新课标高中生物人教版选择性必修123册教材解读《生物与环境》教学建议.docx
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新课标高中生物人教版选择性必修123册教材解读《生物与环境》教学建议
致教师
选择性必修2《生物与环境》是高中生物学课程的三个选择性必修模块之一。
本模块包括种群、群落、生态系统、环境保护等内容，这些内容是生物学课程必不可少的组成部分，是学生全面理解生命现象及其内在规律必需的知识，也是发展学生核心素养所需的支撑性内容。
学习这些内容可以为学生未来参与生态文明建设、美丽中国建设奠定知识基础、能力基础和观念基础。
因此，本模块内容是其他模块不可替代的，具有独特的育人价值。
一、本模块的育人价值
《普通高中生物学课程标准（2021年版2021年修订）》（以下简称“课程标准”）中在本模块内容要求之前，有一段总括性的话对本模块的教育意义作了阐述：
有助于学生理解生命活动的本质，了解系统分析的思想和方法，提高对生命系统与环境关系的认识，并为学生树立人与自然和谐共处的观念、形成生态意识、环保意识和践行绿色低碳生活方式奠定基础。
课程标准在“学业要求”部分，进一步提示了本模块的教育意义，即完成本模块学习后，学生应该能够：
运用数学模型表征种群数量变化的规律，分析和解释影响这一变化规律的因素，并应用于相关实践活动中（生命观念、科学思维、社会责任）；举例说明不同类型群落的结构、特征及演替规律（生命观念）；使用图示等方式表征和说明生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的过程和特征，并对相关的生态学实践应用作出合理的分析和判断（生命观念、科学思维、社会责任）；从生态系统具备有限自我调节能力的视角，预测和论证某一因素对生态系统的干扰可能引发的多种潜在变化（生命观念、科学探究、社会责任）；分析或探讨人类活动对自然生态系统动态平衡的影响及人工生态系统带来的经济、生态和社会效益，并尝试提出人与环境和谐共处的合理化建议（生命观念、科学探究、社会责任）。
在课程标准关于学科核心素养的阐述中，四大方面都与本模块内容有关，其中与本模块内容具有显著关联的，是社会责任中的“树立和践行‘绿水青山就是金山银山的理念’，形成生态意识，参与环境保护实践”。
这些社会责任方面的课程目标，其主要的课程内容支撑，就是本模块。
教材全面落实课程标准的有关要求，是实现本模块育人价值的重要载体。
本模块的育人价值主要表现在以下几个方面。
（一）引导学生理解生态学基本概念
本模块教材围绕课程标准中选择性必修的概念2组织内容，全面落实其中的二级、三级概念。
生物与环境的关系、种群、群落、生态系统等概念，是本模块教材内容的主体。
高中生物学的必修和选择性必修1模块，主要是从细胞和个体水平探讨生命现象和生命活动的内在规律。
学习本模块教材，则可以理解多细胞生物，特别是高等生物，它们的延续和发展离不开同种生物构成的群体——种群；种群的数量处于动态变化中，会受到其他物种和非生物环境的影响，种群的生存和发展也离不开它与其他生物共同构成的群落；群落中各个物种相互联系形成有机整体，群落里各种群都有自己的生态位；生物与环境之间相互影响，生物与环境构成统一的整体——生态系统，生态系统中发生着物质循环、能量流动、信息传递，生态系统具有自我调节的能力从而维持相对稳定；人类具有强大的改造环境的能力；人类的可持续发展依赖于人类如何协调人与自然的关系，因此，我们必须保护环境，并通过生态工程建设美好家园。
这些内容都是从群体水平上理解生命活动的必备知识。
虽然学生在初中阶段已经学过一些生态学内容，但是初中所学内容总体比较粗浅，多为现象描述。
