“方寸之間的大自然——生態(tài)瓶微景觀制作”跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

劉傳

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》首次設(shè)立“生物學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐”主題，提出“應(yīng)整體規(guī)劃跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，探索項(xiàng)目化實(shí)施”?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)是為解決一個(gè)真實(shí)的問題，運(yùn)用不同學(xué)科的知識(shí)和方法，對(duì)問題產(chǎn)生整體理解。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是從現(xiàn)實(shí)生活需要出發(fā)，學(xué)生運(yùn)用學(xué)科基本概念和原理，通過觀察、探究、合作、分享等活動(dòng)，將問題逐步分解，在一定時(shí)間內(nèi)解決問題的過程。跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，就是為解決一個(gè)真實(shí)復(fù)雜的問題，學(xué)生創(chuàng)造性地整合不同學(xué)科的核心知識(shí)和能力，形成整合性的項(xiàng)目成果和新理解?！霸O(shè)計(jì)并制作能較長時(shí)間維持平衡的生態(tài)瓶”是新課標(biāo)給出的可選項(xiàng)目之一。生態(tài)瓶制作本身承載著豐富的生物學(xué)概念和思想方法，具備迭代升級(jí)的可能性，是學(xué)生在做中學(xué)的好抓手。依托人教版初中《生物學(xué)》七年級(jí)上冊(cè)第一單元“生物和生物圈”第二章“了解生物圈”，下面以“方寸之間的大自然——生態(tài)瓶微景觀制作”為例，介紹跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

一、跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)

1. 項(xiàng)目情境設(shè)計(jì)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)的情境應(yīng)當(dāng)來源于真實(shí)生活，結(jié)合表現(xiàn)性任務(wù)的設(shè)計(jì)模型，具體的項(xiàng)目情境如表表1所示。

2. 項(xiàng)目目標(biāo)設(shè)計(jì)

（1）初步制作個(gè)性化的生態(tài)瓶，并根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況調(diào)整生態(tài)瓶。（勞動(dòng)技能；工程實(shí)踐能力）

（2）運(yùn)用多種方式，從多個(gè)角度記錄的變化。（觀察與記錄）

（3）說明生態(tài)瓶內(nèi)各成分之間的關(guān)系，闡明生物與環(huán)境是一個(gè)相互影響的整體，探討生態(tài)瓶適宜的放置環(huán)境條件。（系統(tǒng)與模型；生態(tài)觀）

（4）繪圖表示生態(tài)瓶內(nèi)的食物鏈與食物網(wǎng)，說出生物與非生物環(huán)境之間的物質(zhì)與能量流動(dòng)關(guān)系。（系統(tǒng)與模型；物質(zhì)與能量觀；尺度、比例與數(shù)量）

（5）闡明生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)能力；歸納影響生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力的因素。（穩(wěn)定與變化）

（6）分析生態(tài)失衡的原因，認(rèn)同綠色生活、保護(hù)環(huán)境的態(tài)度責(zé)任。（生態(tài)觀；態(tài)度責(zé)任）

3. 鏈接學(xué)科分析

生物學(xué)：運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)與能量、穩(wěn)定與變化等相關(guān)概念與知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)能維持2周平衡的微型生態(tài)系統(tǒng)。

數(shù)學(xué)：運(yùn)用數(shù)量感、模型意識(shí)與空間觀念，能夠基于生態(tài)瓶的尺寸，計(jì)算非生物材料的用量，以及各種生物合適的比例與數(shù)量。

工程學(xué)：選擇適當(dāng)?shù)牟牧?、工藝工具和設(shè)備，運(yùn)用勞動(dòng)技能組裝生態(tài)瓶，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)組裝方案進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。

藝術(shù)：基于審美感知，對(duì)生態(tài)瓶的景觀布置進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)與表達(dá)。

4. 項(xiàng)目流程設(shè)計(jì)

結(jié)合情境內(nèi)容，提出本項(xiàng)目的核心問題：如何設(shè)計(jì)并制作出封閉狀態(tài)下能夠維持2周生態(tài)平衡的生態(tài)瓶產(chǎn)品？結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，將核心問題拆解為三個(gè)子問題：生態(tài)瓶里應(yīng)該放什么，才能營造一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境？如何使生態(tài)瓶中的生物有長期穩(wěn)定的物質(zhì)與能量供給？誰的家生態(tài)瓶自我調(diào)節(jié)能力強(qiáng)？根據(jù)子問題，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的子任務(wù)與課時(shí)目標(biāo)。具體學(xué)習(xí)流程如圖1所示。

