設(shè)計(jì)并制作生態(tài)瓶一、項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)一、項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）能夠結(jié)合學(xué)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能等相關(guān)知識(shí)，闡明生態(tài)瓶中含有的組分，分析各組分間的關(guān)系，理解生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、自我調(diào)節(jié)等相關(guān)生物學(xué)概念，以及“尺度、比例和數(shù)量”、“穩(wěn)定與變化”等跨學(xué)科概念，建立結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀。（生命觀念、科學(xué)思維）（2）根據(jù)水生生態(tài)系統(tǒng)的組成，綜合運(yùn)用化學(xué)、工程等概念，進(jìn)行生態(tài)瓶方案設(shè)計(jì)，并利用生活中簡單易得的透明材料制作裝置；通過觀察記錄生態(tài)瓶的生長狀態(tài)及出現(xiàn)的問題，探究影響生態(tài)瓶穩(wěn)定性的因素，并進(jìn)行裝置和設(shè)計(jì)的迭代改進(jìn)。（科學(xué)思維、探究實(shí)踐）（3）在實(shí)踐探究中，提升合作、探究和實(shí)踐能力。體會(huì)在問題解決過程中，生物學(xué)與工程、化學(xué)等學(xué)科的融合，形成解決問題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。（科學(xué)思維、探究實(shí)踐）（4）通過對(duì)生態(tài)瓶中各組分之間的因果關(guān)系分析，正確評(píng)價(jià)制作的生態(tài)瓶，對(duì)整個(gè)實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行反思和評(píng)價(jià)，培養(yǎng)科學(xué)表達(dá)能力和批判性思維。進(jìn)而認(rèn)識(shí)到人與自然和諧共生，形成生態(tài)意識(shí)。（科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任）二、項(xiàng)目整體規(guī)劃及課時(shí)安排

二、項(xiàng)目整體規(guī)劃及課時(shí)安排三、項(xiàng)目具體實(shí)施過程三、項(xiàng)目具體實(shí)施過程入項(xiàng)和項(xiàng)目一入項(xiàng)和項(xiàng)目一初步設(shè)計(jì)生態(tài)瓶方案課時(shí)安排及說明：結(jié)合已學(xué)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)知識(shí)，制定評(píng)價(jià)量規(guī)，初步設(shè)計(jì)生態(tài)瓶方案。（2課時(shí)）【導(dǎo)入】教師展示“月宮一號(hào)”的圖片或視頻，閱讀教材96頁，思考問題：1．“月宮一號(hào)”是模擬的可供人類生存的人工封閉生態(tài)系統(tǒng)，依據(jù)是什么？2．8名志愿者在其中輪流駐留了370天，其需要的全部氧氣和水、大部分食物都是循環(huán)再生的。生物圈中自然生態(tài)系統(tǒng)除有太陽能的輸入，幾乎沒有物質(zhì)的輸入和輸出，從物質(zhì)上看就是封閉的系統(tǒng)，為什么？3．此人工生態(tài)系統(tǒng)與自然界中大型生態(tài)系統(tǒng)如森林生態(tài)系統(tǒng)有什么差別？要分析和回答上述問題，學(xué)生需要回憶生態(tài)系統(tǒng)的概念、組成，如包括有生物部分：植物、動(dòng)物、微生物；非生物部分陽光、空氣、水等，進(jìn)一步分析組成成分在其中的作用以及相互間的關(guān)系，說明通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的功能，保證物質(zhì)和能量的供應(yīng)。相比自然界中較穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)，此人工生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)較簡單，在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)這些功能上較弱，因此要想人類長期生存絕非易事。