“设计并制作微型生态系统”科教方案

“设计并制作微型生态系统”科教方案实施教师：长沙县黄兴教育集团双桥小学冯雯一、活动背景在进行教室布置的活动中，有孩子带来了一些斑马鱼和金鱼放在生物角喂养，班主任老师每天安排了同学给鱼儿喂食、隔几天换一次水，但是不久就要到国庆假期了，孩子们就提出了疑问，如果假期没人喂食、换水鱼儿会不会死掉呢？应该怎么办呢？这个问题涉及到的知识其实是和生态系统相关的，包括食物链、生态平衡、生物与环境等。所以如果能够设计和制作一个像池塘生态系统的生态瓶，让生态瓶中有完整的食物链，有稳定的生态系统，鱼儿可以自己捕食，就不用担心它们在无人喂食的情况下会饿死，让瓶中的环境像自然环境一样可以自我净化，那就不需要经常换水。二、活动定位的核心素养标准本活动的知识关联新教材教科版科学五年级下册第一单元第6课《食物链和食物网》、第7课《设计和制作一个生态瓶》的相关内容。定位2022版新课标中的核心概念如表1所示。表1项目核心素养标准生命科学领域核心概念学习内容跨学科概念5.生命系统的构成层次5.6生态系统由生物和非生物环境共同组成5.结构与功能、系统与模型6.物质与能量、稳定与变化6.生物体的稳态和调节6.1植物能制造和获取其他生物的养分来维持生存6.2人和动物通过获取其他生物的养分来维持生存三、活动特色1.开展基于真实问题解决的项目学习本活动是孩子们为了解决在校园生活中真实面临的问题背景下驱动进行的。通过查阅鱼儿的生活习性和水质自然净化方法等相关资料，动脑设计‘鱼儿的家’，动手制作‘鱼儿的家’、持续观察鱼儿的生命状态、改进‘鱼儿的家’的设计和制作。这样的学习方式使学生在解决真实问题的过程中掌握并运用单元核心知识，也让他们真正地像设计师、工程师那样思考与实践。2.强化评价对学习的促进作用本项目的四个子任务都设计了相应的评价单，做到了标准前置，即在每个活动开展前将评价表先发给学生，在表格中有标准要求，以此来促进学生更好的完成项目任务。3.选择易于操作和获得的材料由于课堂时间有限、有的孩子画画能力较弱等原因，在孩子们进行设计装置的时候，为他们提供各种形状的装置参考图、提供多种适用于制作生态瓶的水草种类和多种小型水生动物种类的介绍资料以及图片等，还提供剪刀和双面胶，让他们在设计装置时可以直接将所选的内容图片剪下来粘贴到设计单上即可，大大的减少了画设计图的时间。4.给学生试错的机会，培养解决问题的能力“鱼儿的家”达到生态平衡是非常困难的事情，在过程中可能会有很多意外出现，比如说水草变黄死掉、其它动物死亡、小鱼死亡、水质变差、冬天温度降低如何保持适宜的温度等一系列问题，虽然孩子们在制作之前已经了解了许多关于生态平衡的知识和条件，但不可控因素太多了，所以解决以上问题可能还是需要了解很专业的动植物知识，这对于孩子们来说有点困难，所以学生如果遇到了这类型的问题，就引导他们继续查阅资料，或者帮助他们找专业人士来询问，查明原因，还可以引导他们通过对比实验来确定适宜的动植物数量和种类，孩子们就经历了‘遇到问题’然后‘想办法解决问题’的学习过程。这个过程会花费很长的时间，但为了“鱼儿的家”长期的安全，可以给予更多的时间给他们，提供一切教师能提供的辅助，帮助他们一起完成“鱼儿的家”的制作。四、活动目标1.科学目标：（1）知道生态系统中生物和生物之间、生物与环境之间是相互联系、相互影响的，能为鱼儿构建处于平衡状态的食物链。（2）能为装置中的生物提供光、空气、水、适宜的温度等基本条件。（3）根据鱼儿对‘家’的需求，设计‘鱼儿的家’的形状和功能；利用不同的材料尝试制作，达到目的。2.跨学科目标（1）信息技术目标：运用信息技术查找资料，了解鱼儿的习性和生存要求，了解生态处理水质的方法。