综合实践项目 设计并制作生态瓶 教学设计-2025-2026学年人教版生物八年级上册

设计并制作生态瓶 一、项目学习目标 （1）能够结合学生态系统结构与功能等相关知识，阐明生态瓶中含有的组分，分析各组分间的关系，理解生态系统结构、功能、自我调节等相关生物学概念，以及“尺度、比例和数量”、“稳定与变化”等跨学科概念，建立结构与功能观、物质与能量观。（生命观念、科学思维） （2）根据水生生态系统的组成，综合运用化学、工程等概念，进行生态瓶方案设计，并利用生活中简单易得的透明材料制作装置；通过观察记录生态瓶的生长状态及出现的问题，探究影响生态瓶稳定性的因素，并进行装置和设计的迭代改进。（科学思维、探究实践） （3）在实践探究中，提升合作、探究和实践能力。体会在问题解决过程中，生物学与工程、化学等学科的融合，形成解决问题的责任担当，培养创新思维。（科学思维、探究实践） （4）通过对生态瓶中各组分之间的因果关系分析，正确评价制作的生态瓶，对整个实践活动进行反思和评价，培养科学表达能力和批判性思维。进而认识到人与自然和谐共生，形成生态意识。（科学思维、社会责任） 二、项目整体规划及课时安排 三、项目具体实施过程 入项和项目一 初步设计生态瓶方案 课时安排及说明：结合已学的生态系统结构与功能的相关知识，制定评价量规，初步设计生态瓶方案。（2课时） 【导入】教师展示“月宫一号”的图片或视频，阅读教材96页，思考问题： 1．“月宫一号”是模拟的可供人类生存的人工封闭生态系统，依据是什么？ 2．8名志愿者在其中轮流驻留了370天，其需要的全部氧气和水、大部分食物都是循环再生的。生物圈中自然生态系统除有太阳能的输入，几乎没有物质的输入和输出，从物质上看就是封闭的系统，为什么？ 3．此人工生态系统与自然界中大型生态系统如森林生态系统有什么差别？ 要分析和回答上述问题，学生需要回忆生态系统的概念、组成，如包括有生物部分：植物、动物、微生物；非生物部分阳光、空气、水等，进一步分析组成成分在其中的作用以及相互间的关系，说明通过物质循环和能量流动实现生态系统的功能，保证物质和能量的供应。 相比自然界中较稳定的森林生态系统，此人工生态系统的营养结构较简单，在实现物质循环和能量流动这些功能上较弱，因此要想人类长期生存绝非易事。在自然界中，一个生态系统的长期保持也需要生态系统的结构和功能相对稳定，生态系统是一个统一的整体，系统中环境的变化、动植物数量的变化都会影响生态系统。那么如何保证生态系统的长期维持呢？可以通过模拟生态系统开展探究实践。水生生态系统比较易、易观察等。 因此本次活动项目设计的主题就是：制作一个能较长时间维持平衡的生态瓶。 要制作一个能维持较长时间的生态瓶，需要思考如何进行这一任务？搭建出完成和实施这一核心任务的整体流程。 【提出问题】要完成此项目，主要的步骤流程应如何安排？ 分组进行思考，分析梳理活动的整体流程思路，教师进行指导。并进行交流展示，达成共识，梳理出整个框架。 整体框架基本包括以下步骤： ①初步设计制作方案，绘制设计图。 思考用什么材料来制作生态瓶？如矿泉水瓶、玻璃容器等；生态瓶中加入哪些成分？是否需要加入微生物？需要什么样的条件？…… ②小组交流讨论，迭代完善。 思考：各成分间的关系？要维持长时间，还需要考虑哪些？如容器的大小、加入成分的数量、适宜的条件等。 ③制作生态瓶。 思考：制作步骤？小组分工、时间等。 ④观察、记录生态瓶效果。 ⑤展示评价、交流讨论，迭代完善。 ⑥…… 任务1：查阅资料进行生态瓶方案设计 1. 