基于學生需求 立足學校特色

趙骎 葉瓊琦

科學學科項目化學習“生態教室之新風系統效果探究及改進”是基于學生需求和學校特色提出的。

杭州市丁蘭實驗中學是浙江省第一座綠色建筑學校，校園內設置了生態循環系統，開設了屋頂農場、生態牧場、新風系統、恒溫室、低碳館等多個生態研究基地。教室外安裝了2.0版校園綠色新風系統，為教室輸送新鮮空氣。秋冬季節是流感高發季節，學校開展了如何防流感的問卷調查。調查顯示，學生希望探究新風系統凈化教室空氣的效果，并進一步探究如何改進新風系統使其凈化空氣的效果最好。于是，基于學生需求的生態教室改進項目便產生了。

一、項目的意義

一是基于教室生態問題的真實情境，激發學生的學習興趣并解決問題。城市里的孩子，對生態行為的體驗基本來源于旅游、學校組織的學農活動以及課本知識。在秋冬季節流感高發的背景下，生態教室改進項目是學生想要探究的真實問題，能大大激發學生的學習興趣和求知欲望，并真實地解決如何改進新風系統使其凈化空氣效果最好這一問題。

二是借助項目化學習，突破常規課堂教學的時空限制?？茖W教材中的植物類實驗往往所需的時間較久，而常規課堂時間有限，往往以視頻的方式進行教學，導致學生印象不深。以項目化學習的方式開展研究，可以關注到學生各方面能力發展的需求，既能培養學生的自主探究能力、團隊合作能力、問題解決能力等，又能幫助學生養成勞動意識和生態意識。

三是吸取經驗優化資源，探索項目化學習的范式。如今，各學科都在大力推進項目化學習，但是項目化學習的資源缺乏整合，設計缺乏系統，實踐缺少融合。生態教室改進項目，嘗試吸取各方經驗，并進行資源的整合和優化，有助于探索項目化學習的范式，構建探究類項目化學習的體系。

二、項目內容和目標

“生態教室之新風系統效果探究及改進”項目化學習的內容和目標如表1所示。

三、項目實施

（一）階段一：聚焦問題

這一階段的工作：（1）細心觀察，發現問題——近期班級咳嗽現象嚴重，流感高發，應該如何預防？（2）集思廣益，討論方法——討論預防流感的多種方式，如控制傳染源、切斷傳播途徑、增強自身免疫力等;（3）興趣選擇，確定項目——在學生感興趣的項目中選擇實踐價值較高的項目（即“生態教室之新風系統效果探究及改進”）。

（二）階段二：實地考察

這一階段要完成以下任務：

【任務一】調查新風系統效果。

1.設計新風系統調研方案，包括：（1）明確調研問題——新風系統的使用感受如何？（2）通過討論、查閱資料等方式了解多種調研方法;（3）設計訪談記錄單和問卷調查表，確定調研方案。

2.調研新風系統使用效果，包括：（1）討論調研方案中每個成員的具體分工;（2）通過訪談、問卷等形式對安裝有新風系統的教室內的學生進行調研，了解他們對新風系統的使用感受;（3）與學校新風系統的負責老師交流，了解新風系統安裝的初衷和預期效果;（3）匯總并整理學生的使用感受以及負責老師的介紹，并對兩方面情況進行討論和思考。

3.階段小結：通過自評、互評、教師評填寫階段小評表。

【任務二】探究新風系統的效果。

1.設計探究方案：（1）明確探究目的——教室新風系統的實際效果;（2）分享已有知識，學習光合作用原理等新知識;（3）通過閱讀書本、拓展資料、請教老師等方式學習學校新風系統的工作原理;（4）通過討論設計方案，探究新風系統的產氧量情況，并通過不同位置的數據對比探究新風系統的實際效果。

2.進行組內分工：（1）確定探究實驗的幾個環節，組員根據自身特點結合個人意愿進行分工，工作項目包括傳感器使用和放置、記錄表設計、含氧量記錄、計時等;（2）各組員針對自己的分工任務準備材料。

3.開展實驗對比探究：（1）選擇大小、位置接近的2間教室作為研究對象，1間教室無新風系統，1間教室安裝有以綠蘿為材料的新風系統，2間教室實驗前均處于通風狀態;（2）在每間教室外、新風系統管道口、教室中間這3個位置放置氧氣含量傳感器，并同時開啟，每過1小時記錄傳感器測定的氧氣含量數據;（3）對2間教室6小時的氧氣含量數據進行匯總，并繪制氧氣含量變化折線圖。

