STEM課程之《魚菜共生系統》

張春玲

傳統養殖業和傳統種植業給我們的生活帶來了豐富的物質基礎，但隨著生產技術的進步，人們生活水平的提高，產品安全化對傳統養殖業和種植業有了更高的要求。為了適應現代生活安全、清潔、高效的需求，一種嶄新的復合耕作模式應運而生。該模式通過巧妙的生態設計，達到科學的協同共生，實現養魚不換水且無水質憂患、種菜不施肥且正常生長的生態共生效應，這就是魚菜共生系統。

視頻導入，引出生態系統

視頻播放關于白洋淀濕地生態系統的介紹，讓學生通過視頻初步了解生態系統，并嘗試自己用語言描述生態系統。對于八年級學生來說，他們感覺生態系統很近，卻很難描述。視頻中，一個池塘、一塊沼澤地和一片森林，看似很熟悉的環境，其實蘊含著一個龐大的生態系統。學生根據視頻，理解生態系統定義中的關鍵詞，對生態系統的組成舉例說明。

設計意圖：科學地認識生態系統及其組成，抽象化具體。

動手操作，制作生態系統

教師引導學生以小組為單位，制作生態系統，可以制作不同的生態系統，如海洋生態系統、草原生態系統、濕地生態系統、森林生態系統等。組長分工，有負責繪制環境的，有負責用橡皮泥捏制各種圖形的（如水草、魚、老虎、人等），最后組合在一起，構成一個完整的生態系統（如圖1）。小組展示環節中，學生展示作品，并講解制作的生態系統類型及生態系統的各組成部分。

設計意圖：模型立體感十足，將生態系統中的生產者、消費者、分解者具體到實際的動植物和微生物，舉一反三，讓學生印象深刻。

圖片展示，判斷共生現象并舉例

教師通過海葵和小丑魚共生、鱷魚和牙簽鳥共生的圖片展示共生現象（如圖2），并闡述雙方之間是如何相互協作的。隨后以小組加分的模式引導學生列舉生活中的共生現象：啄木鳥和樹，共生固氮菌和豆科植物，白蟻和鞭毛蟲，犀牛和犀牛鳥，人和肚子里的大腸桿菌等。

設計意圖：選取學生在小學階段就熟知的海葵和小丑魚、鱷魚和牙簽鳥的共生現象，闡述其原理，讓學生體會共生雙方的關系，共生的必要性，為下面的認識魚菜共生系統埋下伏筆。

小組討論，明確魚菜共生系統的原理

教師先講解魚菜共生系統的原理。魚菜共生是一種新型的復合耕作體系，它通過巧妙的生態設計，把水產養殖與水耕栽培這兩種原本完全不同的農耕技術組合在一起，達到科學的協同共生，從而實現養魚不換水且無水質憂患、種菜不施肥且正常生長的生態共生效應。

然后，讓學生討論傳統養殖和傳統種植的特點，并以小組加分的模式競答。生活在不同環境的學生為大家講解傳統養殖和傳統種植的特點，比如如何養魚、如何種菜、如何種植玉米和小麥等。

再引導學生聯系八年級生物課本中無土栽培的原理，以及植物對無機鹽的吸收，加深理解魚菜共生系統的原理。

最后開展小組活動討論魚菜共生系統的優點。通過討論，認識到魚菜共生對消費者最有吸引力的地方有三點：

第一，產品安全可自證清白。因為魚菜共生系統中有魚存在，任何農藥都不能使用，稍有不慎就會造成魚和有益微生物種群的死亡或系統的崩潰。

第二，魚菜共生脫離土壤栽培，避免了土壤的重金屬污染，因此魚菜共生系統中蔬菜和水產品的重金屬殘留都遠低于傳統土壤栽培。

第三，魚菜共生系統中蔬菜有特有的水生根系，如果魚菜共生農場帶著根配送的話，消費者很容易識別蔬菜的來源，避免消費者產生這個菜是不是來自批發市場的疑慮。

設計意圖：讓學生走進魚菜共生系統，了解魚菜共生系統，為后面的設計打下基礎。

動手設計，制作魚菜共生系統

以小組為單位設計制作魚菜共生系統：小組內討論、優化方案，確定設計方案;準備環節，電池電線連接，塑料盒打孔，塑料盒內裝飾物的制作;組合安裝魚菜共生系統。

兩個塑料盒，一上一下，下層作為養魚的魚塘，上層作為種菜的菜地。水泵連接電源后工作，將下層魚塘的水泵到上層的種菜的盒中，水中的養分被菜吸收并經過濾、凈化后，再次回到魚塘循環使用。在此環節中，上層種菜的多少、種菜的高度、經過菜吸收后水的處理都可以由自己決定。

種菜塑料盒中儲存水的高度可以通過打孔的高低來控制，水流速度的快慢可以由不同的水泵或管徑的粗細來決定。在設計和優化過程中，學生主要會遇到如下問題：

如何精確控制水流速度，需要用到數學知識進行計算。這需要進一步改進打孔高度和孔的大小設計，控制種植植物的水槽的儲水高度和水流速度。

如果經過菜吸收后水還是臟，需要凈化，可以再單獨設置一個儲水槽，連接污水凈化系統。

凈化好的水再回到魚塘，實現水的循環利用。

設計意圖：訓練小組成員間的合作意識，以及分工、設計、組織實施、表達與總結等能力。不同小組間可以借鑒交流，不斷改進優化本組作品，并通過引進數學問題增加設計難度。

課程成效及問題

魚菜共生系統原理及設計環節，把數學思維滲透進去，提高學生的綜合設計思維能力;在小組合作中，提高了學生的合作、溝通、交流能力;在展示環節，增強了學生的語言表達能力和總結問題能力。魚菜共生系統還可以和水的凈化聯系在一起設計，拓展了學生的思維空間。

通過了解生態系統和共生現象，學生知道了生態系統的重要性，意識到要保護環境，保護生物，保護生態系統的穩定性，實現了預期的教學目標。但也有一些問題存在，比如實驗材料有待改進和豐富，實驗設計的科學性、可控性和合理性都有待提高等。