基于核心素養(yǎng)的小學(xué)科技教育實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)
——珍惜水資源之水“凈”其“用”

韓葵葵，吳俐璇，朱祉沛，劉 輝

（重慶師范大學(xué) 初等教育學(xué)院，重慶 400700）

一、問題提出

學(xué)生核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)該具備的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力的核心素養(yǎng)。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》確定了科學(xué)課程從科學(xué)觀念、科學(xué)思維能力、科學(xué)探究和實(shí)踐能力、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面提出課程要求。思維型教學(xué)理論（Thinking-based teaching theory）聚焦科學(xué)教學(xué)中的思維活動(dòng)，旨在提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)［1］。思維型教學(xué)的科技教育實(shí)踐活動(dòng)模式如下：“創(chuàng)設(shè)情境、提出問題”強(qiáng)調(diào)基于真實(shí)情境讓學(xué)生提出具有探索性的科學(xué)問題［2］。“做出假設(shè)、自主探究”強(qiáng)調(diào)學(xué)生小組合作探究科學(xué)問題。“收集證據(jù)和信息處理”即將探究過程中的數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行處理分析，得出結(jié)論。“設(shè)計(jì)建模、測(cè)試評(píng)估”強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過創(chuàng)客活動(dòng)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和工程設(shè)計(jì)。“反思優(yōu)化”即引導(dǎo)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方案和制作過程進(jìn)行交流和評(píng)估、測(cè)試和優(yōu)化產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。“應(yīng)用遷移”即學(xué)生深刻理解和靈活運(yùn)用科學(xué)與技術(shù)的概念和原理，培養(yǎng)學(xué)生解決真實(shí)情境問題的能力。本研究將以發(fā)展學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)為目標(biāo)，將思維型教學(xué)理論融入科技教育活動(dòng)，以“珍惜水資源之水‘凈’其‘用’”為例設(shè)計(jì)科技教育實(shí)踐活動(dòng)方案。

二、基于核心素養(yǎng)的小學(xué)科技教育實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)

（一）活動(dòng)背景

水是一切生命賴以生存的重要自然資源和環(huán)境要素。重慶地處長(zhǎng)江上游和三峽庫(kù)區(qū)腹心地帶，是長(zhǎng)江上游生態(tài)屏障的最后一道關(guān)口。習(xí)近平總書記視察重慶時(shí)指出，“保護(hù)好長(zhǎng)江母親河和三峽庫(kù)區(qū)，事關(guān)重慶長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，事關(guān)國(guó)家發(fā)展全局”。為深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記重要講話精神，重慶市高度重視水污染防治工作，緊盯城鎮(zhèn)生活污水治理領(lǐng)域，加快建設(shè)山清水秀美麗之地，根據(jù)《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》、“十四五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、《“十四五”重點(diǎn)流域水環(huán)境綜合治理規(guī)劃》等文件，制定了《重慶市水生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃（2021—2025 年）》。2022 年夏季，川渝地區(qū)出現(xiàn)高溫少雨的干旱天氣，嘉陵江諸多河段出現(xiàn)河水干涸、河床裸露、水污染等現(xiàn)象，水資源問題愈發(fā)嚴(yán)峻。我院位于重慶北碚區(qū)，屬于嘉陵江水系下游河口丘陵區(qū)，位于重慶市區(qū)的西北部，具有對(duì)水資源相關(guān)問題進(jìn)行考察探究等多項(xiàng)活動(dòng)開展的地理優(yōu)勢(shì)。

（二）活動(dòng)需求分析

1.學(xué)生角度：學(xué)生科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等核心素養(yǎng)發(fā)展的需要；學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)水資源科學(xué)概念，感受科技發(fā)展，提高問題解決能力的需要。

2.課程開發(fā)角度：實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合、拓寬和更新教學(xué)課程內(nèi)容、開發(fā)課程資源的需要；地方、學(xué)校結(jié)合地方特色與學(xué)生生活，挖掘課程資源。

3.學(xué)校角度：推動(dòng)學(xué)校科技教育活動(dòng)向前發(fā)展；實(shí)現(xiàn)結(jié)合嘉陵江流域地方、學(xué)校特色進(jìn)行校本課程開發(fā)與學(xué)科建設(shè)；通過開展水資源科技活動(dòng)構(gòu)建和諧美麗、文明健康校園。

