“調查學校附近的一個淡水水域的水質”的教學實踐和探索

夏 丹 葉惠良

（浙江省寧波市第二中學 浙江寧波 315000）

1 背景分析

2016 年9 月我國教育部發布了 《中國學生發展核心素養》，對“核心素養”進行界定，即“學生在接受相應學段的教育過程中逐步形成起來的適應個人終身發展與社會發展的人格品質與關鍵能力”。 核心素養與學科素養之間是全局與局部、共性與特性、抽象與具象的關系［1］。 生物學核心素養主要包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等［2］。 “調查學校附近的一個淡水水域的水質”是浙科版高中生物學必修3 的活動， 是培育學生核心素養的絕佳素材。 由于相關知識儲備缺乏、實驗開設條件有限及課時安排緊張等原因， 這部分內容很少有學校開展， 即使開展也只是流于形式而未深入探究。筆者所在學校處于“月湖·天一閣”5A 級景區之中，學生對月湖水質及相關治理有直接的感性認識，也有研究的熱情。 因此，筆者以生物學核心素養為導向，就“活動：調查學校附近的一個淡水水域的水質”進行了教學實踐和探索。

2 確定目標

1）科學探究：通過自主、合作學習，在教師的指導下提出水質調查的具體課題、制定實驗方案、完成實驗檢測并記錄處理數據。

2）科學思維：通過對比分析和邏輯推理，得出水體是否受到污染的結論， 并與他人交流實驗結果和結論。

3）生命觀念：運用穩態與平衡觀，解釋實驗結果，提出改良水質的建議。

4）社會責任：通過關注水體污染的狀況，參與水環境保護的社會活動， 形成人與自然和諧發展的基本觀念，養成保護水環境的行為習慣。

3 設計框架

教學活動從社會調查開始， 學生通過觀察、問卷調查、走訪有關部門了解學校周圍水質及其治理的現狀，同時發現并提出問題，激發進一步學習的興趣和動力，學習相關知識，具備進一步探究的基礎。之后，學生通過開展科學實驗，直接參與水質調查，獲得證據、得出結論并作出決策，這不僅有利于養成科學探究這一生物學核心素養，而且會對生物學核心素養的其他方面產生積極的正面影響。從社會中來回到社會中去，教育的最終目標是滿足人的發展和社會發展的需要， 通過社會調查和科學探究，學生提出水環境保護建議，并用實際行動參與水環境保護。 教學活動總體設計框架如圖1。

圖1 教學活動總體設計框架

4 突破難點

讓學生通過科學實驗直接參與水質調查，是達成教學目標的重要環節。 要進行科學的水質調查，實驗檢測的方法需采用國家標準，而師生缺乏相關的知識與經驗。 如何組織學生開展水質調查的科學實驗是本次教學活動的重點也是難點。

首先，筆者充分利用社會課程資源，向當地的水質檢測中心和大學院校進行咨詢和觀摩學習。其次，結合教材資料、學生選擇和專業數據，指導學生從科學性、重要性、可行性和學科性的角度選擇合適的檢測指標，即總磷、氨氮和藻類密度。 再者，整個實驗檢測過程復雜且耗時久，讓全體學生全程參與并不現實， 可通過組建興趣小組課前完成實驗的預處理， 其他學生則只需在課堂上完成關鍵的檢測步驟， 這樣既讓全體學生參與了真實的實驗探究，又培養一批生物學研究的潛力生。最后，借助學校“智學網”向學生的PAD 端推送相關學習內容， 方便學生線上線下進行自主與合作學習。 此外，為驗證實驗的可靠性，購買氨氮和總磷的標準樣作為盲樣讓學生檢測。

5 過程實施

5.1 課前準備

5.1.1 動員與學習 結合暑期社會實踐活動，圍繞“五水共治”“剿滅劣Ⅴ類水”展開社會調查。 調查獲得信息包括：周邊水域水質的歷史數據、周邊水域仍處于劣Ⅴ類水的現狀、月湖PPP 水質治理具體措施及治理目標、人們對水環境保護的意識較為薄弱等。 教師利用“智學網”上傳學習資料，學生利用“智學網”進行線下、線上的自主和合作學習。

5.1.2 選題與計劃 學習小組提出感興趣的課題。結合水質標準及水質檢測歷史數據，教師設計問題串，從科學性、可操作性、重要性、學科特性的角度引導學生對選題進行論證， 并選擇合適的檢測指標和采樣點。 各小組討論并制定水質調查的實驗計劃，包括實驗目的、實驗材料和用具、小組分工、實驗步驟、實驗預期、實驗結果記錄表、實驗結論、收獲與建議。

5.1.3 采樣與預期 根據實驗計劃采集水樣，觀察采樣點周圍環境、 水樣色澤， 用溫度計檢測水溫，用黑白盤檢測透明度，并記錄實驗數據。 根據現有的證據對水體的污染情況作出預期。