本模块教材在初中所学有关概念的基础上，深入探讨群落和生态系统结构与功能的关系，以及系统运转的内在规律。
高中所学的生态学基本概念、基本原理和规律，对于学生从群体水平认识生命活动的本质，把握生命活动的内在规律，并由此获得对整个生命世界图景的认识，更进一步建立生态学思想观念，发展核心素养都非常重要。
（二）本模块在发展核心素养方面的价值
本模块在发展学生的核心素养方面，具有独特的育人价值。
1．生命观念
在自然界，大多数种群的数量总是处于波动之中，但是也有不少种群能维持相对稳定；不同种群组成群落，分别占据相对稳定的生态位，不同种群相互制约又相互依存，维持着种群之间的协调和平衡；群落在演替，但变化中也维持相对稳定，顶极群落则可能长期处于相对稳定状态；生态系统时刻进行着物质循环、能量流动和信息传递，并通过反馈调节维持稳定。
以上这些内容都蕴含稳态与平衡观。
生态系统由非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者等成分组成，它们紧密联系构成结构与功能统一的整体。
生产者、消费者组成的食物链和食物网，成为物质循环、能量流动的渠道。
这些内容蕴含结构与功能观。
群落中各种群之间，生态系统各组分之间并不是杂乱地堆积在一起，而是相互联系构成彼此关联的整体，这样才能形成有序的结构，其中蕴含系统观。
种群、群落、生态系统都是开放的系统，需要从外界环境获取能量，与外界进行物质交换，既体现物质与能量观，也体现生物与环境之间相互影响，其中蕴含生态观。
在深入探讨群落中物种的适应性、生态系统的复杂性和稳定性时，追溯其产生原因，又必须从进化中寻找答案，体现出生态的舞台上总是进化在表演。
因此，生态观与进化观又交叉融合在一起。
在生态系统中，个体生命活动的进行、种群的繁衍、种间关系的调节等，都离不开信息传递；生态系统依靠反馈进行调节以维持稳定，反馈也离不开信息传递，这些内容也都有信息观蕴含其中。
2．科学思维
在科学思维方面，本模块教材的教育价值重在引导学生学习系统分析的方法、建立数学模型的方法，以及感悟生物学因果关系的复杂性。
系统分析是明确系统的边界后，在分析系统组成要素、层次结构的基础上，分析系统各组分间相互影响的定量关系，建立系统的数学模型，并利用计算机优化系统结构，使系统具有功能整合作用的问题分析方法。
系统分析一般包括四个阶段：
第一阶段为定性分析，包括划分系统边界、确定系统组分、分析系统层次、明确问题及研究目标；第二阶段为定量研究，包括定量研究各组分间的影响关系、建立系统的数学模型；第三阶段为模型分析，是在认识系统动态规律的基础上，确定系统的数学模型的参数，进行模型试验，以优化系统功能；第四阶段为系统结构优化，是通过模拟分析，优化系统结构，实行系统调控，使系统具有系统功能整合特性，实现系统功能的优化。
限于高中学生的发展水平和需要，本模块并不要求学生掌握如此完整的系统分析方法，而是重在让他们领悟系统分析方法的思想，初步学会从系统的整体出发，分析整体与局部、部分与部分、整体与外部环境之间的相互关系。
在进行有关系统分析的探究活动时，主要做系统分析的第一阶段的工作，有些活动可深入到第二阶段，如建立种群增长的数学模型。
建立数学模型是生态学研究的重要方法。
本模块教材介绍了建立数学模型的方法，安排了相应的探究活动，可以帮助学生理解建立数学模型的一般步骤，领悟并尝试应用这种方法。
生物群落中各种群之间、生态系统中各组分之间，往往是相互联系、相互制约、相互依存的，它们通过网络状的联系构成统一整体，其中的因果关系具有复杂性。
因此，学习本模块教材，可以了解生态系统中的因果关系往往不是线性因果，而是表现出循环因果和网络状因果的关系。
种群、群落、生态系统等各章内容都能体现这一点，典型的例子是教材安排了两个思维训练“分析循环因果关系”和“溯因推理”，它们主要着眼于引导学生理解生态系统中因果关系的复杂性。