4.政府及社會(huì)角度：政府部門頒布的有關(guān)水資源保護(hù)相關(guān)法律條例在中小學(xué)得到宣傳、推行與實(shí)施；社會(huì)服務(wù)、社會(huì)文化的創(chuàng)新發(fā)展、多方協(xié)同發(fā)展的需要。

（三）活動(dòng)設(shè)計(jì)思路

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強(qiáng)調(diào)“科學(xué)課程要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，樹立基本的科學(xué)態(tài)度，具有正確的價(jià)值觀和社會(huì)責(zé)任感，能對(duì)與科學(xué)技術(shù)相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題作出正確的價(jià)值判斷，遵守科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用的公共規(guī)范、法律法規(guī)和倫理道德”。圍繞“珍惜水資源之水‘凈’其‘用’”主題，結(jié)合嘉陵江流域特色、校本特色、時(shí)事熱點(diǎn)，將科學(xué)教育與綜合實(shí)踐緊密融合，以思維型教學(xué)理論為指導(dǎo)開展科技教育活動(dòng)，從人與自然、人與社會(huì)、人與自我及探究學(xué)習(xí)等維度滲透科學(xué)核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)技術(shù)知識(shí)珍惜愛護(hù)水資源，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與實(shí)踐能力［3］。設(shè)計(jì)思路見圖1。

圖1 活動(dòng)方案設(shè)計(jì)思路

（四）活動(dòng)目標(biāo)

1.科學(xué)觀念目標(biāo)：了解水資源現(xiàn)狀和存在的污染問題；了解我國(guó)水資源保護(hù)的相關(guān)法律法規(guī)；了解凈水器的構(gòu)造及原理；了解小型凈水廠的運(yùn)作模式及原理。

2.科學(xué)思維目標(biāo)：通過數(shù)據(jù)分析總結(jié)我國(guó)水資源現(xiàn)狀；通過查閱資料自主學(xué)習(xí)，了解水資源問題的種類及法律文案和決措施；以開展家庭用水調(diào)查論證水資源問題存在的普遍性；運(yùn)用建模、類比等思想方法設(shè)計(jì)制作凈水器、設(shè)計(jì)小型凈水廠。

3.探究實(shí)踐目標(biāo)：通過觀察、實(shí)驗(yàn)、資料收集等方式收集信息；運(yùn)用圖表整理信息并分析結(jié)果；利用控制變量法對(duì)不同水質(zhì)下綠豆的發(fā)芽情況探究實(shí)驗(yàn)；通過觀察凈水器裝置的組裝、使用過程，設(shè)計(jì)并制作簡(jiǎn)易凈水器；通過查閱資料，設(shè)計(jì)并繪制小型凈水廠的設(shè)計(jì)圖。

4.態(tài)度責(zé)任目標(biāo)：強(qiáng)化珍惜與利用水資源的意識(shí)，能夠運(yùn)用科學(xué)的方法保護(hù)水資源；知道保護(hù)水資源是每個(gè)公民應(yīng)盡的責(zé)任與義務(wù)。

（五）活動(dòng)過程實(shí)施

1.活動(dòng)一：創(chuàng)設(shè)情境與提出問題——走進(jìn)《水脈》，了解我國(guó)水資源現(xiàn)狀

任務(wù)一：觀看紀(jì)錄片《水脈》第一集《奔流不息》片段，了解南水北調(diào)工程和習(xí)近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”理論。紀(jì)錄片涉及與水資源相關(guān)的化學(xué)、地理、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，激起學(xué)生對(duì)舊知識(shí)的回憶。教師提出與水資源相關(guān)的問題：我國(guó)水資源的時(shí)間和空間分布特點(diǎn)？江河、湖泊、地下水能直接飲用嗎？水污染有哪些危害？現(xiàn)今工業(yè)有哪些污水處理方法？基于什么原理？

任務(wù)二：學(xué)生通過主題班會(huì)、社區(qū)志愿者實(shí)踐活動(dòng)、宣傳單等多種方式開展宣傳活動(dòng)。2022年3月22日是第三十屆“世界水日”，學(xué)生通過宣傳“世界水日”的重要意義和重慶的河流分布，認(rèn)識(shí)到“珍惜水資源、愛護(hù)水資源”的必要性和迫切性。教師根據(jù)同學(xué)的發(fā)言引導(dǎo)學(xué)生歸納出當(dāng)下全球—中國(guó)—嘉陵江流域水資源現(xiàn)狀，表?yè)P(yáng)在活動(dòng)中表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生，激勵(lì)其他學(xué)生繼續(xù)加油。

