“方寸之間的大自然——生態瓶微景觀制作”跨學科項目式學習活動的設計與實施

劉傳

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》首次設立“生物學與社會·跨學科實踐”主題，提出“應整體規劃跨學科實踐活動，探索項目化實施”。跨學科學習是為解決一個真實的問題，運用不同學科的知識和方法，對問題產生整體理解。項目式學習是從現實生活需要出發，學生運用學科基本概念和原理，通過觀察、探究、合作、分享等活動，將問題逐步分解，在一定時間內解決問題的過程。跨學科項目式學習，就是為解決一個真實復雜的問題，學生創造性地整合不同學科的核心知識和能力，形成整合性的項目成果和新理解。“設計并制作能較長時間維持平衡的生態瓶”是新課標給出的可選項目之一。生態瓶制作本身承載著豐富的生物學概念和思想方法，具備迭代升級的可能性，是學生在做中學的好抓手。依托人教版初中《生物學》七年級上冊第一單元“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——生態瓶微景觀制作”為例，介紹跨學科項目式學習活動的設計與實施。

一、跨學科項目式學習活動的設計

1. 項目情境設計

項目學習的情境應當來源于真實生活，結合表現性任務的設計模型，具體的項目情境如表表1所示。

2. 項目目標設計

（1）初步制作個性化的生態瓶，并根據現實情況調整生態瓶。（勞動技能；工程實踐能力）

（2）運用多種方式，從多個角度記錄的變化。（觀察與記錄）

（3）說明生態瓶內各成分之間的關系，闡明生物與環境是一個相互影響的整體，探討生態瓶適宜的放置環境條件。（系統與模型；生態觀）

（4）繪圖表示生態瓶內的食物鏈與食物網，說出生物與非生物環境之間的物質與能量流動關系。（系統與模型；物質與能量觀；尺度、比例與數量）

（5）闡明生態系統具有一定的自我調節能力；歸納影響生態系統的自我調節能力的因素。（穩定與變化）

（6）分析生態失衡的原因，認同綠色生活、保護環境的態度責任。（生態觀；態度責任）

3. 鏈接學科分析

生物學：運用生態系統的結構與功能、物質與能量、穩定與變化等相關概念與知識，設計一個能維持2周平衡的微型生態系統。

數學：運用數量感、模型意識與空間觀念，能夠基于生態瓶的尺寸，計算非生物材料的用量，以及各種生物合適的比例與數量。

工程學：選擇適當的材料、工藝工具和設備，運用勞動技能組裝生態瓶，并根據實際情況對組裝方案進行改進與優化。

藝術：基于審美感知，對生態瓶的景觀布置進行創意設計與表達。

4. 項目流程設計

結合情境內容，提出本項目的核心問題：如何設計并制作出封閉狀態下能夠維持2周生態平衡的生態瓶產品？結合教學內容，將核心問題拆解為三個子問題：生態瓶里應該放什么，才能營造一個相對穩定的環境？如何使生態瓶中的生物有長期穩定的物質與能量供給？誰的家生態瓶自我調節能力強？根據子問題，設計對應的子任務與課時目標。具體學習流程如圖1所示。

二、跨學科項目式學習活動的實施

1. 第1課時：入項導引課——生態瓶的設計與組裝

環節一：從生物圈2號到生態瓶制作

教師展示科學家嘗試建設生物圈2號的相關文本和圖片，以人造生態系統最終崩潰的事實，使學生認同科學家不斷探索的努力，以及維持生態平衡的重要性和緊迫性。同時也讓學生意識到，盡管完全模擬生物圈是困難的，但嘗試通過建立模型，比如搭建小生態瓶，了解生態系統的組成及運轉方式，對開展生態環境保護具有重要意義。

環節二：展示項目海報和單元學習導航圖

在提出組裝生態瓶的任務后，教師展示“方寸之間的大自然——生態瓶微景觀制作”項目海報，向學生介紹本項目的情境、角色、受眾、目標和產品，以及成功的標準，加深學生對項目的理解和參與感。進而展示單元學習導航圖，明晰項目路徑，使學生從項目伊始就能從整體上感知學習活動，讓學習更有方向感。

