趙骎 葉瓊琦

科學(xué)學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)“生態(tài)教室之新風(fēng)系統(tǒng)效果探究及改進(jìn)”是基于學(xué)生需求和學(xué)校特色提出的。

杭州市丁蘭實(shí)驗(yàn)中學(xué)是浙江省第一座綠色建筑學(xué)校，校園內(nèi)設(shè)置了生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，開設(shè)了屋頂農(nóng)場(chǎng)、生態(tài)牧場(chǎng)、新風(fēng)系統(tǒng)、恒溫室、低碳館等多個(gè)生態(tài)研究基地。教室外安裝了2.0版校園綠色新風(fēng)系統(tǒng)，為教室輸送新鮮空氣。秋冬季節(jié)是流感高發(fā)季節(jié)，學(xué)校開展了如何防流感的問(wèn)卷調(diào)查。調(diào)查顯示，學(xué)生希望探究新風(fēng)系統(tǒng)凈化教室空氣的效果，并進(jìn)一步探究如何改進(jìn)新風(fēng)系統(tǒng)使其凈化空氣的效果最好。于是，基于學(xué)生需求的生態(tài)教室改進(jìn)項(xiàng)目便產(chǎn)生了。

一、項(xiàng)目的意義

一是基于教室生態(tài)問(wèn)題的真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并解決問(wèn)題。城市里的孩子，對(duì)生態(tài)行為的體驗(yàn)基本來(lái)源于旅游、學(xué)校組織的學(xué)農(nóng)活動(dòng)以及課本知識(shí)。在秋冬季節(jié)流感高發(fā)的背景下，生態(tài)教室改進(jìn)項(xiàng)目是學(xué)生想要探究的真實(shí)問(wèn)題，能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，并真實(shí)地解決如何改進(jìn)新風(fēng)系統(tǒng)使其凈化空氣效果最好這一問(wèn)題。

二是借助項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，突破常規(guī)課堂教學(xué)的時(shí)空限制。科學(xué)教材中的植物類實(shí)驗(yàn)往往所需的時(shí)間較久，而常規(guī)課堂時(shí)間有限，往往以視頻的方式進(jìn)行教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生印象不深。以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的方式開展研究，可以關(guān)注到學(xué)生各方面能力發(fā)展的需求，既能培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、問(wèn)題解決能力等，又能幫助學(xué)生養(yǎng)成勞動(dòng)意識(shí)和生態(tài)意識(shí)。

三是吸取經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化資源，探索項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的范式。如今，各學(xué)科都在大力推進(jìn)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，但是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的資源缺乏整合，設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)，實(shí)踐缺少融合。生態(tài)教室改進(jìn)項(xiàng)目，嘗試吸取各方經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行資源的整合和優(yōu)化，有助于探索項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的范式，構(gòu)建探究類項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的體系。

二、項(xiàng)目?jī)?nèi)容和目標(biāo)

“生態(tài)教室之新風(fēng)系統(tǒng)效果探究及改進(jìn)”項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的內(nèi)容和目標(biāo)如表1所示。

三、項(xiàng)目實(shí)施

（一）階段一：聚焦問(wèn)題

這一階段的工作：（1）細(xì)心觀察，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——近期班級(jí)咳嗽現(xiàn)象嚴(yán)重，流感高發(fā)，應(yīng)該如何預(yù)防？（2）集思廣益，討論方法——討論預(yù)防流感的多種方式，如控制傳染源、切斷傳播途徑、增強(qiáng)自身免疫力等;（3）興趣選擇，確定項(xiàng)目——在學(xué)生感興趣的項(xiàng)目中選擇實(shí)踐價(jià)值較高的項(xiàng)目（即“生態(tài)教室之新風(fēng)系統(tǒng)效果探究及改進(jìn)”）。

（二）階段二：實(shí)地考察

這一階段要完成以下任務(wù)：

【任務(wù)一】調(diào)查新風(fēng)系統(tǒng)效果。

1.設(shè)計(jì)新風(fēng)系統(tǒng)調(diào)研方案，包括：（1）明確調(diào)研問(wèn)題——新風(fēng)系統(tǒng)的使用感受如何？（2）通過(guò)討論、查閱資料等方式了解多種調(diào)研方法;（3）設(shè)計(jì)訪談?dòng)涗泦魏蛦?wèn)卷調(diào)查表，確定調(diào)研方案。

2.調(diào)研新風(fēng)系統(tǒng)使用效果，包括：（1）討論調(diào)研方案中每個(gè)成員的具體分工;（2）通過(guò)訪談、問(wèn)卷等形式對(duì)安裝有新風(fēng)系統(tǒng)的教室內(nèi)的學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，了解他們對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)的使用感受;（3）與學(xué)校新風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)責(zé)老師交流，了解新風(fēng)系統(tǒng)安裝的初衷和預(yù)期效果;（3）匯總并整理學(xué)生的使用感受以及負(fù)責(zé)老師的介紹，并對(duì)兩方面情況進(jìn)行討論和思考。