在自然界中，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的長期保持也需要生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)統(tǒng)一的整體，系統(tǒng)中環(huán)境的變化、動(dòng)植物數(shù)量的變化都會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)。那么如何保證生態(tài)系統(tǒng)的長期維持呢？可以通過模擬生態(tài)系統(tǒng)開展探究實(shí)踐。水生生態(tài)系統(tǒng)比較易、易觀察等。因此本次活動(dòng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主題就是：制作一個(gè)能較長時(shí)間維持平衡的生態(tài)瓶。要制作一個(gè)能維持較長時(shí)間的生態(tài)瓶，需要思考如何進(jìn)行這一任務(wù)？搭建出完成和實(shí)施這一核心任務(wù)的整體流程?！咎岢鰡栴}】要完成此項(xiàng)目，主要的步驟流程應(yīng)如何安排？分組進(jìn)行思考，分析梳理活動(dòng)的整體流程思路，教師進(jìn)行指導(dǎo)。并進(jìn)行交流展示，達(dá)成共識(shí)，梳理出整個(gè)框架。整體框架基本包括以下步驟：①初步設(shè)計(jì)制作方案，繪制設(shè)計(jì)圖。思考用什么材料來制作生態(tài)瓶？如礦泉水瓶、玻璃容器等；生態(tài)瓶中加入哪些成分？是否需要加入微生物？需要什么樣的條件？……②小組交流討論，迭代完善。思考：各成分間的關(guān)系？要維持長時(shí)間，還需要考慮哪些？如容器的大小、加入成分的數(shù)量、適宜的條件等。③制作生態(tài)瓶。思考：制作步驟？小組分工、時(shí)間等。④觀察、記錄生態(tài)瓶效果。⑤展示評(píng)價(jià)、交流討論，迭代完善。⑥……任務(wù)1：查閱資料進(jìn)行生態(tài)瓶方案設(shè)計(jì)通過AI等渠道了解生態(tài)瓶制作方面的知識(shí)，以及下列給定材料清單中你所不了解的生物如形態(tài)、大小、分布、特點(diǎn)等（如沒有相關(guān)條件，可以課下進(jìn)行，或教師提供相關(guān)資料）。各小組自選容器，并從給定材料中選擇本組所用的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)。思考：為什么選擇這些材料？這些材料各選多少？生態(tài)瓶設(shè)計(jì)方案小組長：生態(tài)瓶設(shè)計(jì)方案小組長：小組成員：供選擇的材料清單：土壤、純凈水、河水、泥沙、石子；金魚藻、茨藻、黑藻、浮萍、狗尾草、苔蘚（水苔）、水綿水蚤、小魚（孔雀魚、斑馬魚、太陽魚）、小蝦（黑殼蝦）、貝類（椎實(shí)螺、田螺）、泥鰍設(shè)計(jì)圖：制作步驟：需注意的事項(xiàng)：各組完成方案設(shè)計(jì)后要進(jìn)行方案的展示、交流。但我們?nèi)绾稳ピu(píng)價(jià)方案是否合理、可行、優(yōu)秀呢？任務(wù)2：制定生態(tài)瓶設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)量規(guī)【提出問題】從哪些角度評(píng)價(jià)一個(gè)能維持長時(shí)間平衡的生態(tài)瓶的設(shè)計(jì)方案？學(xué)生交流、討論，給出觀點(diǎn)。從生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、調(diào)節(jié)等角度進(jìn)行思考分析。如：是否密閉？加入生物的種類、比例是否合適？動(dòng)植物是否生活的比較久？非生物環(huán)境條件是否有適宜、水質(zhì)是否被污染？選擇的容器材料是否易得？體積是否合適？等等?！咎岢鰡栴}】方案設(shè)計(jì)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們還要進(jìn)行制作并觀察生態(tài)瓶的效果，還要對(duì)整個(gè)活動(dòng)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此思考還需要補(bǔ)充哪些評(píng)價(jià)指標(biāo)？學(xué)生回答，除評(píng)價(jià)方案設(shè)計(jì)外，還要從方案的實(shí)施，即是否按照方案設(shè)計(jì)圖進(jìn)行制作，是否進(jìn)行持續(xù)觀察和檢測，記錄的完整、準(zhǔn)確角度，以及生態(tài)瓶最終是否可以長時(shí)間維持穩(wěn)定，生態(tài)瓶的觀賞性角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。