STEM課程之《魚菜共生系統(tǒng)》

張春玲

傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)和傳統(tǒng)種植業(yè)給我們的生活帶來(lái)了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，人們生活水平的提高，產(chǎn)品安全化對(duì)傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)有了更高的要求。為了適應(yīng)現(xiàn)代生活安全、清潔、高效的需求，一種嶄新的復(fù)合耕作模式應(yīng)運(yùn)而生。該模式通過(guò)巧妙的生態(tài)設(shè)計(jì)，達(dá)到科學(xué)的協(xié)同共生，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚不換水且無(wú)水質(zhì)憂患、種菜不施肥且正常生長(zhǎng)的生態(tài)共生效應(yīng)，這就是魚菜共生系統(tǒng)。

視頻導(dǎo)入，引出生態(tài)系統(tǒng)

視頻播放關(guān)于白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的介紹，讓學(xué)生通過(guò)視頻初步了解生態(tài)系統(tǒng)，并嘗試自己用語(yǔ)言描述生態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于八年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們感覺(jué)生態(tài)系統(tǒng)很近，卻很難描述。視頻中，一個(gè)池塘、一塊沼澤地和一片森林，看似很熟悉的環(huán)境，其實(shí)蘊(yùn)含著一個(gè)龐大的生態(tài)系統(tǒng)。學(xué)生根據(jù)視頻，理解生態(tài)系統(tǒng)定義中的關(guān)鍵詞，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的組成舉例說(shuō)明。

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)地認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)及其組成，抽象化具體。

動(dòng)手操作，制作生態(tài)系統(tǒng)

教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，制作生態(tài)系統(tǒng)，可以制作不同的生態(tài)系統(tǒng)，如海洋生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)等。組長(zhǎng)分工，有負(fù)責(zé)繪制環(huán)境的，有負(fù)責(zé)用橡皮泥捏制各種圖形的（如水草、魚、老虎、人等），最后組合在一起，構(gòu)成一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)（如圖1）。小組展示環(huán)節(jié)中，學(xué)生展示作品，并講解制作的生態(tài)系統(tǒng)類型及生態(tài)系統(tǒng)的各組成部分。

設(shè)計(jì)意圖：模型立體感十足，將生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者具體到實(shí)際的動(dòng)植物和微生物，舉一反三，讓學(xué)生印象深刻。

圖片展示，判斷共生現(xiàn)象并舉例

教師通過(guò)?？托〕篝~共生、鱷魚和牙簽鳥共生的圖片展示共生現(xiàn)象（如圖2），并闡述雙方之間是如何相互協(xié)作的。隨后以小組加分的模式引導(dǎo)學(xué)生列舉生活中的共生現(xiàn)象：啄木鳥和樹，共生固氮菌和豆科植物，白蟻和鞭毛蟲，犀牛和犀牛鳥，人和肚子里的大腸桿菌等。

設(shè)計(jì)意圖：選取學(xué)生在小學(xué)階段就熟知的海葵和小丑魚、鱷魚和牙簽鳥的共生現(xiàn)象，闡述其原理，讓學(xué)生體會(huì)共生雙方的關(guān)系，共生的必要性，為下面的認(rèn)識(shí)魚菜共生系統(tǒng)埋下伏筆。

小組討論，明確魚菜共生系統(tǒng)的原理

教師先講解魚菜共生系統(tǒng)的原理。魚菜共生是一種新型的復(fù)合耕作體系，它通過(guò)巧妙的生態(tài)設(shè)計(jì)，把水產(chǎn)養(yǎng)殖與水耕栽培這兩種原本完全不同的農(nóng)耕技術(shù)組合在一起，達(dá)到科學(xué)的協(xié)同共生，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚不換水且無(wú)水質(zhì)憂患、種菜不施肥且正常生長(zhǎng)的生態(tài)共生效應(yīng)。

然后，讓學(xué)生討論傳統(tǒng)養(yǎng)殖和傳統(tǒng)種植的特點(diǎn)，并以小組加分的模式競(jìng)答。生活在不同環(huán)境的學(xué)生為大家講解傳統(tǒng)養(yǎng)殖和傳統(tǒng)種植的特點(diǎn)，比如如何養(yǎng)魚、如何種菜、如何種植玉米和小麥等。