与其他模块相同，本模块教材的科学方法教育既有侧重点，又是全方位的。
通过内容阐述和探究活动，教材可以帮助学生全面提高逻辑推理、实验材料选择、实验数据处理等方面的能力。
3．科学探究
本模块教材安排的探究活动十分丰富，包括8个“探究·实践”活动，以及众多的“思考·讨论”活动。
“探究·实践”既有在野外开展的调查、实验，也有在实验室进行的酵母菌种群数量变化的实验，还有制作生态缸、提出环保建议和计划的活动，形式非常多样。
有的“探究·实践”活动耗时较长，需要学生持之以恒地观察和维护。
这些探究活动可以全面提高学生的生物学实验操作技能、收集和处理信息的能力，以及科学探究的其他能力。
4．社会责任
本模块教材能帮助学生从生物与环境相互作用的角度去看待自然界，看待人与环境的关系，从而从整体上认识自然界，辩证地分析人类活动对生态系统的影响，从而自觉地建立人与自然和谐共处的观念。
这些思想观念，是学生建立生态意识、环境保护意识和践行绿色低碳生活方式的基础，也是建设生态文明的基础。
因此，教材在介绍生态学知识的同时，十分注重培养学生的社会责任意识，提升学生的担当能力。
学习完本模块，学生在理解有关生态学知识的基础上，将“人类”作为一个物种放进全球生态系统，关注人类与其他物种及非生物环境的关系，从进化的视角和系统的视角分析人类对生态系统动态平衡的影响，即可知道，人是自然界的一员，是生态系统整体的一部分，人的生存和发展依赖于自然，人又对自然界产生巨大的影响，影响着生态系统的动态平衡；基因、物种、生态系统的多样性是进化的结果，而进化不可逆转，物种一旦灭绝就无法再生，生物圈的动态平衡被打破后极难恢复。
因此，只有像尊重生命一样地尊重自然，才是“人与自然和谐共生”，人类才能由此得以永续发展。
这是本模块生态学基本概念和思想观念转换为社会责任素养的前提。
教材在培育学生的社会责任素养时，在整体设计的基础上，既有结合具体的知识内容潜移默化地渗透生态意识、环保意识等的教育方式，又有在第4章“人与环境”集中进行环保意识和生态文明教育的方式。
二、教学内容的设计思路和内容特点
（一）本模块教学内容的设计思路
本模块教材科学家访谈“尊重自然、顺应自然、保护自然——与方精云院士一席谈”，以对一位杰出生态学家的访谈开篇，既激发学生学习本模块的兴趣，又提示学生学习本模块很有意义和价值，还能给学生以多方面的启迪：
生态学研究的内容、方法和意义，生态学家的求实态度、刻苦精神，生态学研究的艰辛中也有乐趣，以及学习生态学的建议。
本模块教材安排了四章内容，前三章按照种群、群落、生态系统的层次依次展开，以从群体视角认识各层次生命系统的动态变化和平衡为主线，落实生态学的重要概念、体现生态学的思想观念。
在此基础上，再以第4章“人与环境”全面引导学生思考人和自然界的关系，既提升责任意识，又提高担当和行动的能力。
这四章章标题的形式均为“A及其（与）B”，前三章，章标题提示种群、群落、生态系统中存在“变化与平衡”，第4章章标题则提示应将“人”放到“与环境的关系”中去思考。
从可持续发展的角度看，协调人与环境的关系，其主要内容就是维持生物圈的稳态与平衡，因此，第4章内容可以视为第3章的延伸。
本模块教材的内容体系可大致表示如下图。
图1本模块教材内容的设计思路
（二）本模块教材的内容特点
在知识内容的选取和安排上，除了前面已经阐述过的全面落实核心素养的要求等，本模块教材还有以下突出特点。
1．聚焦核心概念，引领学生从生态的视角认识生命
生态学是一门分支众多的大学科，本模块教材以课程标准关于选择性必修课程的内容要求中“概念2生态系统中的各种成分相互影响，共同实现系统的物质循环、能量流动和信息传递，生态系统通过自我调节保持相对稳定的状态”为核心来组织内容，落实种群、群落、生态系统等重要概念。
