基于真實(shí)情境的地理生物跨學(xué)科學(xué)習(xí)
——大美錦官城，生態(tài)東安湖

●李曉霞，沈玲，劉顯平

一、背景與主題

東安湖猶如一塊碧玉鑲嵌在成都（錦官城）這塊充滿活力的土地上，在發(fā)揮灌溉保障、防澇調(diào)蓄、補(bǔ)充市政用水、提升城市水生態(tài)環(huán)境等功能的基礎(chǔ)上，注重生態(tài)保育功能，推動(dòng)生態(tài)價(jià)值轉(zhuǎn)化，采用國際先進(jìn)水生態(tài)修復(fù)技術(shù)持續(xù)提升湖體水質(zhì)， 水質(zhì)達(dá)到地表Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)，能見度超4.4 米。 圍繞身邊這一鮮活的課程資源， 地理和生物老師共同聚焦東安湖的功能、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)態(tài)，確立了“大美錦官城，生態(tài)東安湖”這一學(xué)習(xí)主題。

圍繞東安湖的功能、 結(jié)構(gòu)和穩(wěn)態(tài)這一真實(shí)的探究任務(wù)，既需要運(yùn)用生物學(xué)科“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”中的群落以及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和穩(wěn)定性的相關(guān)知識(shí)，也需要用到地理學(xué)科“大氣環(huán)境”中的熱力環(huán)流以及“水環(huán)境”中的水循環(huán)相關(guān)地理原理，甚至還關(guān)聯(lián)著物理、化學(xué)學(xué)科的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。在地理老師和生物老師共同引領(lǐng)下，同學(xué)們運(yùn)用不同的學(xué)科知識(shí)、學(xué)科視角、學(xué)科思維，開啟生態(tài)東安湖的探究之旅。

二、學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過教材、主題、課程資源及其所蘊(yùn)含的問題情境分析，確立了如下跨學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)（見表1）：

表1

從生物學(xué)科角度，著重引導(dǎo)學(xué)生通過分析東安湖中苦草、食藻蟲和肉食性魚類的作用，歸納總結(jié)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建原則，理解“各個(gè)組成成分緊密聯(lián)系使生態(tài)系統(tǒng)成為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一體， 以保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”這一生命觀念，進(jìn)而綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)完成保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方案。 樹立生態(tài)文明觀念和“保護(hù)唯一地球家園”的社會(huì)責(zé)任。

從地理學(xué)科角度，著重圍繞東安湖生態(tài)環(huán)境引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“熱力環(huán)流”“水循環(huán)”等學(xué)科知識(shí)開展地理實(shí)踐活動(dòng)，從“空間-區(qū)域”的觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)識(shí)東安湖生態(tài)環(huán)境與人類活動(dòng)的關(guān)系，樹立尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的“人地協(xié)調(diào)觀”，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

三、學(xué)習(xí)重難點(diǎn)及突破思路

（一）學(xué)習(xí)重點(diǎn)

1.濕地主要的生態(tài)功能；

2.探究陸地雨水對(duì)湖水水質(zhì)影響小的原因；

3.構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的基本原則；

4.分析影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素，并提出合理建議。

（二）學(xué)習(xí)難點(diǎn)及突破思路

學(xué)習(xí)難點(diǎn)1.探究陸地雨水對(duì)湖水水質(zhì)影響小的原因。

突破思路：根據(jù)地表及地下土層垂直分層結(jié)構(gòu)，分析總結(jié)，得出結(jié)論。

突破方法：展示滲水路面、石子路面、地表植物垂直分層結(jié)構(gòu)和地下土層分層結(jié)構(gòu)，運(yùn)用地理、生物以及物理等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，分析其對(duì)地表徑流、下滲環(huán)節(jié)的影響。

學(xué)習(xí)難點(diǎn)2.構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的基本原則。

突破思路：構(gòu)建出食物鏈、食物網(wǎng)，綜合分析各成分之間的相互影響，分析總結(jié)得出結(jié)論。

突破方法：引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注食藻蟲和鱸魚的特性，在食物鏈、食物網(wǎng)中分析它們的作用。

四、探究之旅

本次生態(tài)東安湖探究之旅共設(shè)計(jì)三個(gè)篇章：賞湖之美、探湖之謎、養(yǎng)湖之策。

篇章1 賞湖之美

1.錦官城之美

由文獻(xiàn)研究小組學(xué)生代表朗誦李白描繪古成都美景的詩句，展示成都宜居公園城市規(guī)劃圖、東安湖地理位置等，并播放配有文字的成都生態(tài)公園的介紹和美景視頻。

