指向關(guān)鍵能力發(fā)展的項目化跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計

周穎

“多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)”屬于《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）課程內(nèi)容中第三個學(xué)習(xí)主題“生物與環(huán)境”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，是緊緊圍繞大概念“生物與環(huán)境相互依賴、相互影響，形成多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)”[1]進行的教學(xué)，包含了生態(tài)系統(tǒng)的組成、食物鏈（網(wǎng)）、生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)、人類活動影響等相關(guān)重要概念。學(xué)生已經(jīng)學(xué)過了生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)知識，了解生態(tài)系統(tǒng)的組成、功能和食物鏈的相關(guān)知識，但是對其概念內(nèi)涵與外延的深度理解還不夠，特別是保護環(huán)境的責(zé)任意識還有待加強?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022年版）解讀》中明確指出：社會責(zé)任教育是態(tài)度責(zé)任（生物學(xué)四大核心素養(yǎng)之一）的三個維度中最有挑戰(zhàn)的內(nèi)容。而社會性科學(xué)議題是國際上科學(xué)課堂中使用最多、最成熟的一種教學(xué)策略[2]54。教師在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)密切聯(lián)系生態(tài)環(huán)境實際，特別是當(dāng)?shù)氐膶嶋H，包括曾經(jīng)發(fā)生的問題、目前存在的問題、人們?yōu)楸Ｗo生態(tài)環(huán)境付出的努力及取得的成效等[2]89。

本研究以張家港灣作為研究對象，開展了張家港灣生態(tài)提升工程之項目化學(xué)習(xí)活動，內(nèi)容包括：“最美江灘的修復(fù)之道”—通過自主學(xué)習(xí)和探究活動，分析修復(fù)江灘濕地生態(tài)系統(tǒng)的因素，嘗試運用跨學(xué)科學(xué)習(xí)思維解決問題，積極參與張家港灣生態(tài)修復(fù)的社會議題；“最美江村的生態(tài)升級”—實地調(diào)查張家港永興村把生態(tài)農(nóng)業(yè)和旅游業(yè)融合后帶領(lǐng)當(dāng)?shù)卮迕褡呦蛎篮蒙畹膶嵺`路徑；“最美江灣的護佑行動”—學(xué)生采訪和跟崗張家港市金港鎮(zhèn)的林長與河長，完成職業(yè)體驗、提升社會責(zé)任感、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的保護模式三個進階性子項目任務(wù)。

其中，“最美江灘的修復(fù)之道”生態(tài)提升工程為項目式學(xué)習(xí)和大概念學(xué)習(xí)的雙向融合設(shè)計，有三條主線：一是概念線，生態(tài)系統(tǒng)各成分密切聯(lián)系，不可分割；二是探究線，根據(jù)環(huán)境問題提出主張并進行論證；三是責(zé)任線，各個行業(yè)的建設(shè)者齊心協(xié)力、共同參與的態(tài)度。

由此，確定本課教學(xué)目標：①通過分析江灘生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，理解生物與環(huán)境相互依存、相互影響的密切聯(lián)系，形成“生物與環(huán)境是一個有機整體”的基本觀點。②通過觀察蘆葦，了解其適應(yīng)環(huán)境的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點，建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。③通過分析修復(fù)江灘濕地生態(tài)系統(tǒng)的因素，嘗試運用跨學(xué)科學(xué)習(xí)思維解決問題，在觀察、實驗、建模等多種活動中提升科學(xué)思維和探究能力，體悟科研探索精神。④通過參與張家港灣生態(tài)修復(fù)的社會議題，自覺參與生態(tài)文明建設(shè)，培養(yǎng)鄉(xiāng)土情懷，樹立保護長江、建設(shè)家鄉(xiāng)的責(zé)任感，從而建立生態(tài)文明觀。

