污水處理展

孫悅 張秀杰 姜大雨

項目式學(xué)習(xí)是基于建構(gòu)主義理論的教學(xué)方式，是學(xué)生面對真實情境時通過發(fā)現(xiàn)驅(qū)動性問題、開展團隊合作進(jìn)行探索、制作展示真實成果、解決實際問題、不斷評價反思提升核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)過程[1]。2021 年6 月，《全民科學(xué)素質(zhì)行動規(guī)劃綱要（2021—2035 年）》發(fā)布，提出要開展青少年科學(xué)素質(zhì)提升行動，培養(yǎng)青少年科學(xué)興趣、創(chuàng)新意識，為加快建設(shè)科技強國培養(yǎng)一大批具有科學(xué)家潛質(zhì)的青少年[2]。

項目式學(xué)習(xí)因其從真實情境出發(fā)，從真實人物解決真實事件出發(fā)，學(xué)生可以切實體驗問題解決者的思路、行動，從而將所收獲的經(jīng)驗內(nèi)化為自身的素養(yǎng)。選取項目式學(xué)習(xí)為學(xué)習(xí)方式，將真實情境設(shè)定為科學(xué)家面臨的問題，讓學(xué)生通過模擬科學(xué)家的問題解決過程可以有效增強學(xué)生科學(xué)興趣，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)家潛質(zhì)的養(yǎng)成。

項目主題的確立與分析

目前我國的水資源仍存在嚴(yán)重短缺、污染嚴(yán)重、重復(fù)利用率偏低等問題。提高水資源利用率、高效建設(shè)污水處理系統(tǒng)仍是工農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。青少年作為實現(xiàn)科技強國目標(biāo)的儲備力量，應(yīng)掌握水資源這一基礎(chǔ)資源的利用與保護(hù)知識，培養(yǎng)設(shè)計合理水循環(huán)利用方案、污水處理系統(tǒng)等能力。“創(chuàng)建污水處理展”項目是依據(jù)保護(hù)水資源的社會性議題設(shè)計的，具有可行性和切實意義。

該項目主要承載了初中化學(xué)學(xué)科“水的組成與凈化”、地理學(xué)科“中國水資源”、語文學(xué)科“表達(dá)與交流”的相關(guān)內(nèi)容，包括認(rèn)識水的組成，了解吸附、沉降、過濾、蒸餾等凈化水的常用方法，能描述中國水資源的主要特征，認(rèn)識開發(fā)、利用、保護(hù)自然資源的重要意義，能用良好的語言描述真實情況，表達(dá)內(nèi)心想法。通過該項目學(xué)習(xí)，學(xué)生可以建構(gòu)“可持續(xù)發(fā)展”的大概念，認(rèn)識自然資源知識，樹立科學(xué)利用水資源、建立污水處理體系的科學(xué)觀念，培養(yǎng)節(jié)約資源、合理利用資源的創(chuàng)新意識和社會責(zé)任感（圖1）。

項目教學(xué)目標(biāo)

通過對全球、全國水資源分析，認(rèn)識到目前水資源分布情況存在一定問題，認(rèn)識到合理規(guī)劃用水、處理污水的必要性。通過查找相關(guān)資料，小組合作構(gòu)建“創(chuàng)建污水處理展”思維思路。

通過探究水的組成，從元素視角認(rèn)識水，完成污水處理系統(tǒng)設(shè)計的知識儲備。

通過對沉淀、過濾、蒸餾等凈水方法的學(xué)習(xí)，掌握凈水原理，設(shè)計污水處理裝置，創(chuàng)建問題解決思路模式。

通過對我國水資源現(xiàn)狀分析，認(rèn)識解決我國水資源時空分布不均的舉措，能說出我國跨流域調(diào)水的必要性，能設(shè)計出合理利用水資源的循環(huán)方案。

通過小組匯報、項目成果展示、組內(nèi)組間相互評價，培養(yǎng)清晰展示個人想法的表達(dá)與交流能力，將節(jié)約水資源、可持續(xù)發(fā)展觀念做到知、情、意、行的統(tǒng)一。

項目規(guī)劃及項目活動

本項目共分為3 種課型，分別為導(dǎo)引課、探究課和展示課，共計7 課時。具體項目活動見表1。

探究課的具體教學(xué)過程設(shè)計如表1 所示。

探究課 1. 探究水的組成，設(shè)計污水處理裝置

［教師］幫助學(xué)生明確探究意義：設(shè)計污水處理展應(yīng)包含豐富內(nèi)容，除展示污水處理外也應(yīng)對水進(jìn)行介紹。提問學(xué)生對水的相關(guān)知識的了解程度，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合資料分析水的組成的發(fā)現(xiàn)歷程。