在内容的选取与组织上，注意让学生通过学习生物与生物、生物与环境的关系，尝试综合、整体地理解个体与群体、局部与整体、生物与环境之间的复杂联系，由此建立起一系列思想观念。
本模块教材在介绍种群、群落、生态系统等知识的基础上，非常注意引导学生从生态的视角去认识生命世界，理解从生态的视角认识生命世界的必要性。
在有关种群的内容里，教材引导学生理解物种在自然界是以种群的形式存在的，需要注意个体与群体的关系，特别是要认识到个体在群体中才能生存和繁衍。
第1章章首页的设计，就充分体现了这一思路。
关于群落的内容，教材注意引导学生感悟自然界里没有孤立、封闭的种群，每个种群都与其他种群息息相关。
由此，学生可以明白从生态的视角看待生命，对于全面地理解生命、理解生物学来说是非常重要的；学生也能尝试从群体视角出发去分析、解决有关的问题，并能迁移到未来对学习、工作的团队及集体的认同。
本模块教材注意反映不同层次生命系统的独特性，以及上下级层次之间的关系，从而引导学生从生态的视角再次感悟局部与整体之间的关系。
种群表现出的数量特征，实际上是一个个个体综合在一起的结果，它完全不同于个体层次表现出的特征。
群落中的种间关系、生态位，群落的结构、群落的演替，也都是因为不同种群的相互作用而呈现出来的，因此，研究这些内容，不是孤立地研究种群，而是将每个种群都置于一个种群间相互作用的网络之中。
例如，“群落的结构”一节中，“视角决定问题——以群落和种群研究为例”就典型地体现了这一特点。
对于生态系统来说，教材不但介绍生态系统的组成和结构的整体性，更注意从功能、过程的角度解释生态系统的整体性，引导学生从生态系统动态发展变化的角度深刻认识其整体性。
本模块教材注意引导学生在群落和生态系统的层面上，再次感悟和形成稳态与平衡观、物质与能量观，并理解观念之间的联系。
例如，在“群落的主要类型”一节，教材在拓展应用题中，针对人工干预对农田生物群落保持农田特征的影响设问；在“生态系统的能量流动”一节，用方糖溶解后难以复原而硅藻却能从环境中获取稀少的硅来建造自己的精美小“屋”来设问，这些问题都是提示学生思考物质、能量在维持生态系统结构、维持生态系统稳定等方面的意义。
2．关注我国国情，反映我国科技进展和生态建设新成就，渗透中华优秀传统文化
本模块教材具有浓郁的中国底色，在内容选择上，关注我国国情，反映我国科技进展和生态建设新成就，渗透中华优秀传统文化。
教材章首页的图文内容，全部都是我国的实例——第1章是东北豹，第2章是华北人工林，第3章是大兴安岭森林和呼伦贝尔草原，第4章是哈尼梯田。
教材在具体介绍种群特征、群落的结构和类型、生态系统的结构和功能时，都注重选用我国的实例。
例如，第1章的“复习与提高”以我国的大树杜鹃为例，考查影响种群数量变化的因素；第2章介绍群落中的生态位时，“思考·讨论”活动的素材是我国崇明东滩鸟类自然保护区的相关研究，该章还出现了候鸟飞抵鄱阳湖越冬、三江源草地的保护等实例；第3章第5节“生态系统的稳定性”的“练习与应用”以我国江南小桥流水人家的生态系统创设习题情境；第4章则更密集地呈现了我国众多的生态环境保护和生态工程建设的实例。
教材大量反映了我国的科技进展和生态建设成就，既有大家熟知的“三北”防护林，也有近些年才为公众所了解的塞罕坝、北京奥林匹克森林公园等，还有众多不为众人所知的生态建设成就，如厦门市筼筜湖治理、吴起县退耕还林成就等。
教材注意渗透中华优秀传统文化。
我国先民在实践中摸索出的立体农业、四大家鱼混养、桑（蔗）基鱼塘的生产实践，以及庄子的“天地与我并生，而万物与我为一”的哲学思想，都在教材中有所反映。
3．密切联系生产、生活、科研、环保实践