一、聚焦真實問題情境，增強責(zé)任意識

師：《中華人民共和國長江保護法》是為了加強長江流域生態(tài)環(huán)境保護和修復(fù)，促進資源合理高效利用，保障生態(tài)安全，實現(xiàn)人與自然和諧共生、中華民族永續(xù)發(fā)展而制定的法律，自2021年3月1日起施行，隨后多市涌現(xiàn)出大量的探索樣態(tài)和優(yōu)秀實踐樣例。今天，我們就來一起探討和解決一個本地的生態(tài)難題。

地理課代表：（照片介紹背景資料）張家港灣是長江在東流入海之前的最后一道大灣。北鄰長江，與雙山島夾江而望，它西起老沙碼頭，東至段山港，全長12千米，涉及三個村，有少量的蘆葦濕地江灘。過去港口產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達，長江岸線絕大部分被碼頭、船塢以及化工制造類企業(yè)占領(lǐng)，不少江堤堆滿了鋼渣、黃沙、煤炭等廢棄物，揚塵、污水、噪聲嚴重；養(yǎng)殖業(yè)密布在中西段，但屬于非規(guī)模型養(yǎng)殖，粗放經(jīng)營，臭氣常讓人捂鼻而走?！芭R江不見江，近江難清水”是當(dāng)?shù)乩习傩盏男牟　?/p>

師：請談?wù)勀愕母惺堋Ｈ绻闶且?guī)劃部門的工作人員，你會怎么做？

生：對該地塊進行整改。

師：是的，相關(guān)項目很快就提上了日程，各部門落實了職責(zé)。這個工程任務(wù)比較龐大復(fù)雜，需要整體設(shè)計和逐步完善，基本分為三個板塊：最美江灘的修復(fù)之道、最美江村的生態(tài)升級、最美江灣的護佑行動。今天我們先來解決第一個問題：最美江灘的修復(fù)之道。

設(shè)計意圖：人類的生存和發(fā)展離不開環(huán)境，反之，人類對自然環(huán)境的影響也與日俱增，通過聚焦身邊真實的生態(tài)環(huán)境問題，能夠激發(fā)學(xué)生對如何處理人與自然的關(guān)系，以及如何實現(xiàn)人與自然和諧共生等問題進行反思，以此培養(yǎng)學(xué)生正確的責(zé)任意識和科學(xué)的思維方式。

二、明晰探究路徑，尋找事實和證據(jù)

1. 建立概念模型，厘清成分關(guān)系

師：養(yǎng)殖業(yè)曾經(jīng)是張家港灣村民的主要副業(yè)，特別是江灘散養(yǎng)的江鴨尤受市場歡迎，大大小小的鴨舍，多的達兩三萬只。請同學(xué)們結(jié)合生物興趣小組的調(diào)查表（見表1），認真觀察當(dāng)時的照片，你認為這樣的生態(tài)系統(tǒng)是否合理？根據(jù)調(diào)查表，完成概念圖（見圖1），并說出各成分之間的關(guān)系。

師生共同總結(jié)：生物成分與非生物成分互相影響，生產(chǎn)者、消費者、分解者三者相互依存，缺一不可。特別是生產(chǎn)者利用光合作用合成的有機物是該生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。而分解者能分解另外兩者的遺體和排泄物中的有機物，促進了該生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。

師：現(xiàn)在你能說出上述江灘生態(tài)系統(tǒng)在角色分布上有什么問題嗎？

生：整體上看，江灘生態(tài)系統(tǒng)中消費者（江鴨）太多，生產(chǎn)者太少。

2. 建構(gòu)食物鏈，提出解決主張

師：請同學(xué)們寫出與江鴨有關(guān)的食物鏈。

食物鏈1：（水草）→ 江鴨 →（人）

食物鏈2：（水草）→（魚、蝦等）→江鴨→（人）

師：江鴨數(shù)量過多，對其他生物的數(shù)量有什么樣的影響？

生1：魚、蝦等數(shù)量下降。

生2：利于人類生存。

師：真的對人類有利嗎？我們看到一個現(xiàn)象，經(jīng)濟收入提高了，當(dāng)?shù)厝藚s紛紛選擇了搬走，為什么？

生3：江鴨對環(huán)境的污染比較嚴重。

師生共同得出第一個主張：養(yǎng)殖業(yè)會污染環(huán)境。

3. 鏈接化學(xué)知識，尋找關(guān)鍵證據(jù)

