指向关键能力发展的项目化跨学科教学设计

周颖

“多种多样的生态系统”属于《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）课程内容中第三个学习主题“生物与环境”的学习内容，是紧紧围绕大概念“生物与环境相互依赖、相互影响，形成多种多样的生态系统”[1]进行的教学，包含了生态系统的组成、食物链（网）、生态系统的自我调节、人类活动影响等相关重要概念。学生已经学过了生态系统的相关知识，了解生态系统的组成、功能和食物链的相关知识，但是对其概念内涵与外延的深度理解还不够，特别是保护环境的责任意识还有待加强。《义务教育生物学课程标准（2022年版）解读》中明确指出：社会责任教育是态度责任（生物学四大核心素养之一）的三个维度中最有挑战的内容。而社会性科学议题是国际上科学课堂中使用最多、最成熟的一种教学策略[2]54。教师在教学中应当密切联系生态环境实际，特别是当地的实际，包括曾经发生的问题、目前存在的问题、人们为保护生态环境付出的努力及取得的成效等[2]89。

本研究以张家港湾作为研究对象，开展了张家港湾生态提升工程之项目化学习活动，内容包括：“最美江滩的修复之道”—通过自主学习和探究活动，分析修复江滩湿地生态系统的因素，尝试运用跨学科学习思维解决问题，积极参与张家港湾生态修复的社会议题；“最美江村的生态升级”—实地调查张家港永兴村把生态农业和旅游业融合后带领当地村民走向美好生活的实践路径；“最美江湾的护佑行动”—学生采访和跟岗张家港市金港镇的林长与河长，完成职业体验、提升社会责任感、实现可持续发展的保护模式三個进阶性子项目任务。

其中，“最美江滩的修复之道”生态提升工程为项目式学习和大概念学习的双向融合设计，有三条主线：一是概念线，生态系统各成分密切联系，不可分割；二是探究线，根据环境问题提出主张并进行论证；三是责任线，各个行业的建设者齐心协力、共同参与的态度。

由此，确定本课教学目标：①通过分析江滩生态系统的结构组成，理解生物与环境相互依存、相互影响的密切联系，形成“生物与环境是一个有机整体”的基本观点。②通过观察芦苇，了解其适应环境的形态结构特点，建立结构与功能相适应的生命观念。③通过分析修复江滩湿地生态系统的因素，尝试运用跨学科学习思维解决问题，在观察、实验、建模等多种活动中提升科学思维和探究能力，体悟科研探索精神。④通过参与张家港湾生态修复的社会议题，自觉参与生态文明建设，培养乡土情怀，树立保护长江、建设家乡的责任感，从而建立生态文明观。

一、聚焦真实问题情境，增强责任意识

师：《中华人民共和国长江保护法》是为了加强长江流域生态环境保护和修复，促进资源合理高效利用，保障生态安全，实现人与自然和谐共生、中华民族永续发展而制定的法律，自2021年3月1日起施行，随后多市涌现出大量的探索样态和优秀实践样例。今天，我们就来一起探讨和解决一个本地的生态难题。

地理课代表：（照片介绍背景资料）张家港湾是长江在东流入海之前的最后一道大湾。北邻长江，与双山岛夹江而望，它西起老沙码头，东至段山港，全长12千米，涉及三个村，有少量的芦苇湿地江滩。过去港口产业比较发达，长江岸线绝大部分被码头、船坞以及化工制造类企业占领，不少江堤堆满了钢渣、黄沙、煤炭等废弃物，扬尘、污水、噪声严重；养殖业密布在中西段，但属于非规模型养殖，粗放经营，臭气常让人捂鼻而走。“临江不见江，近江难清水”是当地老百姓的心病。

师：请谈谈你的感受。如果你是规划部门的工作人员，你会怎么做？

生：对该地块进行整改。

师：是的，相关项目很快就提上了日程，各部门落实了职责。这个工程任务比较庞大复杂，需要整体设计和逐步完善，基本分为三个板块：最美江滩的修复之道、最美江村的生态升级、最美江湾的护佑行动。今天我们先来解决第一个问题：最美江滩的修复之道。

设计意图：人类的生存和发展离不开环境，反之，人类对自然环境的影响也与日俱增，通过聚焦身边真实的生态环境问题，能够激发学生对如何处理人与自然的关系，以及如何实现人与自然和谐共生等问题进行反思，以此培养学生正确的责任意识和科学的思维方式。

二、明晰探究路径，寻找事实和证据

1. 建立概念模型，厘清成分关系

师：养殖业曾经是张家港湾村民的主要副业，特别是江滩散养的江鸭尤受市场欢迎，大大小小的鸭舍，多的达两三万只。请同学们结合生物兴趣小组的调查表（见表1），认真观察当时的照片，你认为这样的生态系统是否合理？根据调查表，完成概念图（见图1），并说出各成分之间的关系。