本模块教材在阐述生态学概念、渗透生态学思想时，注意联系生产、生活，注意融入科学研究和环境保护实践。
这样的特点贯穿了整册教材内容的选择和组织，例子几乎举不胜举。
仅在第章中，联系环境保护和科研实践的实例就有东北豹、普氏原羚、大树杜鹃等动植物保护的实践；联系生产实践的实例有利用种群增长规律确定合适的捕鱼时期和捕获量，利用生态学规律进行蝗灾的预测和防治等。
其他各章也都是这样。
三、本模块的教学建议
（一）重视概念建构，注意将概念组织成概念网络
本模块涉及种群、群落、生态系统等层次的众多概念，学习这些概念是建立生态观、建立人与自然和谐共处观念、提升环保意识的基础。
因此，本模块的教学，首先应该将概念教学落实，然后才能谈发展学生的核心素养。
本模块概念众多，这些概念如果缺乏有效的线索贯穿，将成为一个个零散的知识点，而不能构成彼此联系的概念网络，这样不利于学生对知识进行迁移应用，不利于建立对生态学的统一认识。
因此，本模块的教学，要特别注意将这些概念贯穿成概念网络。
首先，要在种群、群落、生态系统的层次，体现系统的局部与整体的关系，让学生感悟生态系统的层次性、整体性。
其次，在介绍种群、群落、生态系统等内容时，注意归纳其共性。
最后，在探讨群落结构、群落演替、生态系统的结构和功能等内容时，关注它们的结构与进化的关系，体现“生态的舞台，进化的表演”，将生态学概念与进化联系起来，使概念得到进一步整合。
（二）利用生产、生活的实例创设情境，引导学生在情境中学习、在情境中学以致用
本模块教材内容密切联系生产、生活、科研和环保等实践；同时，学生所在地区的生产、生活中，有很多事实、现象可以和本模块内容建立联系，这些来自生产、生活、科研、环保的实例和现象，可以作为学习本模块的情境。
因此，本模块的教学，应该尽量结合生产、生活等创设情境，让学生在情境中学习，并在情境中、在解决新问题的过程中，运用有关概念、思维方法和观念，同时进一步巩固知识、磨砺思维、提升社会责任意识和担当能力。
例如，对于群落的结构、生态系统的结构等内容，可以结合当地的农田、森林、湖泊，以及自然保护区的实例；关于生态工程的内容，可以结合当地开展退耕还林、退牧还草、退田还湖的实例，以及利用生态工程进行环境整治的案例等展开。
对这些实例，学生比较熟悉，具有亲近感，因此能够更好地被激发去研究有关群落、生态系统的组成、结构和功能等。
需要特别说明的是，本模块应着力提升学生建设“生态文明”“美丽中国”的自觉性和建设能力。
因此，结合生产、生活等创设情境，不但要落实知识目标，而且要提升学生的社会责任意识和能力，以育人为目标。
（三）创造条件开设探究实践，让学生在生态学的研究实践中深入体验科学探究
本模块教材设计了一些“探究·实践”活动，与其他模块的“探究·实践”活动相比，本模块的大多数活动需要几天甚至更长的时间才能获得结果，无论是“培养液中酵母菌种群数量的变化”，还是“设计制作生态缸，观察其稳定性”等，学生都不能在一堂课的时间内完成。
这对高中课堂教学是不利因素。
然而，从某种意义上来说，这样的探究实践活动，才是真正接近真实科学研究的活动。
开展这样的活动，不但可以提高学生的科学探究能力，而且有利于培养他们坚持观察、记录的毅力，它们比一般的课堂实验更具有全面育人的价值。
因此，建议教师在教学中尽量创造条件，革新思路，做好整体设计，让学生获得更多的探究实践的体验。
（四）以发展核心素养为宗旨
发展学生的核心素养，既是高中生物学课程实施的基本要求，也是本模块教材内容选取和组织的宗旨。
因此，在本模块的教学中，应该以发展核心素养为宗旨。
在做好生态学概念教学、落实探究实践活动的基础上，着力落实核心素养的基本要求，帮助学生建立生命观念、训练科学思维技能、体验科学探究过程、提升社会责任意识和担当能力。