師：提出主張以后，需要尋找證據(jù)來進行論證。同學(xué)們首先通過自主學(xué)習(xí)資料知道：禽畜養(yǎng)殖業(yè)會產(chǎn)生糞污廢飼料、病死遺體、藥物等問題，對空氣、水和土壤都有較大的污染。尤其是糞污對水質(zhì)的影響非常突出，據(jù)說當(dāng)時的水質(zhì)達到五級污染?，F(xiàn)在，讓我們進入第二個活動：探究糞污廢水中的異常。

學(xué)生以小組為單位觀察糞污廢水（提取于本地某養(yǎng)鴨場）和清水的差異，觀察內(nèi)容為看渾濁度和聞氣味（學(xué)生在觀察過程中戴口罩和手套）。

師：請猜想一下糞污廢水中除水以外，主要含有哪類物質(zhì)。

生：水中含有糞便等排泄物，應(yīng)該是有機物。

師：很好，我們最好通過檢測來驗證猜想。這里要用到有關(guān)的化學(xué)知識，給大家介紹這款專業(yè)的水質(zhì)檢測筆，它能夠檢測三個指標：總有機碳（TOC），碳是組成有機物的主要元素，表示水中有機物含量；化學(xué)需氧量（COD），以化學(xué)方法測量水中需要被氧化的還原性物質(zhì)的量（主要是有機物）；總?cè)芙夤腆w（TDS），是溶解于水中的總固體含量，從TDS值可看出水中無機物或有機物的濃度（味覺的參考）。

學(xué)生認真檢測出數(shù)據(jù)，填好水質(zhì)檢測活動記錄（見表2），并與水質(zhì)標準（見表3）比對，得出結(jié)論：糞污廢水中確實有大量的有機物。

師：大量的糞污對水中生物有何影響？

教師引導(dǎo)學(xué)生先回顧生態(tài)系統(tǒng)中分解者能夠分解有機物，產(chǎn)生無機物的事實作為知識鋪墊。學(xué)生思考后得出結(jié)論：糞污中的有機物過多，會導(dǎo)致水中細菌大量繁殖，經(jīng)過細菌分解作用產(chǎn)生的無機物會增多，當(dāng)水中無機鹽濃度高于生物細胞液濃度時，將會使水生生物細胞失水（參考濃鹽水中蘿卜條變軟縮的現(xiàn)象），從而影響生物的生存，嚴重時生物會大量死亡。

師：另外，細菌增多也會造成水體耗氧量增大，導(dǎo)致水中生物缺氧。

4. 立足結(jié)構(gòu)與功能觀，詮釋解決主張

師：如果你是環(huán)保部門的工作人員，會提出怎樣的整改建議？

生：減少江鴨數(shù)量，增加植物數(shù)量。

師：就像同學(xué)們建議的那樣，當(dāng)?shù)貙?0萬余平方米違法建筑和161戶養(yǎng)殖場予以全部拆除，并恢復(fù)了30公頃以上的蘆葦。為什么選擇蘆葦呢？

學(xué)生提出第二個主張：蘆葦能凈化環(huán)境。

師：讓我們繼續(xù)為主張尋找事實。下面我們進入第三個活動：觀察蘆葦（禾本科蘆葦屬，多年生草本植物）?！对娊?jīng)》有云：蒹葭蒼蒼，白露為霜。深受詩人喜愛的蘆葦生長在哪里？

生：常見于江河湖澤與水岸邊。

師：它有哪些形態(tài)結(jié)構(gòu)特點是與生活在水環(huán)境中相適應(yīng)的呢？請以小組為單位，按照一定順序，根據(jù)觀察提綱對蘆葦?shù)母o葉的外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行觀察，并和之前學(xué)習(xí)的其他植物相應(yīng)結(jié)構(gòu)進行對比。（教師提供蘆葦實物）