［資料1］人民教育出版社義務(wù)教育教科書《化學(xué)》第81 頁“資料卡片”。

［資料2］水的組成化學(xué)史文獻(xiàn)[3]。

［學(xué)生］從資料中得出水的組成的發(fā)現(xiàn)史是曲折漫長的，不同時代的科學(xué)家對水的組成提出了不同的觀點。發(fā)現(xiàn)目前科學(xué)探究水的組成的實驗是電解水實驗。

［教師］引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電解水實驗并根據(jù)實驗現(xiàn)象推理出結(jié)論。

［學(xué)生］學(xué)習(xí)電解水的實驗操作及注意事項，并開展實驗。

［教師］提供實驗儀器霍夫曼電解器、直流電源等，關(guān)注學(xué)生實驗過程并及時指導(dǎo)。

［學(xué)生］根據(jù)現(xiàn)象推理出水的組成。

［教師］幫助學(xué)生梳理可以描述水的組成的各種方法，建立認(rèn)知模型。

［教師］展示生活中的常見污水，如混有泥沙、茶葉末的水，引導(dǎo)學(xué)生思考污水是否還有利用價值。

［學(xué)生］思考得出“可以將污水凈化后用于其他途徑”的結(jié)論，交流討論凈化水的意義。

［教師］展示自來水處理廠凈水過程示意圖、工業(yè)用水重復(fù)利用圖，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)常用凈水方法，為設(shè)計開展污水處理展打下知識基礎(chǔ)。

［學(xué)生］練習(xí)常用的水的凈化方法，總結(jié)歸納各種方法的使用條件，建立認(rèn)知模型。

［教師］引導(dǎo)調(diào)查污水處理廠相關(guān)資料，簡述現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行污水處理用什么科學(xué)技術(shù)，并利用所學(xué)方法自行設(shè)計污水處理裝置；說明設(shè)計成果樣態(tài)（圖紙、微型凈水器均可）。

［學(xué)生］調(diào)查現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在水資源處理中的應(yīng)用，小組根據(jù)資料合作設(shè)計污水處理裝置。

［教師］組織學(xué)生分享設(shè)計思路、匯報設(shè)計進(jìn)度并安排各小組相互評價；及時記錄學(xué)生項目完成情況，給予指導(dǎo)和評價。

［學(xué)生］相互交流展示設(shè)計成果，規(guī)劃如何在污水處理展中分別展示工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)處理污水的裝置，以及自己小組設(shè)計的污水處理裝置成果。

探究課 2. 整理水資源分布情況，設(shè)計水資源分布圖

［教師］引導(dǎo)學(xué)生閱讀地圖等資料，自行調(diào)研我國水資源分布現(xiàn)狀。

［學(xué)生］查閱資料，調(diào)研歸納我國水資源分布情況。

［教師］提出問題：不同水資源狀況的地區(qū)在生產(chǎn)生活方面會存在哪些不足？

［學(xué)生］小組討論得出結(jié)論。

［教師］引導(dǎo)學(xué)生討論南水北調(diào)的重要性，組織學(xué)生搜集南水北調(diào)工程資料并將自身代入科學(xué)家的視角思考南水北調(diào)的意義何在。

［學(xué)生］小組交流討論交換觀點。

［教師］創(chuàng)設(shè)情境“如果你是水資源專家，你如何合理設(shè)計水資源循環(huán)利用過程？”組織學(xué)生進(jìn)行水循環(huán)利用方案設(shè)計活動。

［學(xué)生］小組合作共同設(shè)計水循環(huán)利用方案。

［教師］及時關(guān)注各小組進(jìn)度，幫助學(xué)生拓展思維：可以不僅在家庭、城市層面設(shè)計水循環(huán)利用圖，也可以結(jié)合道德與法治、歷史等學(xué)科設(shè)計國家、社會可用的大型水循環(huán)利用方案，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

探究課 3. 合理安排項目成果，組間評價更新設(shè)計

［教師］幫助學(xué)生回顧項目主題“污水處理展”，引導(dǎo)學(xué)生將前幾次探究課的全部內(nèi)容合理安排在污水處理展中。

［學(xué)生］組織污水處理展流程，將水的組成與凈化、水資源分布、水的循環(huán)利用部分內(nèi)容合理銜接。

［教師］提醒學(xué)生作串場準(zhǔn)備，涉及道具、串場詞等。

［學(xué)生］小組間展示初步設(shè)計方案，相互評價，取長補短更新設(shè)計。

項目式學(xué)習(xí)總結(jié)