任務(wù)三：邀請(qǐng)專家進(jìn)校、進(jìn)班開展水資源專題講座，利用網(wǎng)絡(luò)、教科書、圖書館等搜集相關(guān)資料，并繪制成“資料庫(kù)”或“思維導(dǎo)圖”等多種形式呈現(xiàn)。

設(shè)計(jì)意圖：環(huán)環(huán)相扣的問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)聚焦科學(xué)概念，同時(shí)提升學(xué)生愛護(hù)水資源的社會(huì)責(zé)任感，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料等方式收集、分析、整理數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)從多渠道獲取信息，并且有邏輯地利用思維導(dǎo)圖、資料庫(kù)等形式使信息可視化。

2.活動(dòng)二：做出假設(shè)與自主探究——角色扮演情境，探究生活中水污染問題

任務(wù)一：學(xué)生作為“科學(xué)小記者”調(diào)查了解重慶市出臺(tái)工業(yè)廢水循環(huán)利用方案，了解重慶市水污染問題和采取的措施，以及北碚區(qū)相關(guān)部門出臺(tái)制定的《北碚區(qū)鞏固次級(jí)河流污染整治成果長(zhǎng)效機(jī)制》《北碚區(qū)飲用水源保護(hù)長(zhǎng)效管理工作機(jī)制》等文件，結(jié)合自身生活經(jīng)歷，分享生活中出現(xiàn)的水資源問題及產(chǎn)生原因。

任務(wù)二：學(xué)生收集和分析重慶市水污染案例，舉例說(shuō)明生活中水質(zhì)污染、水資源浪費(fèi)等方面存在的問題，并能從工業(yè)廢水不規(guī)范排放、亂丟垃圾、浪費(fèi)水等方面分析原因。

任務(wù)三：學(xué)生思考不同水質(zhì)對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)生活的影響，聚焦于不同水質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽的影響，以小組為單位制訂不同水質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽的影響實(shí)驗(yàn)方案。

任務(wù)四：學(xué)生交流討論，對(duì)設(shè)定的方案、選擇的材料進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)生依照制訂的方案進(jìn)行小組分工，領(lǐng)取材料并開始探究，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生體驗(yàn)探究，化抽象為具體，樹立節(jié)水和愛水意識(shí)，構(gòu)建綠色化學(xué)理念，深刻體會(huì)“水是生命之源”，既培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，還提升了學(xué)生的推理和論證能力。

3.活動(dòng)三：收集證據(jù)和信息處理——貫通古今，探尋我國(guó)凈水器的前世今生

任務(wù)一：了解古人凈水器的鼻祖——“漉水囊”和現(xiàn)代凈水器。學(xué)生擔(dān)任科普講解員，開展以“貫通古今、探尋節(jié)水、凈水巧思”為主題的科技沙龍活動(dòng)，并邀請(qǐng)學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、家長(zhǎng)、科技館相關(guān)工作人員共同參加活動(dòng)。

任務(wù)二：利用視頻展示凈水器的結(jié)構(gòu)，學(xué)生了解凈水器的科學(xué)原理并描述凈水器凈水的過程。學(xué)生通過思考以下問題得出簡(jiǎn)易凈水器的優(yōu)缺點(diǎn)：待過濾的污水里面都含有什么？如何評(píng)判這個(gè)簡(jiǎn)易凈水器的效果好壞？可以如何進(jìn)行優(yōu)化？

任務(wù)三：學(xué)生從凈水材料的選擇、用量、裝置自凈、殺菌消毒技術(shù)、自動(dòng)化等多方面展開頭腦風(fēng)暴。

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)凈水器、凈水方法的相關(guān)科學(xué)史的追尋，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)文化素養(yǎng)，讓學(xué)生了解到當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)凈水器相關(guān)構(gòu)造及原理、功能的深度理解。

4.活動(dòng)四：設(shè)計(jì)建模和測(cè)試評(píng)估——設(shè)計(jì)制作凈水器創(chuàng)客活動(dòng)