通过AI等渠道了解生态瓶制作方面的知识，以及下列给定材料清单中你所不了解的生物如形态、大小、分布、特点等（如没有相关条件，可以课下进行，或教师提供相关资料）。 2. 各小组自选容器，并从给定材料中选择本组所用的材料进行设计。思考：为什么选择这些材料？这些材料各选多少？ 3. 将设计图画在方框中，并加以必要的文字说明。生态瓶设计方案 小组长： 小组成员： 供选择的材料清单： 土壤、纯净水、河水、泥沙、石子； 金鱼藻、茨藻、黑藻、浮萍、狗尾草、苔藓（水苔）、水绵 水蚤、小鱼（孔雀鱼、斑马鱼、太阳鱼）、小虾（黑壳虾）、贝类（椎实螺、田螺）、泥鳅 设计图： 制作步骤： 需注意的事项： 各组完成方案设计后要进行方案的展示、交流。但我们如何去评价方案是否合理、可行、优秀呢？ 任务2：制定生态瓶设计方案的评价量规 【提出问题】从哪些角度评价一个能维持长时间平衡的生态瓶的设计方案？ 学生交流、讨论，给出观点。从生态系统的结构、功能、调节等角度进行思考分析。 如：是否密闭？加入生物的种类、比例是否合适？动植物是否生活的比较久？非生物环境条件是否有适宜、水质是否被污染？选择的容器材料是否易得？体积是否合适？等等。 【提出问题】方案设计还远远不够，我们还要进行制作并观察生态瓶的效果，还要对整个活动过程进行评价，因此思考还需要补充哪些评价指标？ 学生回答，除评价方案设计外，还要从方案的实施，即是否按照方案设计图进行制作，是否进行持续观察和检测，记录的完整、准确角度，以及生态瓶最终是否可以长时间维持稳定，生态瓶的观赏性角度进行评价。 同学们分组进行讨论和完善，形成统一评价标准，制定评价表（见项目评价附表1）。 任务3：评价和改进生态瓶设计方案 1．各组进行展示、交流，组内和组间依据评价量规中方案设计开展评价，并提出改进的建议。 2．依据建议，改进本组的设计方案。 项目二 生态瓶制作，并进行持续观察记录 课时安排及说明：依据设计方案，制作生态瓶，并进行观察和记录（1课时；课下） 任务4：各组依据改进的设计方案，制作生态瓶 课前准备：各组学生按照本组分工，分头准备容器和材料。 课上：学生自带适当的容器和材料，教师提供其他材料，根据设计方案制作生态瓶，并贴上标签。统一放在学校教室或实验室的合适条件下，方便小组成员进行观察和记录。 【提出问题】完成生态瓶制作后，如何设计观察记录表，观察和记录生态瓶的状态？ 思考记录什么？如观察时间，生态瓶中的变化，如水质、动植物是否存活、气泡多少等等，并反思出现的问题、原因。 各组学生设计观察记录表，教师指导。 观察时间 第一天 第二天 第三天 第四天 …… 水质的变化 动植物的死亡情况 其他情况 任务5：持续观察记录，发现问题及时调整 课下进行为期一个月的观察记录，撰写观察报告。失败的小组和其他小组在此过程中利用项目三开展探究，并结合资料查阅，进一步调整优化方案，再开始改进制作。 项目三 发现问题，设计并开展实验探究和改进 课时安排及说明：结合发现的主要问题开展实验探究，并依据探究结果进一步改进方案设计和制作。（1课时；课下） 在一个月的观察记录中，有些小组会出现问题：如其中的生物短时间内大量死亡；有些小组瓶中藻类疯长；有些小组生态瓶中水很浑浊，最终导致瓶内微生态系统崩溃。那就需要这些小组随时分析思考其中的原因。教师也可以在课上带领同学一起分析原因。 【提出问题】在生态瓶制作完成后观察会出现上述问题，分析可能的原因是什么？如何解决？ 