“方寸之间的大自然--生态瓶微景观制作”跨学科项目式学习活动的设计与实施.pdf

84新校园2024年第3期-刘 传-“方寸之间的大自然生态瓶微景观制作”跨学科项目式学习活动的设计与实施义务教育生物学课程标准（2022年版）首次设立“生物学与社会跨学科实践”主题，提出“应整体规划跨学科实践活动，探索项目化实施”。跨学科学习是为解决一个真实的问题，运用不同学科的知识和方法，对问题产生整体理解。项目式学习是从现实生活需要出发，学生运用学科基本概念和原理，通过观察、探究、合作、分享等活动，将问题逐步分解，在一定时间内解决问题的过程。跨学科项目式学习，就是为解决一个真实复杂的问题，学生创造性地整合不同学科的核心知识和能力，形成整合性的项目成果和新理解。“设计并制作能较长时间维持平衡的生态瓶”是新课标给出的可选项目之一。生态瓶制作本身承载着丰富的生物学概念和思想方法，具备迭代升级的可能性，是学生在做中学的好抓手。依托人教版初中生物学七年级上册第一单元“生物和生物圈”第二章“了解生物圈”，下面以“方寸之间的大自然生态瓶微景观制作”为例，介绍跨学科项目式学习活动的设计与实施。一、跨学科项目式学习活动的设计1.项目情境设计项目学习的情境应当来源于真实生活，结合表现性任务的设计模型，具体的项目情境如表表1所示。2.项目目标设计（1）初步制作个性化的生态瓶，并根据现实情况调整生态瓶。（劳动技能；工程实践能力）（2）运用多种方式，从多个角度记录的变化。（观察与记录）（3）说明生态瓶内各成分之间的关系，阐明生物与环境是一个相互影响的整体，探讨生态瓶适宜的放置环境条件。（系统与模型；生态观）（4）绘图表示生态瓶内的食物链与食物网，说出生物与非生物环境之间的物质与能量流动关系。（系统与模型；物质与能量观；尺度、比例与数量）（5）阐明生态系统具有一定的自我调节能力；归纳影响生态系统的自我调节能力的因素。（稳定与变化）（6）分析生态失衡的原因，认同绿色生活、保护环境的态度责任。（生态观；态度责任）要素内容情境随着生活节奏的加快，人们没有太多时间照顾动植物，市场对人造微景观的消费需求越来越高角色微景观生态瓶的项目研发团队，包括产品经理、生态学工程师、造景师、质检员、销售员受众消费者目标和产品设计与制作一个生态瓶和一份配套说明书成功的标准小动物和水生植物各至少3种，美观生动，且能在封闭环境下至少维持2周；说明书能准确说明生态瓶的运转原理，且指导消费者每隔两周，通过简单的操作就能使生态瓶维持平衡表1 项目情境3.链接学科分析生物学：运用生态系统的结构与功能、物质与能量、稳定与变化等相关概念与知识，设计一个能维持2周平衡的微型生态系统。数学：运用数量感、模型意识与空间观念，能够基于生态瓶的尺寸，计算非生物材料的用量，以及各种生物合适的比例与数量。NEW CAMPUS课堂内外85工程学：选择适当的材料、工艺工具和设备，运用劳动技能组装生态瓶，并根据实际情况对组装方案进行改进与优化。艺术：基于审美感知，对生态瓶的景观布置进行创意设计与表达。4.项目流程设计结合情境内容，提出本项目的核心问题：如何设计并制作出封闭状态下能够维持2周生态平衡的生态瓶产品？结合教学内容，将核心问题拆解为三个子问题：生态瓶里应该放什么，才能营造一个相对稳定的环境？如何使生态瓶中的生物有长期稳定的物质与能量供给？谁的家生态瓶自我调节能力强？根据子问题，设计对应的子任务与课时目标。具体学习流程如图1所示。二、跨学科项目式学习活动的实施1.第1课时：入项导引课生态瓶的设计与组装环节一：从生物圈 2 号到生态瓶制作教师展示科学家尝试建设生物圈2号的相关文本和图片，以人造生态系统最终崩溃的事实，使学生认同科学家不断探索的努力，以及维持生态平衡的重要性和紧迫性。同时也让学生意识到，尽管完全模拟生物圈是困难的，但尝试通过建立模型，比如搭建小生态瓶，了解生态系统的组成及运转方式，对开展生态环境保护具有重要意义。环节二：展示项目海报和单元学习导航图在提出组装生态瓶的任务后，教师展示“方寸之间的大自然生态瓶微景观制作”项目海报，向学生介绍本项目的情境、角色、受众、目标和产品，以及成功的标准，加深学生对项目的理解和参与感。