張婕

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

科學(xué)本質(zhì)觀的重要內(nèi)容之一是將發(fā)現(xiàn)的知識(shí)用于技術(shù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品?！凹彝プ灾葡疽骸表?xiàng)目涉及的科學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能源自初中科學(xué)教材“物質(zhì)的組成”“組成物質(zhì)的元素”兩個(gè)單元的內(nèi)容，也融合了“家庭電路”和“酸堿鹽的性質(zhì)”等幾個(gè)單元的部分內(nèi)容，通過(guò)綜合應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)教材內(nèi)容的重構(gòu)。該課程圍繞當(dāng)前社會(huì)熱點(diǎn)中的一個(gè)真實(shí)問(wèn)題，通過(guò)系列活動(dòng)，設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造了系列產(chǎn)品。項(xiàng)目的研究學(xué)習(xí)過(guò)程促進(jìn)學(xué)生把學(xué)過(guò)的知識(shí)用于技術(shù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，體驗(yàn)“工程師”研究問(wèn)題、開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造歷程，培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)運(yùn)用、工程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新解決實(shí)際問(wèn)題的核心素養(yǎng)，是一個(gè)在人文引領(lǐng)下的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)融合的STEAM學(xué)習(xí)活動(dòng)。該項(xiàng)目適合八-九年級(jí)學(xué)生，在初中科學(xué)或課外活動(dòng)課程學(xué)習(xí)，共2課時(shí)。

二、STEAM要素分析

STEAM是STEM教育的一種變式，強(qiáng)調(diào)人文精神指引的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育。由人文（Arts）引領(lǐng)，而不是只讓學(xué)生學(xué)習(xí)硬科技，一方面強(qiáng)調(diào)STEM項(xiàng)目要為人類福祉服務(wù)，另一方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性，要滿足學(xué)生的興趣需要，促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性成長(zhǎng)。本項(xiàng)目中的STEAM要素分析：S（科學(xué)）：知道組成物質(zhì)的元素；能應(yīng)用電解、PH試紙?jiān)?、次氯酸鈉的性質(zhì)等科學(xué)知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?T（技術(shù)）：運(yùn)用電工技術(shù)進(jìn)行材料的獲得和實(shí)驗(yàn)的操作；會(huì)應(yīng)用電解、比色卡制作技術(shù)及信息技術(shù);E（工程）：能設(shè)計(jì)和制造家庭消毒液制造機(jī)、消毒液濃度比色卡;A（人文）：消毒液制造機(jī)、溶液濃度比色卡、產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)的安全美觀便捷設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了人文與藝術(shù);M（數(shù)學(xué)）：會(huì)計(jì)算有關(guān)溶液濃度、元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；掌握表格和比色卡數(shù)據(jù)處理。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

（一）教學(xué)流程設(shè)計(jì)

（二）評(píng)價(jià)工具設(shè)計(jì)

1.比色卡設(shè)計(jì)思路

2．比色卡實(shí)驗(yàn)制作

利用現(xiàn)有的已知濃度的84消毒液原液，稀釋成不同比例的溶液，利用家庭易得的有色物體進(jìn)行變色實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后優(yōu)選出兼顧最佳褪色效果和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行制作84消毒液濃度比色卡（示例如下）：

四、課程結(jié)構(gòu)

消毒液制造實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：

1.消毒液制造實(shí)驗(yàn)原理圖設(shè)計(jì)如圖所示。

2.實(shí)驗(yàn)材料說(shuō)明：電源可以用手機(jī)充電器或充電寶。電極

可以用碳棒或粗鉛筆芯；大可樂(lè)瓶一個(gè)；電線（數(shù)據(jù)線）若干。

3.比色卡制造實(shí)驗(yàn)：

利用家庭已有（已知濃度）的少量84消毒液，計(jì)算配成不同濃度的84消毒液，根據(jù)消毒液的褪色性質(zhì)，選擇有色物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。比色卡有色物質(zhì)材料可以選擇容易獲得的粉色便箋紙。把便箋紙部分浸入（方便對(duì)比顏色），研究記錄不同濃度、不同褪色時(shí)間、褪色程度（拍照）的關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后優(yōu)選出兼顧最佳褪色效果和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行制作84消毒液濃度比色卡。

4.實(shí)驗(yàn)探究影響消毒液濃度的因素：（1）電極的電壓大?。唬?）電極的位置高低、距離；（3）食鹽水的濃度、數(shù)量；（4）消毒液的制造時(shí)間與濃度的關(guān)系；