任务6：小组交流讨论，分析失败原因和解决对策 各组可以根据问题，进行深入思考，借助资料查找，分析失败原因，找到解决对策。 如生物生物短时间内大量死亡，思考容器体积、动植物比例等是否合适；植物过少导致氧气不足；当这些都没有问题时，反思是否因密闭原因，生态瓶内外的空气不能对流，光线直射导致瓶内温度过高；而生态瓶中藻类疯长是否也跟阳光直射有关系呢？那么是不需要将生态瓶放置在散射光下；瓶中水很浑浊，是否是因为在制作时加入泥沙过多呢？那在制作时要控制加入河泥的量等。 任务7：依据上述分析，设计实验开展深入探究和改进 各组可以根据本组问题，选择不同的角度和因素开展生态系统稳定性的实验探究。如可以探究加入的植物或动物的种类对生态系统稳定性的影响；加入某种植物的数量对对生态系统稳定性的影响；直射光、散射光对对生态系统稳定性的影响等等。实验目的：探究 对生态瓶稳定性的影响 提出问题： 作出假设： 设计实验： 提示：设计几组？实验组如何设计？对照组如何设计？（对照原则） 在设计中要控制哪些其他条件一致？（单一变量原则） 如何进行检测？ 实验结果： 实验结论： 各组同学在课下依据实验设计方案开展探究实验，并结合实验探究评价表（见项目评价附表2）进行评价。 根据探究结果，结合资料查询中真实生态系统中生物数量、种类、比例间关系。对设计 方案进行再优化。 出项 展示评价交流，总结成功经验 课时安排及说明：展示交流，总结经验。（1课时） 任务8：展示、评价交流，项目总结提升 活动1：展示各组的生态瓶及记录、报告，利用评价表开展评价。 活动2：选出小组进行交流，主要从以下几个方面进行： 生态瓶成功的小组进行交流。分析能够长久维持运转（一个月以上）的生态瓶，交流的方面包括设计方案、制作、观察记录过程，总结生态瓶成功的经验。 经历迭代改进最终成功的小组进行交流。交流的方面包括初步方案、制作过程中出现的问题及解决对策、改进后的方案、过程中的反思及收获。 【提出问题】本次项目活动对我们有什么启示？可能否举例说明。在日常生活中我们应该如何做？ 结合本次项目活动和生活经验，学生思考，要维持一个长时间保持平衡的生态系统非常不易。在自然界中，如大量砍伐树木，污染河流等，可能会使生态系统遭到破坏，再想恢复到一个生态系统结构和功能保持平衡的生态系统十分困难。因此我们要保护环境，保护生物多样性，保护我们的地球家园。 四、项目评价 表1：生态瓶方案设计及过程评价表（在相应等级中画“√”） 评价维度 评价要点 优秀 良好 有待改进 方案设计 □生态系统组成成分齐全、比例数量合适 □生物种类丰富（含多条食物链） □非生物条件无污染、适宜 □密闭空间 □材料易得、环保 项目实施 □按照设计方案有序完成 □小组分工明确，并能合作完成制作 □观察及记录详实、完整（如有文字、拍照记录，记录条件、变化，有问题的提出等） □能够依据问题进行迭代、改进 项目成果 □能长时间维持稳定 □美观、观赏性佳 表2： 实验探究过程评价表（在相应等级中画“√”） 评价维度 评价要点 优秀 良好 有待改进 实验目的 □能够明确实验目的，确定实验变量（自变量）和因变量 作出假设 □依据制作过程及分析作出合理假设 制定计划 □科学合理，遵循探究实验的基本原则（正确控制实验变量；无关变量相同且适宜等） 实施计划 □正确选择和使用实验材料和器具实施实验 □准确记录现象和数据 实验结果与结论 □准确分析实验结果与假设的一致性 □实验结论表述科学严谨 表达交流 □写出实验报告，积极表达观点 学科网（北京）股份有限公司 $