进而展示单元学习导航图，明晰项目路径，使学生从项目伊始就能从整体上感知学习活动，让学习更有方向感。环节三：初步设计方案，组装生态瓶教师向学生介绍已有的实验材料，让学生根据已有知识和生活经验，以小组为单位，设计初步方案，搭建生态瓶。开展本环节的意图在于，使教师了解学生已有的知识水平，学生也能初步对制作生态瓶有粗略体验。制作过程中出现的问题，以及课后观察发现的小鱼死亡、水质浑浊等现象，也能为后面的项目学习提供事实经验与依据。图1 跨学科项目式学习活动流程86新校园2024年第3期2.第2课时：项目探究课生态瓶内生物与环境的关系环节一：绘制生态系统各组分之间的关系图教师引导学生绘制出生态瓶中的所有组分，并将其进行归纳成生物部分和非生物部分，用文字和箭头说明是各部分之间是如何影响的，形成生态系统的概念。接着，找出关系图中可能影响小鱼生活的所有因素，比如鱼虾之间的捕食和竞争，阳光、空气、水等为小鱼提供适应的环境，并将这些因素归为生物因素和非生物因素，获得生态因素的概念。环节二：探讨生物与环境之间的关系各组分享观察结果，有的小组发现小鱼和小虾会躲进大石块和水草的缝隙处，说明生物会适应所在的环境；有的小组发现，小鱼和小虾产生的粪便漂在水面上，导致水质变浑浊，说明生物也在影响和改变着环境。通过这些生动的观察实例，引导学生形成生物与环境是相互影响、相互适应的观念。环节三：探讨生态瓶的调整方案通过分析各组生态瓶出现的问题，可以分析背后出现的原因，进而对生态瓶组分进行调整。比如，基于影响小鱼生活的非生物因素，探讨生态瓶合适的放置位置；针对鱼虾粪便难以清理的问题，教师引导学生思考哪些生物可以分解粪便呢，从而使学生认识到，还需要细菌和真菌的存在，并继续思考从哪里获得这些微生物，为下节课生态系统组分的学习做铺垫。3.第3课时：项目探究课生态瓶内的物质循环与能量流动环节一：绘制食物链与食物网将微生物补充至上节课绘制的关系图中，从物质和能量来源的角度，将生物部分划分成生产者、消费者和分解者。环节二：绘制生态瓶内物质循环和能量流动的关系图基于关系图，梳理吃与被吃的关系，绘制食物链和食物网，并将环境因素和分解者融入其中，绘制生态瓶内物质循环和能量流动的关系图。环节三：形成生态瓶的最终方案各组结合生态瓶的尺寸，从尺度、比例和数量角度，考虑生态瓶中动物的数目、水的体积、含氧量、光照、植物的多少等，形成最终方案。4.第4课时：出项展示课生态瓶的自我调节能力环节一：产品展示、评估与方案整合各小组展示生态瓶封闭2周的观察结果和支持证据，以及设计的用户使用说明书，其他小组进行打分，教师做出点评和修改建议。汇报结束后，综合评估各组方案，形成较为系统完善的最终方案。环节二：经验分享，维持平衡或系统崩溃通过归纳相关事实，说明生态系统具有自我调节能力，而且是有限的。比如，有的小组发现，在最初的几天里，水质比较浑浊，随着时间推移，水质逐渐变清澈，说明生态系统具有自我调节能力。还有小组发现，由于生态瓶水草放置过多，留出的空气也较少，导致含氧量下降较快，鱼虾死亡较多，说明生态系统的自我调节能力是有限的。对比不同组生态瓶的稳定性差异，分析影响生态系统自我调节能力的因素。环节三：从“生态瓶维持”到“环境保护”通过列举生态瓶中的失衡现象，类比生物圈中类似的现象，引导学生构建如下概念：人类活动有可能会对生态环境产生影响，人类是大自然的一员，应当秉持可持续发展理念，合理利用资源，对已破坏的环境加以保护和恢复。综上，项目式学习是开展跨学科实践主题教学的有效教学形式，跨学科实践本身就需要长时间、全身心的投入，才有可能使学生真正将学科知识与亲身实践融合，在实践中体悟生物学的概念、态度和思想方法。在跨学科实践教学中，应努力挖掘跨学科主题背后承载的大概念，梳理知识脉络线，将其贯穿至项目活动中，使学生学习既符合学科学习逻辑，也符合工程实践逻辑，让学生在情境化、结构化、活动化的项目学习中，获得持续深入的理解，培养实践能力，发展生物学核心素养。（作者单位：山东师范大学生命科学学院）