二、跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的實(shí)施

1. 第1課時(shí)：入項(xiàng)導(dǎo)引課——生態(tài)瓶的設(shè)計(jì)與組裝

環(huán)節(jié)一：從生物圈2號(hào)到生態(tài)瓶制作

教師展示科學(xué)家嘗試建設(shè)生物圈2號(hào)的相關(guān)文本和圖片，以人造生態(tài)系統(tǒng)最終崩潰的事實(shí)，使學(xué)生認(rèn)同科學(xué)家不斷探索的努力，以及維持生態(tài)平衡的重要性和緊迫性。同時(shí)也讓學(xué)生意識(shí)到，盡管完全模擬生物圈是困難的，但嘗試通過建立模型，比如搭建小生態(tài)瓶，了解生態(tài)系統(tǒng)的組成及運(yùn)轉(zhuǎn)方式，對(duì)開展生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

環(huán)節(jié)二：展示項(xiàng)目海報(bào)和單元學(xué)習(xí)導(dǎo)航圖

在提出組裝生態(tài)瓶的任務(wù)后，教師展示“方寸之間的大自然——生態(tài)瓶微景觀制作”項(xiàng)目海報(bào)，向?qū)W生介紹本項(xiàng)目的情境、角色、受眾、目標(biāo)和產(chǎn)品，以及成功的標(biāo)準(zhǔn)，加深學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的理解和參與感。進(jìn)而展示單元學(xué)習(xí)導(dǎo)航圖，明晰項(xiàng)目路徑，使學(xué)生從項(xiàng)目伊始就能從整體上感知學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)習(xí)更有方向感。

環(huán)節(jié)三：初步設(shè)計(jì)方案，組裝生態(tài)瓶

教師向?qū)W生介紹已有的實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)，以小組為單位，設(shè)計(jì)初步方案，搭建生態(tài)瓶。開展本環(huán)節(jié)的意圖在于，使教師了解學(xué)生已有的知識(shí)水平，學(xué)生也能初步對(duì)制作生態(tài)瓶有粗略體驗(yàn)。制作過程中出現(xiàn)的問題，以及課后觀察發(fā)現(xiàn)的小魚死亡、水質(zhì)渾濁等現(xiàn)象，也能為后面的項(xiàng)目學(xué)習(xí)提供事實(shí)經(jīng)驗(yàn)與依據(jù)。

2. 第2課時(shí)：項(xiàng)目探究課——生態(tài)瓶內(nèi)生物與環(huán)境的關(guān)系

環(huán)節(jié)一：繪制生態(tài)系統(tǒng)各組分之間的關(guān)系圖

教師引導(dǎo)學(xué)生繪制出生態(tài)瓶中的所有組分，并將其進(jìn)行歸納成生物部分和非生物部分，用文字和箭頭說明是各部分之間是如何影響的，形成生態(tài)系統(tǒng)的概念。接著，找出關(guān)系圖中可能影響小魚生活的所有因素，比如魚蝦之間的捕食和競爭，陽光、空氣、水等為小魚提供適應(yīng)的環(huán)境，并將這些因素歸為生物因素和非生物因素，獲得生態(tài)因素的概念。

環(huán)節(jié)二：探討生物與環(huán)境之間的關(guān)系

各組分享觀察結(jié)果，有的小組發(fā)現(xiàn)小魚和小蝦會(huì)躲進(jìn)大石塊和水草的縫隙處，說明生物會(huì)適應(yīng)所在的環(huán)境；有的小組發(fā)現(xiàn)，小魚和小蝦產(chǎn)生的糞便漂在水面上，導(dǎo)致水質(zhì)變渾濁，說明生物也在影響和改變著環(huán)境。通過這些生動(dòng)的觀察實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生形成生物與環(huán)境是相互影響、相互適應(yīng)的觀念。