【設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生利用現(xiàn)代信息技術(shù)，搜集成都從古至今作為宜居公園城市的資料，培養(yǎng)學(xué)生獲取和歸納信息的能力，并增強(qiáng)學(xué)生對(duì)自己生活的城市的了解，讓學(xué)生初步了解成都從古至今的美，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 】

2.東安湖之美

（1）實(shí)地考察組學(xué)生代表展示考察成果。小組成員播放東安湖生態(tài)美景和學(xué)生實(shí)地考察的視頻。

實(shí)地考察組感嘆：東安湖之美，最令人驚嘆處，在于其生態(tài)之美！

學(xué)生代表提出問題：結(jié)合視頻所呈現(xiàn)的素材，你能說出東安湖具有哪些生態(tài)功能嗎？

根據(jù)視頻中的水鳥、桃花水母，學(xué)生歸納：保護(hù)生物多樣性；根據(jù)視頻中廣闊的湖區(qū)、清澈的湖水，學(xué)生歸納：涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)；根據(jù)視頻中對(duì)清新空氣的感嘆, 學(xué)生歸納： 調(diào)節(jié)局部氣候、 凈化空氣……

（2）地理老師追問：天氣日漸炎熱，東安湖濕地公園是不是有一種“清新＋涼爽”美？請同學(xué)們結(jié)合所學(xué)知識(shí)說明原因。不僅如此，東安湖在改善局部氣候的同時(shí)，也影響了成都市主城區(qū)的大氣狀況，請同學(xué)們結(jié)合地理熱力環(huán)流的原理對(duì)此進(jìn)行說明。

①學(xué)生綜合分析東安湖區(qū)氣溫低于主城區(qū)的原因：東安湖區(qū)人類活動(dòng)少于主城區(qū)，排放的廢熱少；湖區(qū)水體比熱容大，升溫速度慢，氣溫低；東安湖區(qū)種植了十幾萬棵樹，通過蒸騰作用，為湖區(qū)降溫，通過呼吸作用凈化空氣。

②學(xué)生結(jié)合地理熱力環(huán)流原理等知識(shí)討論并回答：主城區(qū)近地面溫度高，氣流上升形成低壓；東安湖區(qū)近地面溫度低，氣流下沉形成高壓；氣流從高壓流向低壓， 近地面東安湖清潔涼爽的空氣流向主城區(qū)，可以改善主城區(qū)大氣質(zhì)量。

③教師總結(jié)：結(jié)合地理、生物、物理等知識(shí)，東安湖區(qū)通過城郊熱力環(huán)流，將清潔、濕潤、相對(duì)低溫的空氣，不斷地送入成都主城區(qū)，在一定程度上改善了主城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量，緩解了城市“熱島效應(yīng)”。

【設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)地考察小組播放的實(shí)踐考察視頻，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的情境再現(xiàn)，學(xué)生可以直觀地感知和歸納東安湖濕地的生態(tài)功能，并調(diào)動(dòng)學(xué)生探究現(xiàn)實(shí)環(huán)境問題的學(xué)習(xí)興趣。 教師通過追問更深層次地引導(dǎo)學(xué)生利用多學(xué)科知識(shí)綜合分析現(xiàn)實(shí)問題， 培養(yǎng)學(xué)生從現(xiàn)象到結(jié)論的學(xué)科綜合思維能力。 】

篇章2 探湖之謎

1.湖水清澈之謎

（1）在陸地上找尋答案

學(xué)生代表展示： 現(xiàn)場展示裝在相同礦泉水瓶子的兩瓶水， 其中一瓶是實(shí)踐小組在東安湖濕地實(shí)地取得的湖水，另一瓶是礦泉水。 眼尖的你，能區(qū)分哪一瓶是礦泉水，哪一瓶是湖水嗎？（現(xiàn)場反應(yīng)：肉眼很難區(qū)分）

學(xué)生講述： 在考察期間， 我們產(chǎn)生了這樣的疑問：連續(xù)下了幾天的雨，為什么東安湖的水依然清澈見底？因此我們分別到陸地上和湖水中去尋找答案。請同學(xué)們跟隨我們的腳步，一起去探尋其中的秘密。首先我們在陸地上收集到以下信息， 請同學(xué)們認(rèn)真觀看，解謎的鑰匙就在其中哦！

播放視頻：園區(qū)內(nèi)有酒店、廁所等服務(wù)設(shè)施；采訪園區(qū)管理人員了解到， 東安湖湖水是從上游的東風(fēng)渠引進(jìn)來的，水質(zhì)最好的時(shí)候達(dá)到Ⅰ類，人類飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，通常情況達(dá)到Ⅱ類；東安湖湖區(qū)內(nèi)沒有裸露的地面，地表有垂直分層的植物群落，地表鋪設(shè)特殊藍(lán)色地面或小石子路面，地下土壤垂直分層。