環節三：初步設計方案，組裝生態瓶

教師向學生介紹已有的實驗材料，讓學生根據已有知識和生活經驗，以小組為單位，設計初步方案，搭建生態瓶。開展本環節的意圖在于，使教師了解學生已有的知識水平，學生也能初步對制作生態瓶有粗略體驗。制作過程中出現的問題，以及課后觀察發現的小魚死亡、水質渾濁等現象，也能為后面的項目學習提供事實經驗與依據。

2. 第2課時：項目探究課——生態瓶內生物與環境的關系

環節一：繪制生態系統各組分之間的關系圖

教師引導學生繪制出生態瓶中的所有組分，并將其進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，形成生態系統的概念。接著，找出關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的環境，并將這些因素歸為生物因素和非生物因素，獲得生態因素的概念。

環節二：探討生物與環境之間的關系

各組分享觀察結果，有的小組發現小魚和小蝦會躲進大石塊和水草的縫隙處，說明生物會適應所在的環境；有的小組發現，小魚和小蝦產生的糞便漂在水面上，導致水質變渾濁，說明生物也在影響和改變著環境。通過這些生動的觀察實例，引導學生形成生物與環境是相互影響、相互適應的觀念。

環節三：探討生態瓶的調整方案

通過分析各組生態瓶出現的問題，可以分析背后出現的原因，進而對生態瓶組分進行調整。比如，基于影響小魚生活的非生物因素，探討生態瓶合適的放置位置；針對魚蝦糞便難以清理的問題，教師引導學生思考哪些生物可以分解糞便呢，從而使學生認識到，還需要細菌和真菌的存在，并繼續思考從哪里獲得這些微生物，為下節課生態系統組分的學習做鋪墊。

3. 第3課時：項目探究課——生態瓶內的物質循環與能量流動

環節一：繪制食物鏈與食物網

將微生物補充至上節課繪制的關系圖中，從物質和能量來源的角度，將生物部分劃分成生產者、消費者和分解者。

環節二：繪制生態瓶內物質循環和能量流動的關系圖

基于關系圖，梳理吃與被吃的關系，繪制食物鏈和食物網，并將環境因素和分解者融入其中，繪制生態瓶內物質循環和能量流動的關系圖。

環節三：形成生態瓶的最終方案

各組結合生態瓶的尺寸，從尺度、比例和數量角度，考慮生態瓶中動物的數目、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：出項展示課——生態瓶的自我調節能力

環節一：產品展示、評估與方案整合

各小組展示生態瓶封閉2周的觀察結果和支持證據，以及設計的用戶使用說明書，其他小組進行打分，教師做出點評和修改建議。匯報結束后，綜合評估各組方案，形成較為系統完善的最終方案。

環節二：經驗分享，維持平衡或系統崩潰

通過歸納相關事實，說明生態系統具有自我調節能力，而且是有限的。比如，有的小組發現，在最初的幾天里，水質比較渾濁，隨著時間推移，水質逐漸變清澈，說明生態系統具有自我調節能力。還有小組發現，由于生態瓶水草放置過多，留出的空氣也較少，導致含氧量下降較快，魚蝦死亡較多，說明生態系統的自我調節能力是有限的。對比不同組生態瓶的穩定性差異，分析影響生態系統自我調節能力的因素。

環節三：從“生態瓶維持”到“環境保護”

通過列舉生態瓶中的失衡現象，類比生物圈中類似的現象，引導學生構建如下概念：人類活動有可能會對生態環境產生影響，人類是大自然的一員，應當秉持可持續發展理念，合理利用資源，對已破壞的環境加以保護和恢復。

綜上，項目式學習是開展跨學科實踐主題教學的有效教學形式，跨學科實踐本身就需要長時間、全身心的投入，才有可能使學生真正將學科知識與親身實踐融合，在實踐中體悟生物學的概念、態度和思想方法。在跨學科實踐教學中，應努力挖掘跨學科主題背后承載的大概念，梳理知識脈絡線，將其貫穿至項目活動中，使學生學習既符合學科學習邏輯，也符合工程實踐邏輯，讓學生在情境化、結構化、活動化的項目學習中，獲得持續深入的理解，培養實踐能力，發展生物學核心素養。

（作者單位：山東師范大學生命科學學院）