5.2 課中探究

5.2.1 課題交流 各學習小組結合圖片視頻資料，交流課題名稱、采樣點的選擇和水質預期。 共設置采樣點3 個，分別是樣1 共青橋、樣2 竹洲橋和樣3 尚書橋，具體地理位置見圖2。

圖2 采樣點地理位置圖

共青橋和尚書橋分別位于護城河和南、 北月湖的中段，河面開闊，周圍沒有排污口等重大因素的干擾，對整個水域的水質具有較好的代表性。竹洲橋是月湖上通往本校竹洲校區的必經之路，學生觀察到竹洲橋的附近有3 個排污口，因此，提出要探究排污口對月湖水質的污染情況。 3 個采樣點的選擇具有科學性和代表性， 這是水質調查具有科學性的前提之一。

5.2.2 科學實驗 從各組中挑選1~2 名學生組建興趣小組，課前制作氨氮和總磷的標準曲線，課上向全班展示實驗過程和實驗結果，并解答疑問。 臨上課前，教師完成氨氮檢測的絮凝沉淀和總磷檢測的消解，學生在課堂中只需完成顯色、光電比色即可。 為了提高實驗數據的可靠性，購買已知濃度的氨氮與總磷標樣， 作為盲樣讓學生同時進行檢測。關于藻類密度的檢測，課前由興趣小組完成水樣的固定和濃縮處理， 課上學生采用0.1 mL 的藻類計數框，用等距取樣法進行藻類數量計數。教師巡視，對學生實驗操作中的問題予以及時解答或糾正。課堂上各組按原定計劃開展實驗探究， 分工合作，對水樣進行相關項目的檢測，并記錄數據。

5.2.3 結論建議 首先，各組分析實驗結果得出水質評價。 其次，與往年數據進行縱向對比，分析水質的變化情況， 運用已有的生態學相關知識和觀念嘗試解釋并提出合理建議。再次，匯總各小組的實驗結果如表1 和表2 所示， 對3 個采樣點的水質進行了橫向對比， 運用已有的生態學相關知識和觀念嘗試解釋提出合理建議。最后，教師引導學生從各項指標的相關性的角度在理論上論證數據的可靠性，再通過對比盲樣的測量值與真實值，從實驗角度直接證明數據的可靠性。

表1 實驗結果及水質評價匯總

表2 藻密度檢測結果及水質評價

5.2.4 交流匯報 各組進行展示匯報，交流實驗結果、實驗結論、相關的解釋及實驗過程中的收獲與體會，并對其他組提出質疑和答疑。

舉例竹洲橋小組的交流匯報環節的主要內容：1）各項指標數據與水質標準對比，說明竹洲橋的水質總體評價為Ⅴ類水。 2）將氮氮與總磷的數據與往年的數據進行縱向對比，說明PPP 工程使月湖的水質得到了改善。 3）與尚書橋數據進行橫向對比， 說明竹洲橋附近的排污口對水質造成了污染。 4）提出建議，竹洲橋排污口的污水直接來源本校，正常應該是雨水排出口，很可能年久失修， 學校食堂和化糞池的污水混入而造成對水質的污染，建議學校的總務處重新鋪設管道，截污納流，減少對月湖水質的污染。

聽完這組的匯報后，其他組提出了質疑：竹洲橋處水深較淺、水面窄、流動性差，靠近岸邊，而尚書橋的水深較深，水體流動性好，水面開闊，這些因素也可能導致檢測數據的差異， 因此不能判斷排污口是否對水質造成污染。通過討論，提出解決方案： 在月湖遠離排污口但其他條件與竹洲橋類似的地點進行采水，多設幾個采樣點，進一步檢測，再通過對比分析得出結論。

5.3 課后延伸 今后，你想為水環境保護做些什么？ 學生提出并實踐了自己的想法，例如：1）開展“微觀月湖”——藻類攝影展， 利用數碼顯微互動實驗室進行顯微攝影， 并在學校的文化走廊上舉辦一場別開生面的攝影展， 讓更多的師生關注月湖水環境。 2）依托開放實驗室和“晨曦學社”在校招募志愿者，成立“月湖湖長志愿者隊”，隨時關注月湖水質變化，定期檢測月湖水質，并及時向相關部門反應， 通過學校大屏幕向全校師生公布月湖水質檢測結果，讓更多的師生關注月湖水環境。

6 教學反思

在本次活動中，學生完成了提出問題、作出假設、設計實驗、記錄結果、分析數據、得出結論、交流討論等科學探究的過程， 獲得了水質檢測的相關知識和技能， 科學探究能力和理性思維也得到了發展。 由于是親身體驗，親自獲得數據，學生對周邊水環境現狀有了更深刻的了解， 這更能激發其對水環境保護的熱情與水質調查的興趣。課后，興趣小組的學生還撰寫了月湖水質調查報告，并獲得了市青少年科技創新大賽一等獎。 水質調查活動內容豐富， 可借助校本選修課程及研究性學習，進一步地開展相關活動，促進學生生物學核心素養的提升。