趙骎 葉瓊琦

科學(xué)學(xué)科項目化學(xué)習(xí)“生態(tài)教室之新風(fēng)系統(tǒng)效果探究及改進”是基于學(xué)生需求和學(xué)校特色提出的。

杭州市丁蘭實驗中學(xué)是浙江省第一座綠色建筑學(xué)校，校園內(nèi)設(shè)置了生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，開設(shè)了屋頂農(nóng)場、生態(tài)牧場、新風(fēng)系統(tǒng)、恒溫室、低碳館等多個生態(tài)研究基地。教室外安裝了2.0版校園綠色新風(fēng)系統(tǒng)，為教室輸送新鮮空氣。秋冬季節(jié)是流感高發(fā)季節(jié)，學(xué)校開展了如何防流感的問卷調(diào)查。調(diào)查顯示，學(xué)生希望探究新風(fēng)系統(tǒng)凈化教室空氣的效果，并進一步探究如何改進新風(fēng)系統(tǒng)使其凈化空氣的效果最好。于是，基于學(xué)生需求的生態(tài)教室改進項目便產(chǎn)生了。

一、項目的意義

一是基于教室生態(tài)問題的真實情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并解決問題。城市里的孩子，對生態(tài)行為的體驗基本來源于旅游、學(xué)校組織的學(xué)農(nóng)活動以及課本知識。在秋冬季節(jié)流感高發(fā)的背景下，生態(tài)教室改進項目是學(xué)生想要探究的真實問題，能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，并真實地解決如何改進新風(fēng)系統(tǒng)使其凈化空氣效果最好這一問題。

二是借助項目化學(xué)習(xí)，突破常規(guī)課堂教學(xué)的時空限制?？茖W(xué)教材中的植物類實驗往往所需的時間較久，而常規(guī)課堂時間有限，往往以視頻的方式進行教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生印象不深。以項目化學(xué)習(xí)的方式開展研究，可以關(guān)注到學(xué)生各方面能力發(fā)展的需求，既能培養(yǎng)學(xué)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(xué)生養(yǎng)成勞動意識和生態(tài)意識。

三是吸取經(jīng)驗優(yōu)化資源，探索項目化學(xué)習(xí)的范式。如今，各學(xué)科都在大力推進項目化學(xué)習(xí)，但是項目化學(xué)習(xí)的資源缺乏整合，設(shè)計缺乏系統(tǒng)，實踐缺少融合。生態(tài)教室改進項目，嘗試吸取各方經(jīng)驗，并進行資源的整合和優(yōu)化，有助于探索項目化學(xué)習(xí)的范式，構(gòu)建探究類項目化學(xué)習(xí)的體系。

二、項目內(nèi)容和目標(biāo)

“生態(tài)教室之新風(fēng)系統(tǒng)效果探究及改進”項目化學(xué)習(xí)的內(nèi)容和目標(biāo)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(xì)心觀察，發(fā)現(xiàn)問題——近期班級咳嗽現(xiàn)象嚴(yán)重，流感高發(fā)，應(yīng)該如何預(yù)防？（2）集思廣益，討論方法——討論預(yù)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(xué)生感興趣的項目中選擇實踐價值較高的項目（即“生態(tài)教室之新風(fēng)系統(tǒng)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(wù)：

【任務(wù)一】調(diào)查新風(fēng)系統(tǒng)效果。

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

2.調(diào)研新風(fēng)系統(tǒng)使用效果，包括：（1）討論調(diào)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(fēng)系統(tǒng)的教室內(nèi)的學(xué)生進行調(diào)研，了解他們對新風(fēng)系統(tǒng)的使用感受;（3）與學(xué)校新風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)責(zé)老師交流，了解新風(fēng)系統(tǒng)安裝的初衷和預(yù)期效果;（3）匯總并整理學(xué)生的使用感受以及負(fù)責(zé)老師的介紹，并對兩方面情況進行討論和思考。