（蘆葦觀察提綱：①蘆葦是否有明顯的主根？根系是否發(fā)達？想一想有何作用。②蘆葦?shù)那o屬于常態(tài)莖嗎？莖稈內(nèi)有何特點？想一想有何作用。③蘆葦?shù)娜~在形狀和顏色上有何特點？想一想有何作用。）

學(xué)生分組觀察后，進行交流：蘆葦沒有明顯的主根，屬于須狀不定根，但是非常發(fā)達，可以深入泥土，固定植物體和吸收營養(yǎng)物質(zhì)；蘆葦?shù)那o不是常態(tài)莖，屬于根狀莖，莖內(nèi)中空，有助于通氣；蘆葦?shù)娜~細長，為綠色，適于在密集生長時充分接受光照，進行光合作用。

師：蘆葦根莖內(nèi)部是中空的，有何特殊的作用？讓我們借助顯微鏡觀察莖切片，你看到了什么？

生1：橫截面外側(cè)有很多小孔。

生2：這讓我想到我家魚缸里的活性炭，也是有很多小孔，可以吸附雜質(zhì)。

師：請看老師做的實驗視頻，把蘆葦在污水中放兩天，凈化效果非常明顯。

生3：原來，莖上那些我感到黏糊糊的“臟”東西，是微生物形成的生物膜啊。

師：對，它可以吸附、吸收、分解水里的有機物。蘆葦因其強大的凈水能力，被稱為“自然界中的勞模”。

設(shè)計意圖：通過概念模型分析江灘生態(tài)系統(tǒng)的組成，激發(fā)問題意識，引導(dǎo)學(xué)生提出合理的主張，并通過觀察、實驗等探究活動尋找事實和證據(jù)進行論證，在活動中培養(yǎng)團結(jié)協(xié)作和交流表達的能力，提升科學(xué)思維和探究實踐能力，激發(fā)科研探索精神。為了更好地解決問題，滲透了跨學(xué)科學(xué)習(xí)，如地理經(jīng)濟基礎(chǔ)屬于地理范疇，水質(zhì)的鑒定屬于化學(xué)范疇，水質(zhì)的凈化屬于物理、化學(xué)、生物學(xué)三學(xué)科的融合效應(yīng)等。這不僅助力問題解決，還為學(xué)生提供了新的思維視角，有利于激發(fā)創(chuàng)新思路和研究意識。

三、構(gòu)建物化模型，深化重要概念

1. 設(shè)計建構(gòu)模型，解釋概念內(nèi)涵

師：現(xiàn)在請同學(xué)們根據(jù)已學(xué)知識，給蘆葦再選一些凈水搭檔，設(shè)計一個修復(fù)后的濕地生態(tài)系統(tǒng)模型。以6人為一組，每組會有一個濕地生態(tài)系統(tǒng)的底圖和一個材料袋（兩種材料袋，供學(xué)生二選一。材料袋1：菖蒲、荷花、浮萍、金魚藻、河蚌、中華絨螯蟹、草魚、雪蓮、駱駝刺、翠鳥；材料袋2：蘆葦、水葫蘆、荇菜、池鷺、土鯰、黑殼蝦、圓田螺、梭子蟹、蜈蚣草、多肉植物）。設(shè)計作品請參考評估標準（見表4）。完成后，請各組代表呈現(xiàn)本組模型作品參加班級濕地博覽會，并介紹設(shè)計原理。最后看看哪些作品獲得最佳方案稱號。

表4 濕地生態(tài)系統(tǒng)模型評估表

評估維度 評估標準

科學(xué)性 物種選擇符合環(huán)境，生物數(shù)量、擺放位置科學(xué)

美觀性 整體設(shè)計美觀，錯落有致，有藝術(shù)感

功能性 物種多樣，能明確說明濕地生態(tài)系統(tǒng)的組成及作用

小組代表交流展示，就動植物的選擇和位置，師生展開了激烈討論；同時，小組長互相點評；最后選出最佳方案（見圖2）。教師拓展補充了挺水植物、漂浮植物、浮葉根深植物、沉水植物的相關(guān)知識。

