“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

刘传

《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）

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。

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

教師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。

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，由于生態瓶水草放置过多，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）