跨学科实践活动——设计并制作生态瓶

陈　群

一、教学目标

1. 通过设计并制作能够较长时间维持平衡的生态瓶，理解生态系统中各生物成分之间的营养关系。

2. 在活动中反思和改进生态瓶的设计方案，并将解决问题的想法或创意付诸实践，形成团队合作意识。

二、教学重点、难点

1. 教学重点：设计方案并制作生态瓶。反思和改进生态瓶的设计方案。

2. 教学难点：设计方案并制作生态瓶。汇报展示，反思和改进生态瓶的设计方案。

三、教学过程设计

第1课时

1．新课引入

教师：前面我们刚刚学习了生态系统，你能说出图中显示的是什么生态系统吗？

学生：湿地生态系统。

教师：你们还能说出其他生态系统吗？

学生：森林生态系统、海洋生态系统、沙漠生态系统和草原生态系统等。

教师：我们今天就来设计并制作一个生态系统——生态瓶。

教师：生态瓶属于微型生态系统。它并不能像森林生态系统等大型生态系统那样具有很强的稳定性，生态瓶中的环境发生微小的变化，都可能引起瓶内生物死亡，甚至导致生态瓶中的生态系统崩溃。合理配置的封闭生态瓶可以实现碳、氧及其他物质的循环，并使瓶内的动物、植物等生物能较长时间地存活。

教师：你会制作吗？

2．新课教学

（1）活动目标

课件展示活动目标：

①设计并制作一个生态瓶，建立一个能较长时间维持平衡的微型生态系统。

②在活动中反思和改进生态瓶的设计方案，并将解决问题的想法或创意付诸实践，形成团队合作意识。

（2）材料用具

无色透明的玻璃瓶（或塑料瓶）、水（河水、池塘水等）、植物（金鱼藻、黑藻等）、动物（鱼、虾等）、塘泥、洗净的沙、温度计、凡士林等。

（3）活动步骤

①设计方案

 a. 组建活动小组，4人一组，合理分工。（组长1人、操作员1人、记录员1人、汇报员1人）

 b. 查阅资料，了解适宜制作生态瓶的材料、生物种类，以及制作生态瓶的注意事项。   

 c. 小组讨论，设计生态瓶的制作方案。

注意事项：

生态瓶中的生物应选择适应性、生命力较强的物种。

加入的生物种类要合适，以能够形成相对稳定的食物链为宜。

无色透明的玻璃瓶（或塑料瓶）的容积要合适，加入的各种生物的数量、比例要适宜，投放的动物宜小而少。

要设计实验对照组。在水质、植物数量、动物数量、见光与否等方面可以设计多组对照实验，最终找出较好的设计方案。

分组情况：全班分为四组。

控制以上单一变量，其他条件均相同且适宜。各组进行设计活动，教师巡视指导。

（4）课堂练习

能力提升：某同学制作生态瓶时，首先在广口瓶底部铺一层10 mm厚的塘泥，再铺上一层薄的洗净的沙，然后沿瓶壁加入大半瓶水，并放入一些水生植物和小鱼、蜗牛等动物，最后将广口瓶密封。经过一段时间，该生态瓶成了相对稳定的生态系统。请据此回答问题。

①生态瓶内的哪种生物所含能量最多？此生态系统中的分解者可能在哪里？

②为了保证该生态系统有源源不断的能量供应，应将该生态瓶放在何处？

③如果要探究该生态系统中生产者的作用，可以怎样设计实验？

（5）课后拓展研究

探究环境污染对生态瓶中生物的影响。例如，在水中加入某种污染物（如不同浓度的洗衣液等），观察其对生态瓶中的植物和动物的影响。然后查阅资料，进一步分析这种污染物会对生物及其生存环境造成哪些危害。

