環保小衛士
——自制凈水器——教科版四年級上冊“溶解”單元

吳春娥

(浙江省寧波市海曙外國語學校 浙江寧波 315000)

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科的簡稱，強調多學科之間的交叉融合，它將還給學生一個完整的學習歷程，讓學生獲得直接經驗，從而提高綜合問題的解決能力[1]。

近年來，我國STEM教育發展非常迅速，在教科版小學科學課程中也有安排類似的“STEM”教學內容，如在某些單元書上有相應的課程，如“制作生態瓶”“做一個太陽能熱水器”“制作小賽車”等，現在的科學教師對書上出現的“STEM”教學內容比較重視，會指導學生運用學到的知識去完成STEM活動，但現實教學中會忽略課堂中生成性的STEM活動，這些生成性的STEM活動都是學生志趣所在，夸美紐斯認為：“興趣是創造一個歡樂和光明的教學環境的主要途徑之一。”在教學中抓住學生的興趣，可以使學生以積極而輕松的心態投入學習，在實際操作中還能拓展知識面，提高解決實際問題的能力[2][3][4]。

以下是在小學四年級上學期進行的為期5周的生成性STEM項目，這個項目根據學生的生活經驗、年齡特點和認知結構等，選擇能夠激發學生興趣的材料制作凈水器。

一、任務與情境

第1課時：

學習教科版四上第二章第一節“水能溶解一些物質”時，為了進一步觀察食鹽、面粉和沙在水中的狀態有什么不同，我們可以使用過濾的方法。在教師講解過濾的方法時，學生已表現出濃厚的興趣，考慮到過濾效果和時間原因（每周只有兩節課）我們最后采取的是簡易過濾，在實際操作時學生很期待過濾后濾紙上和燒杯中有怎樣的情況出現。當濾紙上出現面粉和細沙時，有的同學提出濾紙的過濾效果很好，意猶未盡，還想繼續“玩”過濾，抓住學生強烈的好奇心理，臨時拿出一盆渾水，并介紹我國由于地域環境和經濟發展的客觀差異導致很多地區還存在飲水問題，有些地方的人們還是引用溝壑之水來直接飲用，這樣做行嗎？

生：不行，這種水是渾濁的，里面有泥沙，可能還會有農藥等有毒物，不能拿來飲用。

師：有什么辦法可以變得透明干凈？

生1：放在那里不動，靜置，在把上面的水舀出來。

生2：就算靜置了泥沙還是會沉在下面，還是拿不出來，一碰還是容易渾，應該用過濾的方法將泥沙與水分開，還要消毒煮沸才可以飲用。

大部分同學都很贊成生2的看法，于是就此展開對渾水的過濾，這一次大家操作起來的目的性強，熱情更高（圖1）。

圖1 觀察渾水過濾

在過濾過程中，學生提出新問題：1.濾紙過濾速度太慢，如果想把教師提供的一盆渾水過濾干凈，全班12個微共體一起操作也要好幾個小時，效率太低；2.過濾后的液體還是不夠清澈，雖然可進行多次過濾但需要的時間更多。針對以上現象展開討論：1.身邊有哪些材料可進行過濾；2.如何組裝過濾裝置，提高過濾的質量和效率。

通過討論，過濾材料的選取條件：1.不溶于水；2.無毒環保；3.材料與材料間具有縫隙，水能下滲（學生舉出了一系列材料都需驗證操作）（圖2）。

圖2 課堂討論過濾材料選取

教師出示項目作業：微共體成員相互協作，利用身邊的常見材料幫助西北地區人民自制一個凈水器，展示凈水效果，并能運用到實際中。

兩個班都有探討過濾材料的選取，其中給407班觀看一個自制凈水器的視頻，大家都驚奇過濾器的神奇，進一步增強了學生的制作興趣，又能給學生制作的靈感和啟示；401班沒有觀看自制凈水器的視頻，完全讓他們自己去制作設計，我想看看兩個班的設計思路有什么不同。

在課堂尾聲，教師布置任務：微共體課后完成“環保實踐，自制凈水器”設計方案表。

二、思考與設計

第2課時：

學生將自己的過濾器設計草圖進行展示與介紹，其他同學對這一設計方案的可行性進行分析與探討，并從科學、技術、數學、藝術等方面提出自己的想法和建議，為自制凈水器的成功，奠定堅實的理論基礎。

以407班太陽微共體的設計圖為例（圖3），該微共體想制作一個利用小石子、沙子、活性炭、棉花為過濾材料的“超級凈水器”。

圖3 407太陽微共體初稿

通過全班微共體激烈的討論，給出了以下幾點意見和建議：1.過濾材料的放置順序有問題，沙子可能會從棉花的縫隙流到下面杯子中，過濾效果不好，棉花上還應該放紗布；2橡皮筋固定不牢固，可以換成寬皮筋；3.筷子支撐不穩定，下面可以換成木板作為底座；4.過濾器中的過濾材料容易混在一起，在過濾器的頂上可以加一個打孔的塑料片壓緊或者再加一些紗布塞緊。

407班的設計圖，受觀看過濾視頻的影響，過濾材料基本上放在一個容器里分層壓實，這樣組裝材料較方便，清洗也方便；401班沒有看過過濾視頻，他們的設計圖大部分都采取的是過濾材料分開放置（圖4），這樣組裝儀器難度更大，清洗雖然會比較干凈，但是工程量大，需要把產品拆開來清洗，通過兩個班設計思維的走向不同，個人認為對于小學生來說，思維還是很保守的，在進行STEM活動時，教師可以為他們多提供一些素材，打開他們的設計思路，能大膽嘗試是很有必要的。

圖4 401部分微共體設計圖

教師布置任務：修改、完善自己的“自制凈水器”設計草圖，并將自己微共體設計的凈水器所需的材料和工具帶來。

三、建造與測試

第3、4課時：

經過上節課的思維碰撞，各微共體的設計圖都有所修改，修改后的設計圖再次展示（圖5）。其他同學和教師再次評價。

圖5 407太陽微共體終極稿

每位同學在自己設計修改圖上進行再次修改，并把好的可行的改進意見記錄下來。

學生用帶來的材料進行凈水器的制作。

四、改進與完善

第5課時：

學生將上節課課后制作完成的“自制凈水器”帶至課堂，通過實際操作，師生一起對過濾效果和過濾速度進行評價，然后，從過濾器的穩定性、制作及清洗的方便性、美觀度等方面展開激烈的思維碰撞，并提出自己的建議，將評價較好的作品進行展示。

教師布置任務：完善自己的凈水器。

五、展示與評價

第6課時：

（一）同班微共體“自制凈水器”凈水效果PK賽

微共體展示改進后的凈水器，師生一起再從過濾效果、過濾速度、產品穩定性、方便性、美觀性等方面進行評選，選出班級優秀作品再與另一個班進行PK。

（二）兩個班優秀作品“自制凈水器”過濾PK

將兩個班的優秀作品再次PK，選出更優秀的作品進行展示，并用于實際生活中的污水過濾。

六、結束語

學習源于生活，學生對水一點也不陌生，但感覺污水處理和制作凈水過濾裝置這些事情離自己的生活很遠。本案例將教學內容中的生成性問題和生活應用相結合，創設了一個自制凈水器的情境，保護水資源不僅是新聞熱點，還和我們平時生活的經歷緊密相連，可以讓學生感受學習的意義，在情感態度價值觀上對水資源的保護有了更多的了解與實踐，并且通過微共體共同設計與制作，不僅拓展了微共體成員的知識面，還進一步加強了微共體成員之間的合作與交流，達到了共同成長進步的目的。