學(xué)生講述：湖區(qū)內(nèi)的水，引自上游東風(fēng)渠的河水，湖水和河水之間有水閘將它們分開。引水避開洪水期，并且凈化后才引入湖區(qū)。 園區(qū)內(nèi)的酒店、廁所等產(chǎn)生的污水，直接排入市政管網(wǎng)，進(jìn)入污水池凈化，不排入湖中。 但我們始終有個(gè)疑問沒有解開，湖區(qū)內(nèi)的降雨形成的地表徑流去哪了？ 怎么去的呢？

經(jīng)過小組討論，同學(xué)們結(jié)合生活常識(shí)很快發(fā)現(xiàn)：地表鋪設(shè)的特殊藍(lán)色地面是滲水路面，小石子路面可以減緩地表徑流，也可以促進(jìn)雨水下滲。

然后同學(xué)們的目光聚集到了垂直分層的植物群落和地下分層的土壤結(jié)構(gòu)。問題轉(zhuǎn)化為：垂直分層的植被和土層結(jié)構(gòu)讓地表徑流去哪了？ 怎么去的呢？

經(jīng)過小組進(jìn)一步討論，學(xué)生解答：植物的莖引流雨水到植物的根部，植物的根吸收雨水，促進(jìn)雨水形成的地表徑流下滲； 植物群落層次分明的葉片層層截留雨水，使降到地面的雨水減少，形成的地表徑流減少，同時(shí)也減少了降雨對(duì)地表的濺蝕作用；被根部吸收的地表徑流，通過植物的生物循環(huán)，由葉片蒸騰作用，釋放到大氣中。

地理老師追問： 所有的地表徑流及其攜帶的污染物都被植物的根部吸收了嗎？ 如果沒有它們會(huì)去哪里呢？

結(jié)合地下土層分層結(jié)構(gòu)及其原理，學(xué)生解答：沒有被植物吸收的地表徑流和污染物下滲到土壤中，表層的土壤吸附雨水中的污染物， 并過濾和凈化雨水； 被凈化后的雨水儲(chǔ)存在縫隙較大的下部礫石層中。

教師總結(jié)：東安湖區(qū)將園區(qū)內(nèi)降雨，通過生物、物理等方法，減少地表徑流對(duì)地表的沖刷，促進(jìn)雨水下滲；凈化的雨水儲(chǔ)存在地下礫石層中，抽取出來可以補(bǔ)給湖水或作為園區(qū)公共用水。 這種人工構(gòu)建的雨水凈化和收集系統(tǒng)被稱為雨水花園，可以有效地涵養(yǎng)水源、凈化水體，并實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)可持續(xù)利用。 東安湖陸地上通過河湖分流、控源截污、地表覆蓋、利滲凈水，實(shí)現(xiàn)了水體凈化。

（2）在水中去找尋答案

生物老師播放東安湖湖水清澈見底的視頻，提出問題：同學(xué)們請看，湖水真的很干凈??！ 但是雨水很臟，直接降落到湖中的雨水是怎么被凈化的呢？

學(xué)生關(guān)注到了視頻中大面積種植的苦草。 結(jié)合苦草的特點(diǎn)，分析得出種植苦草凈化水質(zhì)的原理。

學(xué)生解答：苦草發(fā)達(dá)的根系可以吸收水中的氮、磷等元素， 防止水體富營養(yǎng)化； 根部還可以固定淤泥，水體不易渾濁；增加溶解氧。

教師追問：除了苦草，東安湖中還生長有其他藻類。 這些藻類是否可以吸收無機(jī)氮、磷呢？

學(xué)生解答：可以，“水華”就是藻類吸收氮、磷大量繁殖導(dǎo)致的。

教師小結(jié)：通過苦草、藻類還有一些挺水植物的共同作用，對(duì)降落到湖中的雨水進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。通過前面的分析，我們已解開了“湖水清澈之謎”：①陸地上通過河湖分流、控源截污、地表覆蓋、利滲凈水，防止外源污染物入湖；②對(duì)于湖中的污染物，通過苦草等生物的吸收，進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

【設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過真實(shí)的情境再現(xiàn)，注重培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和探究能力，特別是綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)力求全面、系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)地分析問題的能力，發(fā)展綜合思維。 】

2.水生生物構(gòu)建之謎

生物老師播放視頻：東安湖中的魚。

教師提問：管理人員介紹，視頻里面出現(xiàn)的魚是鱸魚，是一種肉食性魚。 不僅如此，東安湖中還投放了吃藻的食藻蟲。 既然藻類也可以吸收一部分污染物，那么為什么還要投放食藻蟲呢？為什么投放了食藻蟲后還要投放可以吃食藻蟲的肉食性魚呢？