3.階段小結(jié)：通過(guò)自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)填寫階段小評(píng)表。

【任務(wù)二】探究新風(fēng)系統(tǒng)的效果。

1.設(shè)計(jì)探究方案：（1）明確探究目的——教室新風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際效果;（2）分享已有知識(shí)，學(xué)習(xí)光合作用原理等新知識(shí);（3）通過(guò)閱讀書本、拓展資料、請(qǐng)教老師等方式學(xué)習(xí)學(xué)校新風(fēng)系統(tǒng)的工作原理;（4）通過(guò)討論設(shè)計(jì)方案，探究新風(fēng)系統(tǒng)的產(chǎn)氧量情況，并通過(guò)不同位置的數(shù)據(jù)對(duì)比探究新風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際效果。

2.進(jìn)行組內(nèi)分工：（1）確定探究實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)環(huán)節(jié)，組員根據(jù)自身特點(diǎn)結(jié)合個(gè)人意愿進(jìn)行分工，工作項(xiàng)目包括傳感器使用和放置、記錄表設(shè)計(jì)、含氧量記錄、計(jì)時(shí)等;（2）各組員針對(duì)自己的分工任務(wù)準(zhǔn)備材料。

3.開展實(shí)驗(yàn)對(duì)比探究：（1）選擇大小、位置接近的2間教室作為研究對(duì)象，1間教室無(wú)新風(fēng)系統(tǒng)，1間教室安裝有以綠蘿為材料的新風(fēng)系統(tǒng)，2間教室實(shí)驗(yàn)前均處于通風(fēng)狀態(tài);（2）在每間教室外、新風(fēng)系統(tǒng)管道口、教室中間這3個(gè)位置放置氧氣含量傳感器，并同時(shí)開啟，每過(guò)1小時(shí)記錄傳感器測(cè)定的氧氣含量數(shù)據(jù);（3）對(duì)2間教室6小時(shí)的氧氣含量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并繪制氧氣含量變化折線圖。

4.階段小結(jié)：（1）通過(guò)對(duì)有無(wú)新風(fēng)系統(tǒng)的教室所測(cè)得的氧氣含量進(jìn)行對(duì)比，得出新風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際效果;（2）通過(guò)自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)填寫階段小評(píng)表。

（三）階段三：設(shè)計(jì)方案

這一階段的工作如下：

1.了解新風(fēng)系統(tǒng)的多個(gè)影響因素：（1）明確探究目的——教室新風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際效果;（2）通過(guò)閱讀教材、拓展資料和請(qǐng)教老師等方式學(xué)習(xí)學(xué)校新風(fēng)系統(tǒng)的工作原理;（3）通過(guò)學(xué)習(xí)，了解植物光合作用的影響因素，如光照強(qiáng)度、溫度、二氧化碳濃度、植物種類、植物培養(yǎng)液所含無(wú)機(jī)鹽的種類和含量等。

2.每組選擇一個(gè)影響因子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：（1）進(jìn)一步通過(guò)查閱資料、向老師請(qǐng)教等方式，獲取通識(shí)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所需的基本理論知識(shí)，如各類無(wú)機(jī)鹽對(duì)植物生命活動(dòng)的影響、溶液配制的原理和基本操作等;（2）立足理論基礎(chǔ)，選擇其中一個(gè)影響因子，參照實(shí)驗(yàn)流程用控制變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);（3）分工討論，更加深入地理解團(tuán)隊(duì)合作，讓小組分工更加合理和高效。

（四）階段四：實(shí)驗(yàn)探究

每組學(xué)生依據(jù)設(shè)計(jì)的探究方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證?？尚行暂^高的方案如下：

【探究一】不同植物產(chǎn)氧量效果對(duì)比探究。

1.完善探究方案：（1）通過(guò)對(duì)比吊蘭組和綠蘿組數(shù)據(jù)的不同得到初步猜測(cè);（2）網(wǎng)絡(luò)查閱常見綠色觀賞植物的光合作用強(qiáng)弱排名;（3）通過(guò)控制變量法設(shè)計(jì)縮小版本的模擬實(shí)驗(yàn)。

2.進(jìn)行組內(nèi)分工：（1）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、書籍、專家、攤主調(diào)查常見植物的制氧能力強(qiáng)弱;（2）去市場(chǎng)購(gòu)買不同種類的綠色景觀植物;（3）定制若干大小相同的透明玻璃箱。