再引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系八年級(jí)生物課本中無(wú)土栽培的原理，以及植物對(duì)無(wú)機(jī)鹽的吸收，加深理解魚菜共生系統(tǒng)的原理。

最后開展小組活動(dòng)討論魚菜共生系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)討論，認(rèn)識(shí)到魚菜共生對(duì)消費(fèi)者最有吸引力的地方有三點(diǎn)：

第一，產(chǎn)品安全可自證清白。因?yàn)轸~菜共生系統(tǒng)中有魚存在，任何農(nóng)藥都不能使用，稍有不慎就會(huì)造成魚和有益微生物種群的死亡或系統(tǒng)的崩潰。

第二，魚菜共生脫離土壤栽培，避免了土壤的重金屬污染，因此魚菜共生系統(tǒng)中蔬菜和水產(chǎn)品的重金屬殘留都遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)土壤栽培。

第三，魚菜共生系統(tǒng)中蔬菜有特有的水生根系，如果魚菜共生農(nóng)場(chǎng)帶著根配送的話，消費(fèi)者很容易識(shí)別蔬菜的來(lái)源，避免消費(fèi)者產(chǎn)生這個(gè)菜是不是來(lái)自批發(fā)市場(chǎng)的疑慮。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生走進(jìn)魚菜共生系統(tǒng)，了解魚菜共生系統(tǒng)，為后面的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

動(dòng)手設(shè)計(jì)，制作魚菜共生系統(tǒng)

以小組為單位設(shè)計(jì)制作魚菜共生系統(tǒng)：小組內(nèi)討論、優(yōu)化方案，確定設(shè)計(jì)方案;準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，電池電線連接，塑料盒打孔，塑料盒內(nèi)裝飾物的制作;組合安裝魚菜共生系統(tǒng)。

兩個(gè)塑料盒，一上一下，下層作為養(yǎng)魚的魚塘，上層作為種菜的菜地。水泵連接電源后工作，將下層魚塘的水泵到上層的種菜的盒中，水中的養(yǎng)分被菜吸收并經(jīng)過(guò)濾、凈化后，再次回到魚塘循環(huán)使用。在此環(huán)節(jié)中，上層種菜的多少、種菜的高度、經(jīng)過(guò)菜吸收后水的處理都可以由自己決定。

種菜塑料盒中儲(chǔ)存水的高度可以通過(guò)打孔的高低來(lái)控制，水流速度的快慢可以由不同的水泵或管徑的粗細(xì)來(lái)決定。在設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中，學(xué)生主要會(huì)遇到如下問(wèn)題：

如何精確控制水流速度，需要用到數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算。這需要進(jìn)一步改進(jìn)打孔高度和孔的大小設(shè)計(jì)，控制種植植物的水槽的儲(chǔ)水高度和水流速度。

如果經(jīng)過(guò)菜吸收后水還是臟，需要凈化，可以再單獨(dú)設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)水槽，連接污水凈化系統(tǒng)。

凈化好的水再回到魚塘，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。

設(shè)計(jì)意圖：訓(xùn)練小組成員間的合作意識(shí)，以及分工、設(shè)計(jì)、組織實(shí)施、表達(dá)與總結(jié)等能力。不同小組間可以借鑒交流，不斷改進(jìn)優(yōu)化本組作品，并通過(guò)引進(jìn)數(shù)學(xué)問(wèn)題增加設(shè)計(jì)難度。

課程成效及問(wèn)題

魚菜共生系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，把數(shù)學(xué)思維滲透進(jìn)去，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)思維能力;在小組合作中，提高了學(xué)生的合作、溝通、交流能力;在展示環(huán)節(jié)，增強(qiáng)了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和總結(jié)問(wèn)題能力。魚菜共生系統(tǒng)還可以和水的凈化聯(lián)系在一起設(shè)計(jì)，拓展了學(xué)生的思維空間。

通過(guò)了解生態(tài)系統(tǒng)和共生現(xiàn)象，學(xué)生知道了生態(tài)系統(tǒng)的重要性，意識(shí)到要保護(hù)環(huán)境，保護(hù)生物，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。但也有一些問(wèn)題存在，比如實(shí)驗(yàn)材料有待改進(jìn)和豐富，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可控性和合理性都有待提高等。