实践探索| 当环境改变后会发生什么——关于动物、植物和真菌间食物网关系的 5E 教学法
谢里·布朗,佐治亚·德鲁利,马塞勒·加内罗尼,道格·麦考伊,王誉成.当环境改变后会发生什么——关于动物、植物和真菌间食物网关系的5E教学法[J].科学教育与博物馆,2015,1(05):373-376.DOI:10.16703/j.cnki.31-2111/n.2015.05.013.【】本文通过对“动物、植物和真菌食物网关系”探索课程的介绍，详细分析了“参与、探索、解释、阐述、评估”5E 教学法的课程设计和教学策略。通过课程增加了学生对于自然环境的认识，帮助他们了解到任何微小的生物在生态系统中都有不可或缺的作用。【】食物网 生物信息表	一个学生对掉到地上的虫网感到难过， 另一个学生表示“我不知道原来幼虫这么重要”。学生通过完成一个可视的食物网模型，了解到动物、植物和真菌间的关联后，普遍这样认为。学生通常有很多学习食物链的机会，这些食物链可能画在黑板上、出现在照片中或是通过电子设备观察到。“太阳—青草—兔子—老鹰”是最常用的食物链例子。   但是， 食物链在自然界中并不是独立存在的。Drive 等（1994）发现当学生只学习线性食物链时，他们难以理解这些食物链与其他生物体和生态系统间相互依赖的关系。该研究中，95%的 15 岁学生认为， 食物网会因为一条食物链的变化而发生巨变；18% 的学生认为处在食物链中较高等级的生物对于等级低于它的生物来说全都是捕食者。因此，我们建议学生在通过食物链模型来了解生态系统的同时， 应该去思考各食物链间的相互关联性（例如：食物网）。   为了给三年级的学生设计这门课程， 我们回顾了《K-12 科学教育框架》、《新一代科学教育标准》和聚焦于生态系统或濒危物种的出版物。为了使课程与学生的生活实际有所关联， 我们将食物网的教学与当地溪地落叶型森林的环境相结合， 选择当地的动物、植物和真菌（即生物因子）。我们为每个生物因子提供了一张信息表， 并在活动中用一个纱线球连接各个不同的营养级。为了使信息表上的专有名词更容易理解，尽量使用浅显易懂的语言重新措辞。试图围绕以下关键词作为重点，如：生物因子、非生物因子、栖息地、生物群落、生产者、消费者（食草动物， 杂食动物，食肉动物，食腐动物）、食物链或捕食 / 被捕食关系。		在返回教室的路上，我们回顾了栖息地、生态系统以及食物网的定义， 讨论了蛴螬的栖息地以及苗床生态系统。蛴螬以腐烂的蔬菜为食，同时它也会成为鸟、臭鼬、黄蜂、苍蝇或真菌的食物。接下来，我们准备构建另外一个相似的生态系统——一片有着一条缓慢流淌小溪的落叶型森林。首先，我们将一组写有本地动物、植物和真菌详细信息的生物因子卡反扣在桌子上， 让学生们各自挑选一张。接着告诉他们可以将卡片佩戴在胸口，这样卡片上的图片和名字就显而易见了。当展示石蚕信息表（见表 1）时，我们引导学生阅读表格上的信息，简要地提及林奈创立的双名制命名法。在引入一些常见的科学术语之后， 我们并不急于明确这些词汇的含义。   在完成了以上任务之后， 学生们佩戴着生物因子卡，拿着他们的笔记本，在教室里坐成一个圆圈。每个学生在生态系统中都代表着一个完全不同的因子， 组成一个能够展示各个因子与其他因子之间关系的网络（见图 1）。我们建议由科学教师代表非生物因子，例如：太阳。教师握住纱线球的末端，说：“太阳为树木提供阳光， 使得树木能够制造糖份或能量。”一个代表树的学生接过教师手中的纱线球。为了制造一个新的关联， 代表树的学生拿着线并将纱线球递给其他人——代表树能使用的生物或被使用的生物。他描述了树与鹿之间的关系，代表鹿的学生确认了彼此的关联，接着挑选圈中另一名学生。这个过程持续进行， 直到圈中的每个人都至少被提及一次，有的学生可能不止一次被提及，重复多次即象征了生物之间的多种关联。一旦每个人都被包含进这个食物网，我们要求学生抓住纱线，这样纱线之间会产生张力。我们向学生说明，如果模型中某个因子在数量上发生改变，代表该因子的学生就用力拉纱线，象征该因子的变化。此时，我们会询问有多少人感受到了拉力。	在讨论生物因子之间关联性时，我们开始使用专业术语，如：生态系统、生产者（树、草）、食草动物（鹿、兔）、食肉动物（狐狸、老鹰、猫头鹰、山猫、蛇、鱼、蝙蝠）和食腐动物（蚯蚓、真菌）。