（2）美术目标：结合审美进行“鱼儿的家”的整体设计与制作。（3）数学目标：能根据小鱼对生存空间的需求来计算用多大的装置制作鱼儿的家。五、活动重点与难点学生设计并制作的微型生态系统要能够达到并长期保持平衡状态是本活动的重难点，因为有很多因素会影响微型生态系统中的各个生物，学生需要经过长时间认真仔细的观察，一步步调整微型生态系统中生物的种类和数量，才能达到目标。六、活动实施过程1.第一阶段：前期准备、制定计划发给学生问题分解表，引导他们从驱动性问题的关键词和成果要求来进行问题的分解设计，部分学生的问题分解表如下：围绕驱动性问题，归纳子问题、分解任务群和设计具体的活动，具体如表2。表2活动问题和任务分解一览表核心问题子问题任务活动课时安排活动时空如何给鱼儿设计并制作一个像池塘生态系统一样不需要喂食、换水的家？（将驱动性问题进行分解所用课时为1课时）1.鱼儿吃什么？查阅资料了解鱼儿的生活习性和生存条件。1.查找资料，完成思维导图或者手抄报。1课内外结合2.其他小型水生动物的种类和数量？3.水生植物的种类和数量？4.还需要提供什么条件？5.怎么保持水质干净？装置的整体设计及性能优化。2.设计鱼儿的家。3.寻找材料，物化装置。2课内外结合6.怎么保证装置的安全性？7.选择什么材料来做？8.各种动植物入住先后顺序是怎样的？测试装置的可靠性和安全性。4.测试水质，观察其他动植物是否存活。将鱼儿放入装置中，持续观察鱼儿的状态。根据问题改进装置。1课内外结合9.这个家真的能让鱼儿在无人管理的情况下生存下去吗？第二阶段：活动实践任务一：查阅资料了解鱼儿的生活习性和生存条件活动：上网查阅资料，完成手抄报和思维导图的制作。活动目标：①了解斑马鱼和金鱼分别会吃什么植物或动物，为鱼儿构建完整的食物链，让鱼儿处于稳定的生态系统中；了解鱼儿的生活习性，比如对水质有什么要求以及有哪些自然方法可以净化水质，还有对温度的要求如何等等。培养孩子使用信息技术来查阅资料的整理。②进行手抄报和思维导图的制作，培养孩子的归纳、整理思维能力以及艺术审美能力。部分学生成果如下图：任务二：装置的整体设计及性能优化活动：①设计鱼儿的家；②寻找材料，物化装置。活动目标：①知道栖息地要为生物提供光、空气、水、适宜的温度等基本条件，由此确定‘鱼儿的家’的环境条件。能考虑装置的安全性和多功能性、创意性。培养孩子们的综合考虑问题的能力以及创新能力。②能根据自己的想法来进行装置的设计，并按照自己的设计来选择合适的、易得的材料进行装置的制作。部分学生的设计图如下：活动成品展示：任务三：测试装置的可靠性和安全性活动：测试水质，观察其他动植物是否存活。将鱼儿放入装置中，持续观察鱼儿的生命状态。活动目标：①学会用仪器对水温、水质进行监测；学会判断植物成活的方法，学会观察和判断动物的生命状态。②根据出现的问题，对‘鱼儿的家’进行改进。培养孩子分析问题、推测和归纳、以及解决问题的能力。部分学生活动图如下：部分观察记录表如下：部分问题解决表如下：七、活动评价本项目以小组为单位，采取自评、互评、师评多主体的评价形式，每个任务都有一个评价表。部分学生成果如表3、表4、表5、表6：表3任务一表4任务二表5任务三表6任务四八、活动实施建议（一）在孩子进行设计时，提供脚手架在孩子们进行“鱼儿的家”装置设计时，为他们提供更多种类生态瓶的参考、提供更丰富的材料和工具参考，以此让孩子在思考“鱼儿的家”的设计方案时有出发点，从而进行有基础的创新。（二）利用信息技术，将学生思维可视化每个小组的设计方案有自己的优点和不足，为了达到最佳的交流效果，可以利用希沃投屏技术将各