有关本模块在发展核心素养方面的育人价值，前文已经叙述很多，此处仅以如何落实生命观念和科学思维的育人目标略举几例来说明。
发展生物学学科核心素养是高中生物学课程标准的要求，因此，以发展学科核心素养为宗旨的教学，就需要在渗透生命观念方面具有更多的自觉性。
例如，关于“群落的主要类型”的教学，如果仅仅介绍不同类型群落的特征，那么，教学仍然停留在对事实和现象进行描述的水平上。
如果以教材提供的资料为基础，先让学生分析不同群落内物种的多样性、丰富性的差异，建立群落是多样的这一认识；在此基础上，进一步以群落结构的共同特征来分析多种多样的群落的共同性，分析群落内部典型动植物的形态、结构、分布以及物种之间的相互关系，领悟群落结构、群落类型的适应性意义；再进一步追溯适应性的原因，将千姿百态的物种、物种间复杂的相互关系、精巧的适应意义与漫长的进化历程建立联系，转化为对“生态的舞台，进化的表演”的理解，可由此建立起结构与功能观、进化与适应观等观念。
这样，“群落的主要类型”的教学就可以上升到“生命观念”的层次。
基于证据和逻辑的科学思维训练在本模块的教学中大有可为。
例如，研究种群，为什么必须调查种群的数量特征而不能完全利用计算机推导？
研究群落的结构，为什么必须调查清楚组成群落的物种、观察物种之间的关系？
研究物种的生态位，为什么首先要调查它的生境和食性？
研究生态系统的能量流动，为什么要定量分析不同营养级之间的能量比例？
研究生物圈的碳循环，为什么要做大量的野外调查？
这些问题的答案都反映出科学是基于证据的，这些工作都是为获取证据而展开的。
基于有效的证据，作出符合逻辑的推理，得出的结论才是可靠的。
学习本模块内容，除了训练基于证据和逻辑的科学思维，在训练复杂系统思维方面也很有价值，而且这是学生未来步入社会后解决复杂问题时特别需要的能力，因此教学中可以有意识地训练学生的非线性思维，以改变他们简单、机械的因果决定论式的思维方式。
例如，让学生运用概率统计方法分析和解决问题，以理解生物学规律往往是统计学意义上的规律；引导学生将人类与生态系统视作一个各种组分相异相依、相克相生、共存共荣的有机整体，从而摈弃传统的极端功利型思维，倡导互利型的思维方式。
在解决生态学问题时，不但要考虑自然生态系统，还要考虑社会系统，关注不同群体的利益诉求；既需要科学方法，也需要人文关怀。
因此，应让学生在尝试解决生态学问题、协调人—社会—自然的关系时，懂得运用复杂系统思维。
学生在生命观念、科学思维方面的收获，对于他们担当社会责任很有意义。
例如，理解生态系统内因果关系的复杂性，具有复杂系统思维，可以避免用简单化的线性因果来看待事物之间的联系，在未来建设生态文明的实践中，处理人与自然的关系时，面对复杂的利益矛盾寻找解决途径时，他们就能系统思考、把握全局，真正树立人与自然和谐共生的理念。
（五）本模块教材各章节教学的建议课时
本模块教材各章节教学的建议课时如表1所示。
表1本模块教学参考课时数（共36课时，其中机动课时10）
教学内容
参考课时数
第1章种群及其动态
5
第1节种群的数量特征
2
第2节种群数量的变化
2
第3节影响种群数量变化的因素
1
第2章群落及其演替
5
第1节群落的结构
2
第2节群落的主要类型
1
第3节群落的演替
2
第3章生态系统及其稳定性
9
第1节生态系统的结构
2
第2节生态系统的能量流动
2
第3节生态系统的物质循环
2
第4节生态系统的信息传递
1
第5节生态系统的稳定性
2
第4章人与环境
7
第1节人类活动对生态环境的影响
2
第2节生物多样性及其保护
2
第3节生态工程
一生态工程的基本原理
二生态工程的实例和发展前景
3
（1）
（2）
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