同學(xué)們分組進(jìn)行討論和完善，形成統(tǒng)一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，制定評(píng)價(jià)表（見項(xiàng)目評(píng)價(jià)附表1）。任務(wù)3：評(píng)價(jià)和改進(jìn)生態(tài)瓶設(shè)計(jì)方案1．各組進(jìn)行展示、交流，組內(nèi)和組間依據(jù)評(píng)價(jià)量規(guī)中方案設(shè)計(jì)開展評(píng)價(jià)，并提出改進(jìn)的建議。2．依據(jù)建議，改進(jìn)本組的設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目二項(xiàng)目二生態(tài)瓶制作，并進(jìn)行持續(xù)觀察記錄課時(shí)安排及說明：依據(jù)設(shè)計(jì)方案，制作生態(tài)瓶，并進(jìn)行觀察和記錄（1課時(shí)；課下）任務(wù)4：各組依據(jù)改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，制作生態(tài)瓶課前準(zhǔn)備：各組學(xué)生按照本組分工，分頭準(zhǔn)備容器和材料。課上：學(xué)生自帶適當(dāng)?shù)娜萜骱筒牧希處熖峁┢渌牧?，根?jù)設(shè)計(jì)方案制作生態(tài)瓶，并貼上標(biāo)簽。統(tǒng)一放在學(xué)校教室或?qū)嶒?yàn)室的合適條件下，方便小組成員進(jìn)行觀察和記錄。【提出問題】完成生態(tài)瓶制作后，如何設(shè)計(jì)觀察記錄表，觀察和記錄生態(tài)瓶的狀態(tài)？思考記錄什么？如觀察時(shí)間，生態(tài)瓶中的變化，如水質(zhì)、動(dòng)植物是否存活、氣泡多少等等，并反思出現(xiàn)的問題、原因。各組學(xué)生設(shè)計(jì)觀察記錄表，教師指導(dǎo)。

觀察時(shí)間第一天第二天第三天第四天……水質(zhì)的變化動(dòng)植物的死亡情況其他情況任務(wù)5：持續(xù)觀察記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整課下進(jìn)行為期一個(gè)月的觀察記錄，撰寫觀察報(bào)告。失敗的小組和其他小組在此過程中利用項(xiàng)目三開展探究，并結(jié)合資料查閱，進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化方案，再開始改進(jìn)制作。項(xiàng)目三項(xiàng)目三發(fā)現(xiàn)問題，設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)探究和改進(jìn)課時(shí)安排及說明：結(jié)合發(fā)現(xiàn)的主要問題開展實(shí)驗(yàn)探究，并依據(jù)探究結(jié)果進(jìn)一步改進(jìn)方案設(shè)計(jì)和制作。（1課時(shí)；課下）在一個(gè)月的觀察記錄中，有些小組會(huì)出現(xiàn)問題：如其中的生物短時(shí)間內(nèi)大量死亡；有些小組瓶中藻類瘋長；有些小組生態(tài)瓶中水很渾濁，最終導(dǎo)致瓶內(nèi)微生態(tài)系統(tǒng)崩潰。那就需要這些小組隨時(shí)分析思考其中的原因。教師也可以在課上帶領(lǐng)同學(xué)一起分析原因?！咎岢鰡栴}】在生態(tài)瓶制作完成后觀察會(huì)出現(xiàn)上述問題，分析可能的原因是什么？如何解決？任務(wù)6：小組交流討論，分析失敗原因和解決對(duì)策各組可以根據(jù)問題，進(jìn)行深入思考，借助資料查找，分析失敗原因，找到解決對(duì)策。如生物生物短時(shí)間內(nèi)大量死亡，思考容器體積、動(dòng)植物比例等是否合適；植物過少導(dǎo)致氧氣不足；當(dāng)這些都沒有問題時(shí)，反思是否因密閉原因，生態(tài)瓶內(nèi)外的空氣不能對(duì)流，光線直射導(dǎo)致瓶內(nèi)溫度過高；而生態(tài)瓶中藻類瘋長是否也跟陽光直射有關(guān)系呢？那么是不需要將生態(tài)瓶放置在散射光下；瓶中水很渾濁，是否是因?yàn)樵谥谱鲿r(shí)加入泥沙過多呢？那在制作時(shí)要控制加入河泥的量等。