5.消毒液制造機(jī)的改進(jìn)：定時(shí)裝置可以通過(guò)安裝定時(shí)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。定時(shí)時(shí)間的選擇設(shè)定則通過(guò)研究獲得數(shù)據(jù)（一定濃度、數(shù)量的溶液，在哪個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間獲得多少濃度，可以是直接使用的濃度，也可以是濃溶液），可以有不同濃度設(shè)定的多檔定時(shí)開(kāi)關(guān)。簡(jiǎn)易制造機(jī)也可以用花灑加上一個(gè)底座等改進(jìn)制作。

6.制作產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)：必須要有操作說(shuō)明、使用說(shuō)明以及安全注意事項(xiàng)等等。

7.后續(xù)拓展研究思考：關(guān)于消毒液濃度的其他測(cè)定方法研究（如：滴液測(cè)定法研究）；消毒液的殺菌效果如何檢驗(yàn)？制作有菌環(huán)境（臟抹布浸泡在牛奶中使其變質(zhì)，滋生細(xì)菌），然后用消毒液有無(wú)消毒進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)聞氣味、觀顏色等觀察其是否變質(zhì)，推斷殺菌效果等等。

五、教學(xué)反思

1.任務(wù)驅(qū)動(dòng)。源于生活的真實(shí)問(wèn)題情境中的任務(wù)驅(qū)動(dòng)，可以激發(fā)學(xué)生的研究興趣和探究動(dòng)機(jī)。

2.源于教材，高于教材。本項(xiàng)目中用到的科學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能源自初中科學(xué)教材，但又不是教材的簡(jiǎn)單重復(fù)，而是各個(gè)知識(shí)的綜合應(yīng)用和能力的遷移，能夠較好地培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.經(jīng)歷科學(xué)家的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史。分析需要的物質(zhì)（消毒液）的主要成分和家庭常見(jiàn)物質(zhì)的主要成分，通過(guò)電解獲得元素，再通過(guò)其他化學(xué)反應(yīng)使元素重新組成新的物質(zhì)，這正是科學(xué)家們?cè)谠氐陌l(fā)現(xiàn)以及利用元素獲得更多物質(zhì)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的歷程。

4.體驗(yàn)工程師研究問(wèn)題、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、制造、開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的歷程。科學(xué)本質(zhì)觀包含的一個(gè)重要內(nèi)容是發(fā)現(xiàn)的知識(shí)用于技術(shù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，這是工程師設(shè)計(jì)思維、工程思維的重要思想觀念之一。本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品有消毒液制造機(jī)、自制84消毒液以及產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)，還特別創(chuàng)意開(kāi)發(fā)了支持探究活動(dòng)的技術(shù)工具-消毒液濃度比色卡。如何檢測(cè)自制的消毒液濃度、對(duì)其消毒效果做出評(píng)估和解釋成為本項(xiàng)目的一個(gè)難題。通過(guò)教師的啟發(fā)、引導(dǎo)，通過(guò)對(duì)溶液濃度-褪色-顏色與數(shù)值對(duì)應(yīng)-PH試紙比色卡-溶液濃度比色卡等系列問(wèn)題的聯(lián)系-轉(zhuǎn)化-聯(lián)想-遷移-創(chuàng)新，創(chuàng)造設(shè)計(jì)、制作了溶液濃度比色卡，讓消毒液濃度的檢測(cè)、消毒效果評(píng)估可視化。學(xué)習(xí)者對(duì)于家庭中消毒水的制作與效果評(píng)估、材料的考察、分析，同“工程師”對(duì)于類似問(wèn)題的真實(shí)研究是相似的，學(xué)生要進(jìn)行的探究活動(dòng)在方法、程序和工具上都類似于工程師對(duì)于某一產(chǎn)品的研究。

這些活動(dòng)具有真實(shí)學(xué)習(xí)的諸多特點(diǎn)，并根據(jù)具體的實(shí)施條件進(jìn)行了適應(yīng)性的設(shè)計(jì)，使之適合這個(gè)年齡段的孩子進(jìn)行科學(xué)探究。學(xué)生通過(guò)這樣的真實(shí)學(xué)習(xí)而掌握內(nèi)容領(lǐng)域的基本科學(xué)概念、科學(xué)事實(shí)和科學(xué)研究與推理活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生勇于探究的科學(xué)精神，運(yùn)用技術(shù)、問(wèn)題解決的實(shí)踐創(chuàng)新能力，領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)，這正是核心素養(yǎng)的重要組成。