STEM课程之《鱼菜共生系统》

张春玲

传统养殖业和传统种植业给我们的生活带来了丰富的物质基础，但随着生产技术的进步，人们生活水平的提高，产品安全化对传统养殖业和种植业有了更高的要求。为了适应现代生活安全、清洁、高效的需求，一种崭新的复合耕作模式应运而生。该模式通过巧妙的生态设计，达到科学的协同共生，实现养鱼不换水且无水质忧患、种菜不施肥且正常生长的生态共生效应，这就是鱼菜共生系统。

视频导入，引出生态系统

视频播放关于白洋淀湿地生态系统的介绍，让学生通过视频初步了解生态系统，并尝试自己用语言描述生态系统。对于八年级学生来说，他们感觉生态系统很近，却很难描述。视频中，一个池塘、一块沼泽地和一片森林，看似很熟悉的环境，其实蕴含着一个庞大的生态系统。学生根据视频，理解生态系统定义中的关键词，对生态系统的组成举例说明。

设计意图：科学地认识生态系统及其组成，抽象化具体。

动手操作，制作生态系统

教师引导学生以小组为单位，制作生态系统，可以制作不同的生态系统，如海洋生态系统、草原生态系统、湿地生态系统、森林生态系统等。组长分工，有负责绘制环境的，有负责用橡皮泥捏制各种图形的（如水草、鱼、老虎、人等），最后组合在一起，构成一个完整的生态系统（如图1）。小组展示环节中，学生展示作品，并讲解制作的生态系统类型及生态系统的各组成部分。

设计意图：模型立体感十足，将生态系统中的生产者、消费者、分解者具体到实际的动植物和微生物，举一反三，让学生印象深刻。

图片展示，判断共生现象并举例

教师通过海葵和小丑鱼共生、鳄鱼和牙签鸟共生的图片展示共生现象（如图2），并阐述双方之间是如何相互协作的。随后以小组加分的模式引导学生列举生活中的共生现象：啄木鸟和树，共生固氮菌和豆科植物，白蚁和鞭毛虫，犀牛和犀牛鸟，人和肚子里的大肠杆菌等。

设计意图：选取学生在小学阶段就熟知的海葵和小丑鱼、鳄鱼和牙签鸟的共生现象，阐述其原理，让学生体会共生双方的关系，共生的必要性，为下面的认识鱼菜共生系统埋下伏笔。

小组讨论，明确鱼菜共生系統的原理

教师先讲解鱼菜共生系统的原理。鱼菜共生是一种新型的复合耕作体系，它通过巧妙的生态设计，把水产养殖与水耕栽培这两种原本完全不同的农耕技术组合在一起，达到科学的协同共生，从而实现养鱼不换水且无水质忧患、种菜不施肥且正常生长的生态共生效应。

然后，让学生讨论传统养殖和传统种植的特点，并以小组加分的模式竞答。生活在不同环境的学生为大家讲解传统养殖和传统种植的特点，比如如何养鱼、如何种菜、如何种植玉米和小麦等。

再引导学生联系八年级生物课本中无土栽培的原理，以及植物对无机盐的吸收，加深理解鱼菜共生系统的原理。

最后开展小组活动讨论鱼菜共生系统的优点。通过讨论，认识到鱼菜共生对消费者最有吸引力的地方有三点：

第一，产品安全可自证清白。因为鱼菜共生系统中有鱼存在，任何农药都不能使用，稍有不慎就会造成鱼和有益微生物种群的死亡或系统的崩溃。

第二，鱼菜共生脱离土壤栽培，避免了土壤的重金属污染，因此鱼菜共生系统中蔬菜和水产品的重金属残留都远低于传统土壤栽培。

第三，鱼菜共生系统中蔬菜有特有的水生根系，如果鱼菜共生农场带着根配送的话，消费者很容易识别蔬菜的来源，避免消费者产生这个菜是不是来自批发市场的疑虑。

设计意图：让学生走进鱼菜共生系统，了解鱼菜共生系统，为后面的设计打下基础。

动手设计，制作鱼菜共生系统

以小组为单位设计制作鱼菜共生系统：小组内讨论、优化方案，确定设计方案;准备环节，电池电线连接，塑料盒打孔，塑料盒内装饰物的制作;组合安装鱼菜共生系统。

两个塑料盒，一上一下，下层作为养鱼的鱼塘，上层作为种菜的菜地。水泵连接电源后工作，将下层鱼塘的水泵到上层的种菜的盒中，水中的养分被菜吸收并经过滤、净化后，再次回到鱼塘循环使用。在此环节中，上层种菜的多少、种菜的高度、经过菜吸收后水的处理都可以由自己决定。

种菜塑料盒中储存水的高度可以通过打孔的高低来控制，水流速度的快慢可以由不同的水泵或管径的粗细来决定。在设计和优化过程中，学生主要会遇到如下问题：

如何精确控制水流速度，需要用到数学知识进行计算。这需要进一步改进打孔高度和孔的大小设计，控制种植植物的水槽的储水高度和水流速度。

如果经过菜吸收后水还是脏，需要净化，可以再单独设置一个储水槽，连接污水净化系统。

净化好的水再回到鱼塘，实现水的循环利用。

设计意图：训练小组成员间的合作意识，以及分工、设计、组织实施、表达与总结等能力。不同小组间可以借鉴交流，不断改进优化本组作品，并通过引进数学问题增加设计难度。

课程成效及问题

鱼菜共生系统原理及设计环节，把数学思维渗透进去，提高学生的综合设计思维能力;在小组合作中，提高了学生的合作、沟通、交流能力;在展示环节，增强了学生的语言表达能力和总结问题能力。鱼菜共生系统还可以和水的净化联系在一起设计，拓展了学生的思维空间。

通过了解生态系统和共生现象，学生知道了生态系统的重要性，意识到要保护环境，保护生物，保护生态系统的稳定性，实现了预期的教学目标。但也有一些问题存在，比如实验材料有待改进和丰富，实验设计的科学性、可控性和合理性都有待提高等。