师生共同总结：生物成分与非生物成分互相影响，生产者、消费者、分解者三者相互依存，缺一不可。特别是生产者利用光合作用合成的有机物是该生态系统的物质基础。而分解者能分解另外两者的遗体和排泄物中的有机物，促进了该生态系统的物质循环。

师：现在你能说出上述江滩生态系统在角色分布上有什么问题吗？

生：整体上看，江滩生态系统中消费者（江鸭）太多，生产者太少。

2. 建构食物链，提出解决主张

师：请同学们写出与江鸭有关的食物链。

食物链1：（水草）→ 江鸭 →（人）

食物链2：（水草）→（鱼、虾等）→江鸭→（人）

师：江鸭数量过多，对其他生物的数量有什么样的影响？

生1：鱼、虾等数量下降。

生2：利于人类生存。

师：真的对人类有利吗？我们看到一个现象，经济收入提高了，当地人却纷纷选择了搬走，为什么？

生3：江鸭对环境的污染比较严重。

师生共同得出第一个主张：养殖业会污染环境。

3. 链接化学知识，寻找关键证据

师：提出主张以后，需要寻找证据来进行论证。同学们首先通过自主学习资料知道：禽畜养殖业会产生粪污废饲料、病死遗体、药物等问题，对空气、水和土壤都有较大的污染。尤其是粪污对水质的影响非常突出，据说当时的水质达到五级污染。现在，让我们进入第二个活动：探究粪污废水中的异常。

学生以小组为单位观察粪污废水（提取于本地某养鸭场）和清水的差异，观察内容为看浑浊度和闻气味（学生在观察过程中戴口罩和手套）。

师：请猜想一下粪污废水中除水以外，主要含有哪类物质。

生：水中含有粪便等排泄物，应该是有机物。

师：很好，我们最好通过检测来验证猜想。这里要用到有关的化学知识，给大家介绍这款专业的水质检测笔，它能够检测三个指标：总有机碳（TOC），碳是组成有机物的主要元素，表示水中有機物含量；化学需氧量（COD），以化学方法测量水中需要被氧化的还原性物质的量（主要是有机物）；总溶解固体（TDS），是溶解于水中的总固体含量，从TDS值可看出水中无机物或有机物的浓度（味觉的参考）。

学生认真检测出数据，填好水质检测活动记录（见表2），并与水质标准（见表3）比对，得出结论：粪污废水中确实有大量的有机物。

师：大量的粪污对水中生物有何影响？

教师引导学生先回顾生态系统中分解者能够分解有机物，产生无机物的事实作为知识铺垫。学生思考后得出结论：粪污中的有机物过多，会导致水中细菌大量繁殖，经过细菌分解作用产生的无机物会增多，当水中无机盐浓度高于生物细胞液浓度时，将会使水生生物细胞失水（参考浓盐水中萝卜条变软缩的现象），从而影响生物的生存，严重时生物会大量死亡。

师：另外，细菌增多也会造成水体耗氧量增大，导致水中生物缺氧。

4. 立足结构与功能观，诠释解决主张

师：如果你是环保部门的工作人员，会提出怎样的整改建议？

生：减少江鸭数量，增加植物数量。

师：就像同学们建议的那样，当地对10万余平方米违法建筑和161户养殖场予以全部拆除，并恢复了30公顷以上的芦苇。为什么选择芦苇呢？

学生提出第二个主张：芦苇能净化环境。

师：让我们继续为主张寻找事实。下面我们进入第三个活动：观察芦苇（禾本科芦苇属，多年生草本植物）。《诗经》有云：蒹葭苍苍，白露为霜。深受诗人喜爱的芦苇生长在哪里？

生：常见于江河湖泽与水岸边。

师：它有哪些形态结构特点是与生活在水环境中相适应的呢？请以小组为单位，按照一定顺序，根据观察提纲对芦苇的根茎叶的外部形态和内部结构进行观察，并和之前学习的其他植物相应结构进行对比。（教师提供芦苇实物）

（芦苇观察提纲：①芦苇是否有明显的主根？根系是否发达？想一想有何作用。②芦苇的茎属于常态茎吗？茎秆内有何特点？想一想有何作用。③芦苇的叶在形状和颜色上有何特点？想一想有何作用。）

学生分组观察后，进行交流：芦苇没有明显的主根，属于须状不定根，但是非常发达，可以深入泥土，固定植物体和吸收营养物质；芦苇的茎不是常态茎，属于根状茎，茎内中空，有助于通气；芦苇的叶细长，为绿色，适于在密集生长时充分接受光照，进行光合作用。