我们向学生解释 “食腐动物”被引入是因为“分解者”与“食腐动物”二者有所重合，但又并不相同。“分解者”的功能是将有机物质分解成无机形式。真菌和细菌是分解者，因为他们能够分解土壤有机质， 而蚯蚓和秃鹫不是分解者，因为它们不能分解有机物质。我们还讨论得出， 一些动物成为杂食动物的原因是它们既吃植物又吃动物，比如北美红雀既吃动物（蚯蚓）也吃植物（种子、浆果）。	   我们使用一个可预测和收集生态系统数据的模拟软件，来强调各生物因子之间的相关性。这个软件能够用曲线图模拟生产者、 食草动物和食肉动物的数量随着时间变化而变化。我们从一条简单的食物链开始：最高级捕食者狐狸以杂食动物为食，而杂食动物以食草动物为食，食草动物以植物为食。我们从三种植物中挑选出一种， 从三种食草动物中挑选出一种，从两种杂食动物中挑选出一种，最终的那条链都指向了仅有的最高级捕食者——狐狸。 在运行模拟软件之前，让学生对动物和植物种类的数量（死亡数、增加数、减少数）做预测。在运行了两次模拟软件之后， 我们观察到植物和食草动物的数量在初期都发生了变化。杂食动物和顶级捕食者（狐狸）的数量波动非常小。在第一轮模拟中，当达到 20 个时间间隔时，所有动物和植物的数量达到一个稳定值（承载容量）。这个稳定值在第二轮运行到 20 个时间间隔时又再次出现。接着， 我们模拟运行了一个更为逼真的食物网， 在这个食物网中涉及了该生态系统中所有的生物。在模拟运行了两轮之后，当运行到 80 个时间间隔时，每个物种的数量都达到了一个均衡值。最后，科学教师通过改变食物网中生物因子的相互关系， 要求学生预测食物网的变化并观察结果。每个物种的数量变化都有据可循。比如，如果狐狸只吃一种杂食动物，我们观察到除了一种食草动物和一种植物， 其他所有的动物和植物都灭绝了。这表明食物网中一个小小的改变就可能带来多种变化， 这个现象在现实中的纱线模型中也有所体现。	这门课程教学环节的所有阶段都应进行教学评估。参与阶段为学生提供当地真菌、动物和植物的相关背景知识。探索和阐述阶段体现了学生检索和应用信息的能力。如果学生不能运用他们从食物网活动中所学到的内容， 那么我们会提供额外的时间阅读资料并讨论他们所代表的生物因子。最终学生们会完成一张包含他们所代表的生物因子详细信息的概念图。在总结评估阶段，学生将要回答与食物网、生产者、 濒危物种名录相关的两个多项选择题和两个开放性问题。之后学生通过构建 5 条食物链，最终形成一个食物网结构。因为之前学生已经使用过这些生物因子卡，所以他们对动物和植物都比较熟悉。如果时间允许，可以在班中分享彼此的食物链。	建构食物网模型很有意义， 这为学生树立了正确的自然观。通过这些本地的动物、植物和真菌，学生会认识到他们身边随处可见的一些生物其实与周围的大环境息息相关。参观本地动物园能让学生灵活应用所学到的知识，了解动物园保护动物所付出的努力， 懂得所有生物对于它所在的生态系统的重要性。他们亲眼目睹了生物保护计划的价值，这对理解这个星球上生命间的相互依赖性十分有意义。我们希望大家可以利用自己所在的地区（如：沙漠、沿海、山岭），想办法找到一些不同寻常的教育重点，与教育项目的组织者交流并共同设计出一个能让学生真正参与到教学内容中的教学方法。参考文献[1]Sherri Brown, Georgia Drury, Marcelle Gianelloni, et al. What happens when an environment changes: Visually exploring in- terdependent relationships among animals, plants and fungiwithin students’ local context [J]. Science and Children, 2015,52(8): 44-49.网络图片版权归原作者所有。原文刊载于《科学教育与博物馆》2015年第5期。作者：谢里•布朗 佐治亚•德鲁利 美国路易斯维尔大学马塞勒•加内罗尼  道格•麦考伊  美国路易斯维尔动物园王誉成 译北京交通大学