3.實(shí)驗(yàn)對(duì)比探究：（1）選擇大小、位置接近的3間教室作為研究對(duì)象，1間教室無(wú)新風(fēng)系統(tǒng)，1間教室安裝有以綠蘿為材料的新風(fēng)系統(tǒng)，1間教室安裝有以吊蘭為材料的新風(fēng)系統(tǒng)，3間教室實(shí)驗(yàn)前均處于通風(fēng)狀態(tài);（2）在每間教室外、新風(fēng)系統(tǒng)管道口、教室中間這3個(gè)位置放置氧氣含量傳感器并同時(shí)開啟，每過(guò)1小時(shí)記錄傳感器測(cè)定的氧氣含量數(shù)據(jù);（3）對(duì)3間教室6小時(shí)的氧氣含量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并繪制氧氣含量變化折線圖;（4）將購(gòu)買的綠色景觀植物分成生長(zhǎng)狀況相似的若干組;（5）將分裝完成的植物分別放入定制的透明玻璃箱內(nèi);（6）測(cè)出實(shí)驗(yàn)前透明玻璃箱內(nèi)的氧氣含量;（7）將植物分別放置于相同溫度的人工陽(yáng)光房?jī)?nèi);（8）每隔1小時(shí)記錄玻璃箱內(nèi)的氧氣含量，共計(jì)24小時(shí)。

4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：（1）分別繪制不同植物氧氣含量的折線圖;（2）對(duì)比不同植物制氧能力的強(qiáng)弱;（3）通過(guò)比對(duì)制氧能力與售價(jià)，得出最具性價(jià)比的植物種類。

5.檢驗(yàn)評(píng)價(jià)交流：（1）重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次，分別在不同溫度下模擬一年四季的氣溫變化獲取更多數(shù)據(jù);（2）對(duì)以上植物進(jìn)行長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)，對(duì)比養(yǎng)護(hù)難度以及養(yǎng)護(hù)成本。

6.階段小結(jié)：通過(guò)自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)填寫本階段小評(píng)表。

【探究二】不同配方營(yíng)養(yǎng)液對(duì)植物產(chǎn)氧量效果影響對(duì)比探究。

1.深度學(xué)習(xí)所需知識(shí)：（1）學(xué)生通過(guò)書本或網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)無(wú)機(jī)鹽的知識(shí)，并相互補(bǔ)充及匯總;（2）教師進(jìn)行微專題講座——無(wú)機(jī)鹽的用途。

2.合作設(shè)計(jì)優(yōu)化方案：（1）明確問(wèn)題，確定學(xué)校新風(fēng)系統(tǒng)中使用的營(yíng)養(yǎng)液成分;（2）根據(jù)所學(xué)知識(shí)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì);（3）明確實(shí)驗(yàn)材料和所需儀器，并小組分工準(zhǔn)備。

3.實(shí)驗(yàn)對(duì)比探究：（1）配制只含氮元素（尿素）、只含鎂元素（氯化鎂）、含氮和鎂元素（硝酸鎂）的營(yíng)養(yǎng)液;（2）將上述三種營(yíng)養(yǎng)液與清水、校新風(fēng)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)定植物氧含量的變化并記錄;（3）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并查詢各種無(wú)機(jī)鹽的價(jià)格，通過(guò)計(jì)算確定性價(jià)比高的營(yíng)養(yǎng)液。

4.階段小結(jié)：（1）通過(guò)自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)填寫本階段小評(píng)表。

（五）階段五：方案優(yōu)化

1.匯報(bào)自評(píng)，分享收獲：（1）整理數(shù)據(jù)，提前討論匯報(bào)內(nèi)容，并制作PPT;（2）小組匯報(bào)，分享小組實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)論和對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)意見。

2.組間互評(píng)，匯總意見：（1）其他小組聆聽匯報(bào)，尋找匯報(bào)內(nèi)容的亮點(diǎn)，并提出改進(jìn)建議;（2）小組匯總改進(jìn)建議，將改進(jìn)建議寫在便利貼上交給匯報(bào)組。

3.吸取建議，優(yōu)化方案：（1）了解有無(wú)其他組進(jìn)行相似的探究，如有，借鑒其經(jīng)驗(yàn);（2）每個(gè)小組根據(jù)其他小組的建議改進(jìn)本組方案，形成新的方案。

4.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，獲得結(jié)論：根據(jù)新的方案，重新進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步得出結(jié)論。

5.階段小結(jié)：通過(guò)自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)填寫本階段小評(píng)表。

（六）階段六：方案展示

1.匯總經(jīng)驗(yàn)，形成最終方案：（1）每個(gè)探究小組匯報(bào)最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)論;（2）將各組的最終結(jié)論匯總成新風(fēng)系統(tǒng)最終改進(jìn)方案。

2.提交方案，專家點(diǎn)評(píng)，論證可行性：專家對(duì)最終方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，論證方案的可行性。

3.回顧歷程，分享點(diǎn)滴收獲：（1）回顧整個(gè)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的歷程;（2）分享讓自己印象最深的一件事;（3）分享遇到的困難以及解決的方法;（4）分享在這個(gè)項(xiàng)目中的收獲。