走進(jìn)真實情境，體會科技事實

本項目的主要探究活動有兩個，一個是探究水的組成與設(shè)計污水處理裝置，另一個是調(diào)查科學(xué)技術(shù)在水的循環(huán)利用方面的貢獻(xiàn)并設(shè)計合理水循環(huán)利用方案。兩個探究活動都要求學(xué)生先搜索資料、調(diào)研當(dāng)前科技進(jìn)展情況并對收集的內(nèi)容進(jìn)行匯報，再根據(jù)實際所受啟發(fā)與資料進(jìn)行成果設(shè)計。學(xué)生在資料搜集過程中，為保證能將所收集的資料完整匯報出來，能按照真實科技模擬創(chuàng)造出帶有自己風(fēng)格的作品，會沉浸于真實資料情境中，研究資料原理，真實體會科學(xué)技術(shù)事實。這一過程符合深度學(xué)習(xí)的全身心投入特質(zhì)，能培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)學(xué)習(xí)的專注力，有利于培養(yǎng)學(xué)生對積極掌握科學(xué)技術(shù)的內(nèi)驅(qū)力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提升創(chuàng)新能力。

調(diào)查探究設(shè)計，體驗完整問題解決

科技創(chuàng)新項目式學(xué)習(xí)設(shè)計的三種重要任務(wù)類型分別為調(diào)查、探究與設(shè)計[4]。學(xué)生在真實情境中調(diào)查真正科學(xué)家的研究成果，發(fā)現(xiàn)真實問題解決思路，依據(jù)前人經(jīng)驗自主探究知識，主動模擬情境參與設(shè)計。這一過程可以讓學(xué)生經(jīng)歷完整的問題解決過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考，是培養(yǎng)有科學(xué)家潛質(zhì)的青少年的有效學(xué)習(xí)過程，是開展青少年科學(xué)教育的有效途徑。

開展跨學(xué)科項目，豐富認(rèn)知維度

跨學(xué)科實踐活動是提升學(xué)生核心素養(yǎng)，幫助學(xué)生突破學(xué)科壁壘、建立對世界事物完整認(rèn)識的有利學(xué)習(xí)方式。本項目的全過程涉及的知識包含化學(xué)、地理、語文三個學(xué)科，從不同學(xué)科角度探索科學(xué)技術(shù)在各個領(lǐng)域的貢獻(xiàn)作用，可以幫助學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用無處不在，并讓學(xué)生從多個領(lǐng)域領(lǐng)悟到科學(xué)技術(shù)的無限可能，培養(yǎng)學(xué)生對科技的好奇心與敬畏感，豐富對技術(shù)水平的認(rèn)知。

青少年是正蓬勃生長的祖國未來建設(shè)者，科技強國之路必由他們鋪設(shè)。青少年時期正是學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)、認(rèn)識科學(xué)世界、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度、樹立創(chuàng)新精神的重要時期。以項目式學(xué)習(xí)開展青少年科技教育，能讓學(xué)生在真實情境中感受科技魅力，在自我探索與設(shè)計中培養(yǎng)創(chuàng)新精神。在未來教育中應(yīng)更多設(shè)計以項目式學(xué)習(xí)形式開展的科技教育案例，為實現(xiàn)培養(yǎng)具有科學(xué)家素質(zhì)的青少年作更加充分的準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡久華，褚童，王靜波，等．大概念統(tǒng)領(lǐng)的項目式學(xué)習(xí)——基于碳中和理念設(shè)計低碳行動方案[J]．化學(xué)教育（中英文），2022，43（9）：6-14．

[2] 國務(wù)院．國務(wù)院關(guān)于印發(fā)全民科學(xué)素質(zhì)行動規(guī)劃綱要（2021—2035 年） 的通知[EB/OL]．[2021-06-03]．http：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-06/25/content_5620813.htm．

[3] 費志明，陳懋．融入化學(xué)史的“水的組成”化學(xué)啟蒙教學(xué)探索[J]．化學(xué)教學(xué)，2021，43（2）：48-50．

[4] 魏銳，唐瓏暢．青少年科技創(chuàng)新項目式學(xué)習(xí)課程開發(fā)的思路與方法[J]．中國科技教育，2021，36（12）：10-14．