任務(wù)一：小組為單位改進(jìn)或設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的節(jié)水、凈水裝置，繪制設(shè)計(jì)圖并制訂方案，進(jìn)行交流討論后找出不足并進(jìn)行修改完善，準(zhǔn)備材料。

任務(wù)二：制作凈水器。制作要求如下：①創(chuàng)新性：利用提供的材料按照繪制好的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行制作；②實(shí)用性：能夠過濾掉污水中的一部分雜質(zhì)；③藝術(shù)性：外觀美化改造；④經(jīng)濟(jì)性：成本控制在預(yù)估范圍內(nèi)。

任務(wù)三：指導(dǎo)學(xué)生將污水緩緩倒入凈水器中，觀察下端吸管的出水情況及燒杯中水的顏色、透明度、氣味，利用pH試紙測(cè)試過濾后水的酸堿度。學(xué)生以小組為單位展示成品及測(cè)試結(jié)果，分享實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決辦法。學(xué)生通過線上、線下投票方式評(píng)選出“最佳創(chuàng)客小組”。

設(shè)計(jì)意圖：強(qiáng)調(diào)技術(shù)與工程素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生從全局觀念的角度，識(shí)別工程領(lǐng)域的問題與制約因素，綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，體驗(yàn)以工程思想為指導(dǎo)解決實(shí)際問題的過程。

5.活動(dòng)五：反思優(yōu)化與應(yīng)用遷移——積極行動(dòng)，響應(yīng)政策

任務(wù)一：實(shí)地考察，參觀污水處理廠，專家及工作人員講解相關(guān)原理及設(shè)施設(shè)備應(yīng)用，參與簡(jiǎn)單的污水處理工作，完成記錄。設(shè)計(jì)小型凈水廠。從凈水廠的選址、凈水工藝、凈水成本和環(huán)境保護(hù)等角度綜合考慮設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行匯報(bào)。

任務(wù)二：開展家庭節(jié)水用水情況調(diào)查問卷和訪談。問卷調(diào)查和訪談的對(duì)象是學(xué)校教師、同學(xué)、家長(zhǎng)和社區(qū)工作人員等。學(xué)生與家長(zhǎng)委員會(huì)協(xié)商合作，通過微信朋友圈、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大范圍。

任務(wù)三：收集問卷和訪談資料，統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)并撰寫調(diào)查報(bào)告。學(xué)生通過評(píng)價(jià)量表進(jìn)行自評(píng)、互評(píng)，并依據(jù)調(diào)查結(jié)果制訂合理的節(jié)水方案，通過線上、線下投票評(píng)選出“最佳調(diào)查員”。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生以自評(píng)、互評(píng)的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，回歸主題“珍惜水資源”，鼓勵(lì)學(xué)生為保護(hù)水資源獻(xiàn)出自己的一份力量，培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)、人文情懷。強(qiáng)調(diào)STEM項(xiàng)目中的技術(shù)與工程素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，體驗(yàn)以工程思想為指導(dǎo)解決實(shí)際問題的過程。

結(jié)語(yǔ)

水是一種寶貴的自然資源，與我們的生活息息相關(guān)。中小學(xué)生作為未來(lái)世界的主人，應(yīng)關(guān)注“珍惜水資源”這類社會(huì)科學(xué)議題。“珍惜水資源之水‘凈’其‘用’”科技教育實(shí)踐活動(dòng)通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境來(lái)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)，融合跨學(xué)科概念幫助學(xué)生用辯證的觀點(diǎn)理解淡水危機(jī)、設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)探究能力；科學(xué)小記者實(shí)地考察河流污染和治理的案例讓學(xué)生以主人翁的態(tài)度踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，激發(fā)了學(xué)生保護(hù)水的強(qiáng)烈責(zé)任感，倡導(dǎo)綠色生活，滲透可持續(xù)發(fā)展意識(shí)；凈水器和水凈化工廠的設(shè)計(jì)幫助學(xué)生建構(gòu)珍惜水資源的思維模型，培養(yǎng)學(xué)生的建模能力和創(chuàng)造思維。科學(xué)核心素養(yǎng)培育和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中的公共規(guī)范、法律法規(guī)和倫理道德的養(yǎng)成不可能一蹴而就，這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，在此類教學(xué)活動(dòng)中要教師遵循新課標(biāo)的“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理念，努力滲透和提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。