如何通过核心问题推动深度学习————以生态系统单元培养学生系统性思维为例

        本单元内容由青中一校三区大科学组乡亲们研发，版权所有

        一个单元的教学马上就要展开了，教学方案、读本、任务单、课件、视频均已准备就绪。按理说上课如此进行已经完全没有问题。是什么想法使得追求完美的科学组老师们最终又重新组织设计了整个单元？是什么问题吸引同学们一个周都沉浸在兴奋之中？是什么任务让孩子们利用休息的点滴时间也要跑到科学教室查找资料解决问题？

背景

      本周的学习单元是生态系统，是我们科学融合课程第二大主题“结构和功能”的最后一个单元。在这个主题中，孩子们从原子、分子、细胞、个体、种群、群落、生态系统一直学到太阳系和宇宙。太阳系和宇宙的内容因为之前涉及了很多，我们就把这两部分内容放到了小学段自学。所以，生态系统是本主题共同学习的最后一个单元。首先让我们梳理一下本单元的学习目标：

      从知识技能来分析：课标要求举例说出水、温度、空气、光等是生物生存的环境条件。举例说明生物和生物之间有密切的联系。概述生态系统的组成。列举不同的生态系统。描述生态系统中的食物链和食物网。解释某些有害物质会通过食物链不断积累。阐明生态系统的自我调节能力是有限的。阐明生物圈是最大的生态系统。

      从素养来分析：本主题明线是建立结构与功能相适应的科学大概念，暗线是系统性思维的培养。

      思维的发展以次第而分有三层：逻辑思维、辩证思维、系统思维。逻辑思维的代表是亚里士多德体系和牛顿的经典力学，辩证思维则由爱因斯坦的相对论和普朗克的量子物理代言，系统性思维才代表着科学的未来。本主题学习中，从原子到宇宙，都是系统，且越来越复杂。到生态系统已经足够复杂，而对于宇宙人类尚且还不能完全的解读。那么系统性思维培养到这里就到了一个节点。我们怎样利用复杂的生态系统模型更进一步地培养学生的系统性思维？我们怎样检验通过这个主题的学习，学生系统性思维能力发展到了何种水平？如何在落实素养的同时也保证知识落地？（其实素养包括知识，另文再论）。经过集体的智慧，一个新的经典的核心问题诞生了：

核心问题

      假如你是上帝（张天师、如来佛祖也行，根据信仰来选吧），创造地球的同时，在距离地球252万亿光年仙女座大星系的某个区域，也创造了另一个星球（自己随便命名），上面也存在着生命。请你设计并描述这个星球，要求只有一个，要求有生物生存，且能稳定延续。

          学生们听到这个问题兴奋极了，有的决定三个人一起设计，有的决定两个人商量。有的决定单干。团队合作的同学们，还约起了周末怎么交流合作。紧接着从各式各样的名字开始，作业就这么在孩子们激动兴奋的心情下展开了。

展示

          （作业完成后的展示，目的主要是暴露问题。兴奋开心的同时，别忘了还有具体的要求，那就是要有生物生存，且能稳定延续。）

      展示中，我们看到了孩子们丰富的想象力，派大星、炸鸡腿星、异形母星、流星等等。上边的谭氏山脉、贾氏火山、框氏沼泽也是被组员抢着命名。甚至还出现了ZDM虫，LKX花、CXL树、WZG兽等等竟然以老师名字缩写命名……

      不过兴奋的展示结束之后，就是要直面同学们犀利的提问了。“你们这个星球的能量来自于哪里？”“谁为异形提供食物和能量？”“你们这个星球有没有水和空气？”一个个不太留情面的问题，让每组展示者不禁头上冒汗。不过不用着急，让我们一个一个问题的分析，逐个解决问题，这不正是深度学习的动力吗？

                        改

      这是本单元深度学习的主要过程。

第一次深度学习和修改

      展示、提问、讨论结束后，正好下课。作业是：根据提出的问题，修改不合理的地方。实现的是相互学习。

第二次深度学习和修改

      第二的版作业拿来了，讨论十分钟，谈谈收获，再看看是否还有问题。然后老师们提供了资源，根据资源，我们共同来回答一系列的问题。通过问题，再度审视自己的设计稿，再修改。

                核心问题下的二级问题

    问题一：你的星球生物生存的环境是怎样保证生物存在和延续的？

      对应课标要求：举例说出水、温度、空气、光等是生物生存的环境条件。

      对应系统性思维：系统环境因素、系统要素

    问题二：你的星球上有哪些要素？他们相互的关系是怎样的？

      对应课标要求：举例说明生物和生物之间有密切的联系。概述生态系统的组成。列举不同的生态系统。

      对应系统性思维：系统要素×关系

    问题三：你能否尝试规范的表达这些关系？

      对应课标要求：描述生态系统中的食物链和食物网。解释某些有害物质会通过食物链不断积累。

      对应系统性思维：系统要素×关系

    问题四：在这些要素及他们的相互关系作用下，物质如何循环，能量如何流动，信息如何传递？

      高于课标要求，为系统性思维的高阶层次而设置。

      对应系统性思维：系统的物质流、能量流、信息流思维

    问题五：为何要构建一个星球？生物圈Ⅰ、Ⅱ号为何失败？

      对应课标要求：阐明生态系统的自我调节能力是有限的。阐明生物圈是最大的生态系统。确立保护生物圈的意识。

      对应系统性思维：系统规模、边界、动态平衡。

      我们为学生解决这些问题提供的读本和脚手架（由谢益佳老师主导研发）

学习后的定稿和展示

      深度学习结束后，孩子们还要对他们的设计进行最终的修改和展示。当然，这里还不能说是最终。我们可以想象，这个问题切会在他们以后的岁月里不断去思考呢。

课标要求的强化落实

      实验学校部分的学生面临着中考的现实压力。因此，我们还研发了相应的练习和知识性诊断题。（由柴晓丽老师和吕凯旋老师主导研发）