师：芦苇根茎内部是中空的，有何特殊的作用？让我们借助显微镜观察茎切片，你看到了什么？

生1：横截面外侧有很多小孔。

生2：这让我想到我家鱼缸里的活性炭，也是有很多小孔，可以吸附杂质。

师：请看老师做的实验视频，把芦苇在污水中放两天，净化效果非常明显。

生3：原来，茎上那些我感到黏糊糊的“脏”东西，是微生物形成的生物膜啊。

师：对，它可以吸附、吸收、分解水里的有机物。芦苇因其强大的净水能力，被称为“自然界中的劳模”。

设计意图：通过概念模型分析江滩生态系统的组成，激发问题意识，引导学生提出合理的主张，并通过观察、实验等探究活动寻找事实和证据进行论证，在活动中培养团结协作和交流表达的能力，提升科学思维和探究实践能力，激发科研探索精神。为了更好地解决问题，渗透了跨学科学习，如地理经济基础属于地理范畴，水质的鉴定属于化学范畴，水质的净化属于物理、化学、生物学三学科的融合效应等。这不仅助力问题解决，还为学生提供了新的思维视角，有利于激发创新思路和研究意识。

三、构建物化模型，深化重要概念

1. 设计建构模型，解释概念内涵

师：现在请同学们根据已学知识，给芦苇再选一些净水搭档，设计一个修复后的湿地生态系统模型。以6人为一组，每组会有一个湿地生态系统的底图和一个材料袋（两种材料袋，供学生二选一。材料袋1：菖蒲、荷花、浮萍、金鱼藻、河蚌、中华绒螯蟹、草鱼、雪莲、骆驼刺、翠鸟；材料袋2：芦苇、水葫芦、荇菜、池鹭、土鲶、黑壳虾、圆田螺、梭子蟹、蜈蚣草、多肉植物）。设计作品请参考评估标准（见表4）。完成后，请各组代表呈现本组模型作品参加班级湿地博览会，并介绍设计原理。最后看看哪些作品获得最佳方案称号。

表4 湿地生态系统模型评估表

评估维度 评估标准

科学性 物种选择符合环境，生物数量、摆放位置科学

美观性 整体设计美观，错落有致，有艺术感

功能性 物种多样，能明确说明湿地生态系统的组成及作用

小组代表交流展示，就动植物的选择和位置，师生展开了激烈讨论；同时，小组长互相点评；最后选出最佳方案（见图2）。教师拓展补充了挺水植物、漂浮植物、浮叶根深植物、沉水植物的相关知识。

师：另外，请同学们再想一想，如果这几个湿地生态系统都分布在长江沿岸的上下游区域，它们之间会有影响吗？

生1：会有影响。上游生态系统一旦受到污染，就会影响下游。

生2：下游的空气、物种等也会影响到上游生态系统。

师：对，所以为了保护长江，我们就要善待每一个与之相关的生态系统。经过大家的努力，这一块江滩的生物多样性又丰富了起来，曾经的濒危物种又被摄影爱好者拍到了身影。动植物联合微生物能进一步净化水质，改变气候，因为卓越的生态维护能力，湿地生态系统还有一个响亮的名称叫……

生（齐声）：“地球的肾”。

2. 实物模型演示，拓展概念外延

师：（展示教师制作的湿地修复中常用的人工湿地的实物模型）请同学们观察从下到上有何差异。

生1：分为鹅卵石层、绿沸石层、石英砂层、河沙层、土壤层、植物层。

师：为观察净水效果，请1～3小组把本组桌面小烧杯中的污水倒入讲台上的大烧杯A中，4～6小组把本组桌面小烧杯中的污水倒入实物模型中，对比观察经实物模型过滤后流入大烧杯B中的水质的变化（见图3）。

生2：哇，净水效果很棒！

师：请同学们继续查阅物理、化学、生物学三门学科的知识，并参考图4对此模型的分层种类和数量比例，运用工程学的原理升级这个模型。

设计意图：探究是思维发展的阶梯，通过模型建构与展示活动，学生进一步理解了生态系统相关概念的内涵与外延，特别对生物与环境是整体，生物影响环境，环境也影响生物有了深刻的认识。同时，学生在活动中进一步提升了对知识的运用能力和解释能力，设计能力、实践能力、合作能力、沟通交流能力以及创新、分析、评价等高階思维能力也得到了发展。

四、成果精彩展示，提升态度和责任

师：（呈现图片资料：滩涂复绿，芦苇作妆；江清水秀，颜值回春）张家港湾生态整治工程景观设计项目获得了2022年度国际风景园林师联合会颁发的“亚非中东地区风景园林奖”杰出奖，并入选2021年度联合国“可持续发展目标实践行动优秀案例”。最美江滩形成了，张家港湾的水质也达到了饮用水的标准。那么绿色颜值能否和提高经济效益共生共赢呢？第二课时将是“最美江村的生态升级”，请同学们继续帮张家港湾出谋划策。

最后，师生共同完成本课小结概念图（见图5），深入理解大概念。

设计意图：通过成果展示，学生体会到人类正向改造环境的积极意义，同时增强了爱护家乡的乡土情怀，进一步提升了利用生物学知识关注社会热点，改造生态环境和服务社会的意识，树立了人与自然应当和谐共生的生态文明观。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育生物学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022：15.

[2] 刘恩山.义务教育生物学课程标准（2022年版）解读[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[作者系江苏省张家港市南丰中学教师，江苏省初中生物名师工作室（主持人：邰玉韦）成员]

责任编辑：孙昕