4.階段小結：（1）通過對有無新風系統的教室所測得的氧氣含量進行對比，得出新風系統的實際效果;（2）通過自評、互評、教師評填寫階段小評表。

（三）階段三：設計方案

這一階段的工作如下：

1.了解新風系統的多個影響因素：（1）明確探究目的——教室新風系統的實際效果;（2）通過閱讀教材、拓展資料和請教老師等方式學習學校新風系統的工作原理;（3）通過學習，了解植物光合作用的影響因素，如光照強度、溫度、二氧化碳濃度、植物種類、植物培養液所含無機鹽的種類和含量等。

2.每組選擇一個影響因子進行實驗設計：（1）進一步通過查閱資料、向老師請教等方式，獲取通識性實驗設計所需的基本理論知識，如各類無機鹽對植物生命活動的影響、溶液配制的原理和基本操作等;（2）立足理論基礎，選擇其中一個影響因子，參照實驗流程用控制變量進行實驗設計;（3）分工討論，更加深入地理解團隊合作，讓小組分工更加合理和高效。

（四）階段四：實驗探究

每組學生依據設計的探究方案進行實驗論證。可行性較高的方案如下：

【探究一】不同植物產氧量效果對比探究。

1.完善探究方案：（1）通過對比吊蘭組和綠蘿組數據的不同得到初步猜測;（2）網絡查閱常見綠色觀賞植物的光合作用強弱排名;（3）通過控制變量法設計縮小版本的模擬實驗。

2.進行組內分工：（1）通過網絡、書籍、專家、攤主調查常見植物的制氧能力強弱;（2）去市場購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.實驗對比探究：（1）選擇大小、位置接近的3間教室作為研究對象，1間教室無新風系統，1間教室安裝有以綠蘿為材料的新風系統，1間教室安裝有以吊蘭為材料的新風系統，3間教室實驗前均處于通風狀態;（2）在每間教室外、新風系統管道口、教室中間這3個位置放置氧氣含量傳感器并同時開啟，每過1小時記錄傳感器測定的氧氣含量數據;（3）對3間教室6小時的氧氣含量數據進行匯總，并繪制氧氣含量變化折線圖;（4）將購買的綠色景觀植物分成生長狀況相似的若干組;（5）將分裝完成的植物分別放入定制的透明玻璃箱內;（6）測出實驗前透明玻璃箱內的氧氣含量;（7）將植物分別放置于相同溫度的人工陽光房內;（8）每隔1小時記錄玻璃箱內的氧氣含量，共計24小時。

4.實驗數據分析：（1）分別繪制不同植物氧氣含量的折線圖;（2）對比不同植物制氧能力的強弱;（3）通過比對制氧能力與售價，得出最具性價比的植物種類。

5.檢驗評價交流：（1）重復實驗若干次，分別在不同溫度下模擬一年四季的氣溫變化獲取更多數據;（2）對以上植物進行長期養護，對比養護難度以及養護成本。

6.階段小結：通過自評、互評、教師評填寫本階段小評表。

【探究二】不同配方營養液對植物產氧量效果影響對比探究。

1.深度學習所需知識：（1）學生通過書本或網絡查閱相關無機鹽的知識，并相互補充及匯總;（2）教師進行微專題講座——無機鹽的用途。

2.合作設計優化方案：（1）明確問題，確定學校新風系統中使用的營養液成分;（2）根據所學知識優化實驗方案設計;（3）明確實驗材料和所需儀器，并小組分工準備。

3.實驗對比探究：（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）的營養液;（2）將上述三種營養液與清水、校新風系統的營養液進行對比實驗，測定植物氧含量的變化并記錄;（3）進行數據分析，并查詢各種無機鹽的價格，通過計算確定性價比高的營養液。

4.階段小結：（1）通過自評、互評、教師評填寫本階段小評表。

（五）階段五：方案優化

1.匯報自評，分享收獲：（1）整理數據，提前討論匯報內容，并制作PPT;（2）小組匯報，分享小組實驗過程、結論和對新風系統的改進意見。

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

3.吸取建議，優化方案：（1）了解有無其他組進行相似的探究，如有，借鑒其經驗;（2）每個小組根據其他小組的建議改進本組方案，形成新的方案。

4.改進實驗，獲得結論：根據新的方案，重新進行探究實驗，進一步得出結論。

5.階段小結：通過自評、互評、教師評填寫本階段小評表。

（六）階段六：方案展示

1.匯總經驗，形成最終方案：（1）每個探究小組匯報最終的實驗結論;（2）將各組的最終結論匯總成新風系統最終改進方案。

2.提交方案，專家點評，論證可行性：專家對最終方案進行點評，論證方案的可行性。

3.回顧歷程，分享點滴收獲：（1）回顧整個項目化學習的歷程;（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）分享在這個項目中的收獲。