第2课时

1．新课引入

教师：上节课，各小组设计了制作生态瓶的方案，请各小组汇报一下。

2. 新课教学

（1）各小组汇报设计方案

（2）实验器材

     无色透明的玻璃瓶（或塑料瓶）、水（河水、池塘水等）、植物（金鱼藻、黑藻等）、动物（鱼、虾等）、塘泥、洗净的沙、温度计、凡士林等。

（3）分组制作生态瓶

各小组根据设计方案制作生态瓶。教师巡视指导。

各小组将制作好的生态瓶放在没有阳光直射的明亮处。

（4）设计观察记录表

各小组设计记录表。在一段时间内，每天观察和记录生态瓶的变化。在观察的过程中需要注意以下事项：

a. 当生态瓶内有雾气时，需将其移至阴凉处。移动后要及时观察和记录瓶中生物的生活情况。

b. 发现生态瓶中有生物死亡时，要及时清理并终止实验。

附表：

自制生态瓶观察记录表

组别：             组员：                                时间：           

第3课时

1．新课引入

教师：上节课，各小组根据各组的实验方案制作了生态瓶，并连续观察了9天。我们制作的生态瓶也是一个生态系统。那么，维持生态瓶的平衡需要哪些条件呢？

学生：需要生物成分和非生物成分。其中生物成分又分为生产者、消费者和分解者。非生物成分包括阳光、空气、水分、温度、土壤等。

下面请各小组展示并汇报生态瓶的状况。各小组汇报时注意以下几点要求：

（1）各小组运用实物、图片、视频等方式，展示方案设计、实践过程，以及实践结果；依据水生生态系统组成的相关知识，探讨生态瓶能较长时间维持平衡的原因。

（2）从生态瓶材料的选择、生物的种类数量与比例、生态瓶维持平衡时间的长短、生态瓶的美观性等方面，进行自评及互评，提出合理的修改建议。

2． 新课教学

（1）各小组汇报展示

分四组：A组、B组、C组、D组分别进行汇报，A组中A1、A2、A3三组的3名汇报员先一起在讲台上展示每天拍摄的生态瓶的照片，再从各小组的方案设计、实践过程，以及实践结果进行汇报，进而探讨生态瓶维持平衡时间长短的原因。最后，各小组进行自评及互评，提出合理的修改建议。

（2）优化改进设计方案

各小组在评价的基础上，反思研究中的不足，讨论并改进生态瓶的设计方案。

四、教学反思

跨学科实践活动“设计并制作生态瓶”是本章“生物与环境”中的一个项目式学习活动。本活动安排了3个课时：第1课时，设计方案；第2课时，制作生态瓶；第3课时，展示交流并反思改进。旨在达成素养目标：综合运用生物学和其他学科的知识、方法与实验操作技能，通过设计、制作和改进，形成物化成果，将解决问题的想法或创意付诸实践，逐步形成团队合作意识、坚持不懈的探索精神、实践创新意识、审美意识和创意实现能力。

本次活动前期投入时间较多，备课量很大。在“设计方案”这节课，关于如何合理分组，如何设计对照组，如何指导学生写方案，笔者和同事们经过多个方案的设计与思考，最后采用了上述方案。第2课时“制作生态瓶”这节课，我们共同探讨了怎样准备各种实验材料用具，并向学校总务处寻求帮助，请相关人员协助挖河泥、取河水、洗沙子、购买材料（金鱼藻、小鱼、小虾等）。我们最初组织各小组自备生态瓶的瓶子，学生积极性很高，带来了各种瓶子。这也带来了新的问题，瓶子各式各样，无法作为对照。于是，笔者最终决定统一准备瓶子。

课前，我们先尝试制作了几个生态瓶，发现制作过程中易出现以下问题：一是如果在河泥上面直接铺上粗砂，倒水时水会变浑浊。后来我们改成先在河泥上铺一层细沙，再铺一层粗砂，这样倒水后效果很好。二是倒水时一定要沿着瓶壁慢慢倒，不能过快。

课堂上，学生动手操作时还是状况百出：有两三个小组倒水时，瓶中的水变浑浊了；学生涂的凡士林太多了，手上擦不干净；各对照组倒入的水量不相等，我们又把各小组的对照组重新放在一起，倒入等量的水；学生设计的观察记录表也有待改进。

课后，我们和班主任沟通，请学生每天来实验室观察记录，确定观察时间等问题。

第3课时的展示交流课上，整体比较顺利，但学生对生态瓶维持时间长短不同的原因分析比较难，汇报时未能解释清楚。

从整体来看，这次实践活动中，学生们的兴趣浓厚、激情高涨。学生在反馈中纷纷写道：“最喜欢制作生态瓶的实验活动；上课体验很好，对我的学习有很大的帮助；小组讨论这一环节，让我们能够表达出自己的意见；生态瓶制作完成后很有成就感，每天坚持观察记录，每一次去观察都会有新的发现；小组成员团结一心，每个人都非常认真，而且实验也非常顺利，很有趣。”但一部分小组制作的生态瓶并未能长期维持稳定。经过分析，大家觉得，这一方面是由于材料自身，比如实验用的小鱼，其生活状态不是很好。但观察结果也足以反映出生态系统的敏感与脆弱，同时也加深了学生对生态系统中各生物成分之间营养关系的理解与体会；另一方面，学生的动手实践能力还有待进一步提高，这也督促着我们教师要不断地学习，不断地实践与探索。