思路，更多的渗透生态文明教育、科学利用广泛的自然资源、着重培养科学思维，捕捉生活和环境中的各种信息，把有价值的各种生态问题转化为教学问题，开放学生视野，以科学为导向，采用启发式教学。

第一，培养学生的观察和感悟能力，提供主动观察的空间，提高学生的主体意识。学生的观察活动是通过看、听、嗅、尝、摸等动作，对自然界万物和自然现象进行认识的过程，是人们认识自然界客观事物的基本方法，十分有助于加深对知识的理解与记忆。对于生态学科，广泛结合了生物学、环境学、地理学的相关知识，从微观、个体层面（如细胞、组织、系统等）到宏观、群体层面（如种群、群落、生态系统、景观等）均有涉及；既包含了大量对自然界的认识过程，又包含了室内的生化分析实验、计算机操作等。因此，生态学具备了多学科交叉和融合的学科特点。在高校生态学的教学中，可多采用学生参与式学习的方式，扩展第二课堂，增强课堂的代入感。比如，在群落水平上，可以带领学生观察校园中的植物群落，讲解群落的垂直和水平结构，并提示学生植物群落是否具有四季的变化，让其观察和感悟植物群落的时间动态；在景观水平上，可以让学生利用计算机软件模拟生态系统脆弱性评价、生态规划等。

第二，创设教学情境，培养学生对知识的探索和迁移能力，特别是培养科学研究思维。教师可参考国外的生物教学方式，深入浅出的引领学生探索未知，。比如给出某一生活现象，通过提问或者讨论的方式，引导学生从是什么、为什么、如何证明等方面深入思考，一步一步培养学生的科学思维。另一方面，任何一门学科都是有不同学习层次的，对于生态学这样一门具有交叉性质的学科，在教学中教师可尝试联系多门基础学科的知识，在不断回顾和引申中促进学生的知识迁移能力的培养，深入学习。课堂教学中，也可以联系生活实际，创设丰富的课堂学习活动情境，让学生意识到学会这些知识就一定能够有效解决问题，从而使学生自觉探索新知[10]。比如创设如表1所示的一些个体生态学的教学情境，引导学生如何用个体生态学知识解释这些生活现象。。

表1 个体生态学部分知识点与生活中常见实例

知识点

生活中实例

应激性

含羞草

生态因子的综合作用

生物的生存中同时受到多种生态因子的影响

根对矿质离子的吸收

一次施肥过多，会导致“烧苗”；盐碱地里一般不长庄稼

水分代谢、矿质代谢

养植物的生活体验

蒸腾作用

移栽植物时采取幼苗期移栽、根部带土移栽、移栽遮荫

影响光合作用的因素

合理密植；间作套种；立体种植；温室效应

第三，培养学生自主学习的习惯。任课教师可以引导学生复习和认真研究前面所学的内容，发现问题，自己进行分析总结，也可让学生自行收集查阅文献资料，逐步研究解决问题，培养高校学生自主认知的科学素养。而对于学生进行自主学习后无法理解和解决的问题，教师要重点教授，通过培养学生高效获取知识、综合运用知识的能力。建议将大学中类似于文献检索的课程提前到大一、大二阶段，专业课中设计专业问题，布置学生课下文献搜集、总结、汇报等活动，从大学的低年级起培养学生们的自主学习能力和习惯，并强化其科学探索精神。

总之，在现今我国高校的生态学科教学中，教师可以借鉴高中生物教学方式和特点，运用多种教学手段促进课堂教学，充分利用生态学的交叉学科的特点，重视加强学生学科知识体系建设和科学思维的培养，让教学更具有启发性、科学性和针对性。

参考文献

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[4] 李作学, 齐艳霞, 荆浩, 等. 基于MOOC混合教学模式的设计与实践[J]. 高教学刊, 2019, (18): 97–99.

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[10] 阎光才. 大学本科的教与学:理论与经验、理念与证据[J]. 华东师范大学学报(教育科学版), 2019, 37(6): 1–15.

The eEnlightenment of Biology teaching in Chinese and foreign high schools to university Ecology teaching in universities 

Yang Yujing, Pan Lei*, Wang Zhengxiang, Li Zhongqiang

(Hubei Key Laboratory of Regional Development and Environmental Response, Faculty of Resources and Environmental Sciences, Hubei University, Wuhan 430062, China)

Abstract: Our country has emphasized the construction of ecological environment and offering the major of Ecology in some universities. In such context, it is of significance to strengthen the teaching in Ecology subjects. Since Ecology was originally divided from the first discipline of Biology, and high school is the early stage and foundation of higher education, the Biology teaching can provide enlightenment for the Ecology teaching. Based on the comparison of Biology teaching modes in Chinese and foreign high schools, this paper offers some suggestions on the Ecology teaching in universities in China, including cultivating the student observation ability, creating teaching situation and cultivating student independent learning habit. The teachers in universities can learn from Biology teaching in high schools, and use a variety of teaching methods to promote classroom teaching, making the Ecology teaching more effective.

Keywords: Ecology; higher education; teaching mode; scientific literacy