環(huán)節(jié)三：探討生態(tài)瓶的調(diào)整方案

通過分析各組生態(tài)瓶出現(xiàn)的問題，可以分析背后出現(xiàn)的原因，進(jìn)而對(duì)生態(tài)瓶組分進(jìn)行調(diào)整。比如，基于影響小魚生活的非生物因素，探討生態(tài)瓶合適的放置位置；針對(duì)魚蝦糞便難以清理的問題，教師引導(dǎo)學(xué)生思考哪些生物可以分解糞便呢，從而使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，還需要細(xì)菌和真菌的存在，并繼續(xù)思考從哪里獲得這些微生物，為下節(jié)課生態(tài)系統(tǒng)組分的學(xué)習(xí)做鋪墊。

3. 第3課時(shí)：項(xiàng)目探究課——生態(tài)瓶內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)

環(huán)節(jié)一：繪制食物鏈與食物網(wǎng)

將微生物補(bǔ)充至上節(jié)課繪制的關(guān)系圖中，從物質(zhì)和能量來源的角度，將生物部分劃分成生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者。

環(huán)節(jié)二：繪制生態(tài)瓶內(nèi)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的關(guān)系圖

基于關(guān)系圖，梳理吃與被吃的關(guān)系，繪制食物鏈和食物網(wǎng)，并將環(huán)境因素和分解者融入其中，繪制生態(tài)瓶內(nèi)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的關(guān)系圖。

環(huán)節(jié)三：形成生態(tài)瓶的最終方案

各組結(jié)合生態(tài)瓶的尺寸，從尺度、比例和數(shù)量角度，考慮生態(tài)瓶中動(dòng)物的數(shù)目、水的體積、含氧量、光照、植物的多少等，形成最終方案。

4. 第4課時(shí)：出項(xiàng)展示課——生態(tài)瓶的自我調(diào)節(jié)能力

環(huán)節(jié)一：產(chǎn)品展示、評(píng)估與方案整合

各小組展示生態(tài)瓶封閉2周的觀察結(jié)果和支持證據(jù)，以及設(shè)計(jì)的用戶使用說明書，其他小組進(jìn)行打分，教師做出點(diǎn)評(píng)和修改建議。匯報(bào)結(jié)束后，綜合評(píng)估各組方案，形成較為系統(tǒng)完善的最終方案。

環(huán)節(jié)二：經(jīng)驗(yàn)分享，維持平衡或系統(tǒng)崩潰

通過歸納相關(guān)事實(shí)，說明生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力，而且是有限的。比如，有的小組發(fā)現(xiàn)，在最初的幾天里，水質(zhì)比較渾濁，隨著時(shí)間推移，水質(zhì)逐漸變清澈，說明生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力。還有小組發(fā)現(xiàn)，由于生態(tài)瓶水草放置過多，留出的空氣也較少，導(dǎo)致含氧量下降較快，魚蝦死亡較多，說明生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是有限的。對(duì)比不同組生態(tài)瓶的穩(wěn)定性差異，分析影響生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的因素。

環(huán)節(jié)三：從“生態(tài)瓶維持”到“環(huán)境保護(hù)”

通過列舉生態(tài)瓶中的失衡現(xiàn)象，類比生物圈中類似的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建如下概念：人類活動(dòng)有可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，人類是大自然的一員，應(yīng)當(dāng)秉持可持續(xù)發(fā)展理念，合理利用資源，對(duì)已破壞的環(huán)境加以保護(hù)和恢復(fù)。

綜上，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是開展跨學(xué)科實(shí)踐主題教學(xué)的有效教學(xué)形式，跨學(xué)科實(shí)踐本身就需要長時(shí)間、全身心的投入，才有可能使學(xué)生真正將學(xué)科知識(shí)與親身實(shí)踐融合，在實(shí)踐中體悟生物學(xué)的概念、態(tài)度和思想方法。在跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)中，應(yīng)努力挖掘跨學(xué)科主題背后承載的大概念，梳理知識(shí)脈絡(luò)線，將其貫穿至項(xiàng)目活動(dòng)中，使學(xué)生學(xué)習(xí)既符合學(xué)科學(xué)習(xí)邏輯，也符合工程實(shí)踐邏輯，讓學(xué)生在情境化、結(jié)構(gòu)化、活動(dòng)化的項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，獲得持續(xù)深入的理解，培養(yǎng)實(shí)踐能力，發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)。

（作者單位：山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）