學(xué)生討論后解答： 食藻蟲可以防止藻類大量繁殖形成“水華”；食藻蟲可以使藻類減少，防止藻類大量繁殖，有利于苦草等沉水植物的光合作用；食藻蟲可以為其他生物提供食物來源。 肉食性魚可以抑制雜食性魚類的數(shù)量，以免它們大量捕食苦草等植物。

播放東安湖管理人員講解視頻： 介紹東安湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建。

教師總結(jié)：由此可見，增加食藻蟲和肉食性魚類可以讓生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到一定的穩(wěn)態(tài)。通過科學(xué)的規(guī)劃，東安湖已經(jīng)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

【設(shè)計(jì)意圖：通過分析東安湖中苦草、食藻蟲和肉食性魚類的作用，歸納總結(jié)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的原則，理解各個(gè)組成成分緊密聯(lián)系使生態(tài)系統(tǒng)成為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一體， 以保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性這一生命觀念， 同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維方法解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣。 】

篇章3 尋養(yǎng)湖之策

生物老師： 東安湖生態(tài)環(huán)境畢竟總會(huì)受到多種因素的影響，因此，我們還要考慮如何長期維持它的穩(wěn)定性。

地理老師：是啊，哪些因素會(huì)影響東安湖的穩(wěn)定性呢？ 若要長期維持東安湖的穩(wěn)定性， 你有哪些建議？

學(xué)生甲：加強(qiáng)宣傳教育，提高市民素質(zhì)，較少垃圾排放。

學(xué)生乙：禁止釣魚，禁止放生。

學(xué)生丙：針對(duì)暴雨，加強(qiáng)監(jiān)測；人工除雜草……

教師總結(jié)： 同學(xué)們主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了回答：①針對(duì)人類活動(dòng)，加大宣傳完善政策法規(guī)；②針對(duì)自然環(huán)境變化，加強(qiáng)監(jiān)測制定應(yīng)急預(yù)案；③針對(duì)生物內(nèi)部因素，堅(jiān)持日常精細(xì)科學(xué)養(yǎng)護(hù)。 其中，實(shí)時(shí)監(jiān)測至關(guān)重要。 那么，目前，東安湖是如何進(jìn)行監(jiān)測的呢？

播放管理人員介紹東安湖水務(wù)管理系統(tǒng)的視頻。

教師總結(jié)： 東安湖的監(jiān)測系統(tǒng)利用了已經(jīng)非常先進(jìn)的現(xiàn)代地理信息技術(shù)。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信同學(xué)們還能創(chuàng)造出更好的方法， 把東安湖維護(hù)得更加美麗。 就像賀知章在詩中描述的那樣：“離別家鄉(xiāng)歲月多，近來人事半消磨。 唯有門前鏡湖水，春風(fēng)不改舊時(shí)波?！毕Ｍ谕馄床娜耍氐匠啥?，依然能看到東安湖美麗的模樣。

【設(shè)計(jì)意圖：分析并總結(jié)影響東安湖穩(wěn)定性的因素， 綜合運(yùn)用知識(shí)研討保護(hù)東安湖生態(tài)環(huán)境的相關(guān)措施，并設(shè)計(jì)保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方案。培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)造性思維，探討社會(huì)議題，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，樹立生態(tài)意識(shí)，提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。 】

探究總結(jié)

地理老師：這節(jié)課我們主要借助“賞湖之美”“探湖之謎”“養(yǎng)湖之策”三個(gè)篇章，綜合運(yùn)用了地理、生物、物理、化學(xué)等各個(gè)學(xué)科的知識(shí)，探究了東安湖的功能、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)態(tài)。

生物老師：有了對(duì)結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計(jì)，東安湖才能擁有如此令人驚嘆的生態(tài)功能，當(dāng)結(jié)構(gòu)和功能都能保持相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，東安湖才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

地理老師：東安湖是成都建設(shè)公園城市的一個(gè)縮影，是習(xí)總書記生態(tài)文明思想的生動(dòng)實(shí)踐。

教師播放習(xí)總書記關(guān)于生態(tài)保護(hù)的視頻。

生物老師：綠水青山，就是金山銀山，建設(shè)和維護(hù)美好的地球家園，讓我們以知識(shí)為力量，一起攜手前行。

【設(shè)計(jì)意圖：通過教師總結(jié)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了學(xué)科知識(shí)的生活價(jià)值，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生深刻體悟習(xí)近平總書記生態(tài)文明思想，樹立生態(tài)意識(shí)和保護(hù)唯一地球家園的信念，努力成為更具社會(huì)責(zé)任感的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。 】