STEAM+霧霾認知科教活動方案

李九彬

治理霧霾是生態文明建設的重要任務之一，而認知霧霾是治理霧霾的前提。本方案面向中學生，設計了一系列科普探究活動，包含準備、知識搭建、實施、總結和反思提升5個階段。旨在通過STEAM課程設計，傳播有關霧霾的科學知識，普及PM2.5監測和分析的技術，培育學生的科學精神和實踐能力，運用跨學科思維解決身邊實際問題的能力。

活動實施

準備階段（9月1日-9月30日）

制訂活動方案，開展基礎性調查研究工作，與學校領導、學生、家長溝通，邀請專家，準備材料和器材、場地。

知識搭建（9月15日-11月15日）

通過研究性學習課程、專家講座和學生自主學習，對學生進行霧霾相關知識、科技探究方法的構建。①利用雛鷹計劃課程時間，科技輔導員講解霧霾相關知識，包括大氣科學、環境化學等。②進行專家科普講座，邀請地理、氣象和科技活動專家，指導學生學習科學探究方法。③利用雛鷹計劃實踐時間和周末、節假日時間，在西南大學地理科學學院實驗室現場講解霧霾（PM2.5）的監測技術和相關知識；在西南大學附中校園實地講解空氣質量觀測技術要領。

實施階段（10月1日一翌年5月30日）

學生組建研究小組，確定研究小課題，制訂研究方案，在校內外教師的指導下，開展探究活動，做好過程性記錄和階段性總結。

STEAM之S（科學）——看一看引導學生根據自己的興趣愛好，通過看一看環節，進一步體會霧霾認知中的科學。①看科普書籍。教師推薦和學生自主選擇與環境保護、霧霾等相關的科普書目，通過撰寫讀書筆記、制作知識卡等方式，了解有關霧霾的科學知識，如定義、區分、來源、成因、影響和治理等。②看科普影片。如《穹頂之下》《霾伏的真相》《難以忽視的真相》《后天》等，深入了解當前人類面臨的嚴峻的環境問題，撰寫影評，分析片中應用的科學原理和知識。③看新聞報道。鼓勵學生定時收看天氣預報和時事新聞，收集霧霾相關的文字、圖片、視頻資料，如重大的天氣污染事件，關注正在發生變化的空氣質量。運用已有的科學知識，分析其中的真偽，找出新聞報道中的不科學的說法。

STEAM之T（技術）——測一測現代的科學技術發達，能夠有效地監測霧霾情況，指導學生通過不同的技術途徑測量空氣質量，感受科學技術的巨大作用。①專業儀器監測。借助西南大學地理科學學院的專業儀器Tactical AirSampler，定時定點對PM2.5進行采樣和長期監測。從PM2.5的定量分析實驗入手，研究其晝夜變化規律。后期，對樣本進行稱量和分析，繪制成圖，從而獲得PM2.5在冬夏季節濃度變化的直觀反映，達到探究其特征的目的。②專業網站查詢。通過全國城市空氣質量實時發布平臺，可以查詢國家站點的空氣質量狀況，包括AQI、PM2。5、PMIO等數據。指導學生每天定時記錄所選站點的相關數據。③手機APP搜集。智能手機基本都有天氣類APP，會及時更新空氣質量數據，引導學生有意識地搜集、記錄相關數據，進行深入的研究。

STEAM之E（工程）——做一做①制作空氣霧霾監測裝置。利用空氣監測傳感器搭配Arduino控制器和擴展板，搭建出一個簡易空氣監測裝置，科學客觀地了解我們時刻呼吸的空氣質量。②自制PM2.5警報裝置。通過在手機上添加空氣質量傳感器，自動檢測PM2.5濃度，當濃度超過一定范圍，手機會發出警報聲，提醒用戶采取遠離、佩戴口罩等措施。③防霧霾口罩設計。針對市面上的防霧霾口罩的不足之處，通過加一加、減一減等方法，進行自主研發。也可以進行外觀設計，將傳統文化、環保理念、個人愛好等反映在設計的作品上。

STEAM之A（藝術）——拍一拍①拍天空寫真。讓學生每天固定時間、固定地點、固定視角給天空拍照并做好記錄，通過空氣能見度的變化，反映空氣質量狀況，然后制作天氣日歷，觀察霧霾的生消。②畫自然筆記。把觀察到的天氣變化用藝術手法表現出來，配上時間、地點、心情等信息，圖文并茂地記錄自然變化。③寫觀察日記。讓學生養成撰寫觀察日記的習慣，留心每日見聞，忠實記錄下來。

STEAM之M（數學）——算一算①分析數據。運用excel、spss等軟件，對專業儀器所測數據、專業網站查詢數據及手機APP搜集的數據進行分析，通過最大值、最小值、平均值、方差等統計指標，探索空氣質量的時空變化規律。②建立模型。運用數學建模思想，探索霧霾與人類活動、降水量、溫度、濕度、人口等因素之間的關系，為霧霾的科學治理提供依據。

總結階段（11月10日一翌年6月30日）

學生在探究過程中要經歷研究性學習初賽、復賽、決賽，各種全國科技競賽，雛鷹計劃課題結業答辯，活動中期展示等活動，教師要不斷地給學生建議和指導，并對表現突出的同學進行表彰和宣傳。

◇組織小組學生進行總結，撰寫活動報告；在活動課上分小組進行交流，分享霧霾探究成果及收獲；在學校一年一度的研究性學習多媒體展示大賽中展示交流。

◇指導學生撰寫科技創新論文，召開論文答辯交流會，擇優推薦參加區、市及全國科技競賽。撰寫文章和拍攝照片，向報紙、期刊投稿。將發明創意進行專利申請。

◇整理學生霧霾研究的文章、圖片、視頻等相關資料，匯集成冊，作為校本課程使用。

◇制作展板、PPT等，通過“小先生”講座向學校師生進行科普展示，在學校宣傳欄、LED屏、校園網、社區進行宣傳，并利用微博、微信等自媒體擴大宣傳。

◇制作霧霾應對手冊和藍天保衛宣傳單，向環保、市政等部門提出建議，為打好藍天保衛戰作出貢獻。

反思提升（7月1日-8月31日）

針對活動開展過程中的不足，思考改進建議，將活動的優秀成果推廣，并修正科教方案，準備下一輪實施。

評價標準與方式

本活動將對學生進行過程性和結果性雙重評價。過程性評價包括出勤情況、活動表現、作業完成情況等；結果性評價將由課程研究報告決定，學生比賽獲獎、論文發表可以獲得加分。對教師的評價主要根據教師完成指導情況、開展科研課題情況、發表論文情況進行。

該項目獲得第32屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創新成果科技教育方案類一等獎。

專家評語

該方案體現了“三自”原則，教育目標明確，傳播的相關科學知識、方法、技能和思想來源可靠，符合科技教育活動的基本規律。方案同時體現出完整性和可行性，實施后亦會產生較好的示范效應。希望繼續對該方案進行完善，以充分發揮其提升青少年科學素質的作用。