師：另外，請同學(xué)們再想一想，如果這幾個濕地生態(tài)系統(tǒng)都分布在長江沿岸的上下游區(qū)域，它們之間會有影響嗎？

生1：會有影響。上游生態(tài)系統(tǒng)一旦受到污染，就會影響下游。

生2：下游的空氣、物種等也會影響到上游生態(tài)系統(tǒng)。

師：對，所以為了保護長江，我們就要善待每一個與之相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)。經(jīng)過大家的努力，這一塊江灘的生物多樣性又豐富了起來，曾經(jīng)的瀕危物種又被攝影愛好者拍到了身影。動植物聯(lián)合微生物能進一步凈化水質(zhì)，改變氣候，因為卓越的生態(tài)維護能力，濕地生態(tài)系統(tǒng)還有一個響亮的名稱叫……

生（齊聲）：“地球的腎”。

2. 實物模型演示，拓展概念外延

師：（展示教師制作的濕地修復(fù)中常用的人工濕地的實物模型）請同學(xué)們觀察從下到上有何差異。

生1：分為鵝卵石層、綠沸石層、石英砂層、河沙層、土壤層、植物層。

師：為觀察凈水效果，請1～3小組把本組桌面小燒杯中的污水倒入講臺上的大燒杯A中，4～6小組把本組桌面小燒杯中的污水倒入實物模型中，對比觀察經(jīng)實物模型過濾后流入大燒杯B中的水質(zhì)的變化（見圖3）。

生2：哇，凈水效果很棒！

師：請同學(xué)們繼續(xù)查閱物理、化學(xué)、生物學(xué)三門學(xué)科的知識，并參考圖4對此模型的分層種類和數(shù)量比例，運用工程學(xué)的原理升級這個模型。

設(shè)計意圖：探究是思維發(fā)展的階梯，通過模型建構(gòu)與展示活動，學(xué)生進一步理解了生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)概念的內(nèi)涵與外延，特別對生物與環(huán)境是整體，生物影響環(huán)境，環(huán)境也影響生物有了深刻的認識。同時，學(xué)生在活動中進一步提升了對知識的運用能力和解釋能力，設(shè)計能力、實踐能力、合作能力、溝通交流能力以及創(chuàng)新、分析、評價等高階思維能力也得到了發(fā)展。

四、成果精彩展示，提升態(tài)度和責(zé)任

師：（呈現(xiàn)圖片資料：灘涂復(fù)綠，蘆葦作妝；江清水秀，顏值回春）張家港灣生態(tài)整治工程景觀設(shè)計項目獲得了2022年度國際風(fēng)景園林師聯(lián)合會頒發(fā)的“亞非中東地區(qū)風(fēng)景園林獎”杰出獎，并入選2021年度聯(lián)合國“可持續(xù)發(fā)展目標實踐行動優(yōu)秀案例”。最美江灘形成了，張家港灣的水質(zhì)也達到了飲用水的標準。那么綠色顏值能否和提高經(jīng)濟效益共生共贏呢？第二課時將是“最美江村的生態(tài)升級”，請同學(xué)們繼續(xù)幫張家港灣出謀劃策。

最后，師生共同完成本課小結(jié)概念圖（見圖5），深入理解大概念。

設(shè)計意圖：通過成果展示，學(xué)生體會到人類正向改造環(huán)境的積極意義，同時增強了愛護家鄉(xiāng)的鄉(xiāng)土情懷，進一步提升了利用生物學(xué)知識關(guān)注社會熱點，改造生態(tài)環(huán)境和服務(wù)社會的意識，樹立了人與自然應(yīng)當(dāng)和諧共生的生態(tài)文明觀。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：15.

[2] 劉恩山.義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022年版）解讀[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[作者系江蘇省張家港市南豐中學(xué)教師，江蘇省初中生物名師工作室（主持人：邰玉韋）成員]

責(zé)任編輯：孫昕