任務(wù)7：依據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開展深入探究和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄繉?shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄繉?duì)生態(tài)瓶穩(wěn)定性的影響提出問題：作出假設(shè)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：提示：設(shè)計(jì)幾組？實(shí)驗(yàn)組如何設(shè)計(jì)？對(duì)照組如何設(shè)計(jì)？（對(duì)照原則）在設(shè)計(jì)中要控制哪些其他條件一致？（單一變量原則）如何進(jìn)行檢測？實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：各組同學(xué)在課下依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案開展探究實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究評(píng)價(jià)表（見項(xiàng)目評(píng)價(jià)附表2）進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)探究結(jié)果，結(jié)合資料查詢中真實(shí)生態(tài)系統(tǒng)中生物數(shù)量、種類、比例間關(guān)系。對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行再優(yōu)化。出項(xiàng)出項(xiàng)展示評(píng)價(jià)交流，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)課時(shí)安排及說明：展示交流，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。（1課時(shí)）任務(wù)8：展示、評(píng)價(jià)交流，項(xiàng)目總結(jié)提升活動(dòng)1：展示各組的生態(tài)瓶及記錄、報(bào)告，利用評(píng)價(jià)表開展評(píng)價(jià)?；顒?dòng)2：選出小組進(jìn)行交流，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：生態(tài)瓶成功的小組進(jìn)行交流。分析能夠長久維持運(yùn)轉(zhuǎn)（一個(gè)月以上）的生態(tài)瓶，交流的方面包括設(shè)計(jì)方案、制作、觀察記錄過程，總結(jié)生態(tài)瓶成功的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)歷迭代改進(jìn)最終成功的小組進(jìn)行交流。交流的方面包括初步方案、制作過程中出現(xiàn)的問題及解決對(duì)策、改進(jìn)后的方案、過程中的反思及收獲。【提出問題】本次項(xiàng)目活動(dòng)對(duì)我們有什么啟示？可能否舉例說明。在日常生活中我們應(yīng)該如何做？結(jié)合本次項(xiàng)目活動(dòng)和生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生思考，要維持一個(gè)長時(shí)間保持平衡的生態(tài)系統(tǒng)非常不易。在自然界中，如大量砍伐樹木，污染河流等，可能會(huì)使生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，再想恢復(fù)到一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能保持平衡的生態(tài)系統(tǒng)十分困難。因此我們要保護(hù)環(huán)境，保護(hù)生物多樣性，保護(hù)我們的地球家園。四、項(xiàng)目評(píng)價(jià)四、項(xiàng)目評(píng)價(jià)表1：生態(tài)瓶方案設(shè)計(jì)及過程評(píng)價(jià)表（在相應(yīng)等級(jí)中畫“√”）評(píng)價(jià)維度評(píng)價(jià)要點(diǎn)優(yōu)秀良好有待改進(jìn)方案設(shè)計(jì)□生態(tài)系統(tǒng)組成成分齊全、比例數(shù)量合適□生物種類豐富（含多條食物鏈）□非生物條件無污染、適宜□密閉空間□材料易得、環(huán)保項(xiàng)目實(shí)施□按照設(shè)計(jì)方案有序完成□小組分工明確，并能合作完成制作□觀察及記錄詳實(shí)、完整（如有文字、拍照記錄，記錄條件、變化，有問題的提出等）□能夠依據(jù)問題進(jìn)行迭代、改進(jìn)項(xiàng)目成果□能長時(shí)間維持穩(wěn)定□美觀、觀賞性佳

表2：實(shí)驗(yàn)探究過程評(píng)