3.階段小結(jié)：通過自評、互評、教師評填寫階段小評表。

【任務(wù)二】探究新風(fēng)系統(tǒng)的效果。

1.設(shè)計探究方案：（1）明確探究目的——教室新風(fēng)系統(tǒng)的實際效果;（2）分享已有知識，學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)學(xué)校新風(fēng)系統(tǒng)的工作原理;（4）通過討論設(shè)計方案，探究新風(fēng)系統(tǒng)的產(chǎn)氧量情況，并通過不同位置的數(shù)據(jù)對比探究新風(fēng)系統(tǒng)的實際效果。

2.進行組內(nèi)分工：（1）確定探究實驗的幾個環(huán)節(jié)，組員根據(jù)自身特點結(jié)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(shè)計、含氧量記錄、計時等;（2）各組員針對自己的分工任務(wù)準(zhǔn)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(fēng)系統(tǒng)，1間教室安裝有以綠蘿為材料的新風(fēng)系統(tǒng)，2間教室實驗前均處于通風(fēng)狀態(tài);（2）在每間教室外、新風(fēng)系統(tǒng)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(shù)據(jù);（3）對2間教室6小時的氧氣含量數(shù)據(jù)進行匯總，并繪制氧氣含量變化折線圖。

4.階段小結(jié)：（1）通過對有無新風(fēng)系統(tǒng)的教室所測得的氧氣含量進行對比，得出新風(fēng)系統(tǒng)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(shè)計方案

這一階段的工作如下：

1.了解新風(fēng)系統(tǒng)的多個影響因素：（1）明確探究目的——教室新風(fēng)系統(tǒng)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(xué)習(xí)學(xué)校新風(fēng)系統(tǒng)的工作原理;（3）通過學(xué)習(xí)，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(yǎng)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(shè)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(shè)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(chǔ)，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(shè)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(xué)生依據(jù)設(shè)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(chǎn)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(shù)據(jù)的不同得到初步猜測;（2）網(wǎng)絡(luò)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(shè)計縮小版本的模擬實驗。

2.進行組內(nèi)分工：（1）通過網(wǎng)絡(luò)、書籍、專家、攤主調(diào)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(fēng)系統(tǒng)，1間教室安裝有以綠蘿為材料的新風(fēng)系統(tǒng)，1間教室安裝有以吊蘭為材料的新風(fēng)系統(tǒng)，3間教室實驗前均處于通風(fēng)狀態(tài);（2）在每間教室外、新風(fēng)系統(tǒng)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(shù)據(jù);（3）對3間教室6小時的氧氣含量數(shù)據(jù)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(nèi);（6）測出實驗前透明玻璃箱內(nèi)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(nèi);（8）每隔1小時記錄玻璃箱內(nèi)的氧氣含量，共計24小時。

4.實驗數(shù)據(jù)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(fù)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(shù)據(jù);（2）對以上植物進行長期養(yǎng)護，對比養(yǎng)護難度以及養(yǎng)護成本。

6.階段小結(jié)：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(yǎng)液對植物產(chǎn)氧量效果影響對比探究。

1.深度學(xué)習(xí)所需知識：（1）學(xué)生通過書本或網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)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(shè)計優(yōu)化方案：（1）明確問題，確定學(xué)校新風(fēng)系統(tǒng)中使用的營養(yǎng)液成分;（2）根據(jù)所學(xué)知識優(yōu)化實驗方案設(shè)計;（3）明確實驗材料和所需儀器，并小組分工準(zhǔn)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(yǎng)液;（2）將上述三種營養(yǎng)液與清水、校新風(fēng)系統(tǒng)的營養(yǎng)液進行對比實驗，測定植物氧含量的變化并記錄;（3）進行數(shù)據(jù)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(yǎng)液。

4.階段小結(jié)：（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(yōu)化

1.匯報自評，分享收獲：（1）整理數(shù)據(jù)，提前討論匯報內(nèi)容，并制作PPT;（2）小組匯報，分享小組實驗過程、結(jié)論和對新風(fēng)系統(tǒng)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(nèi)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(yōu)化方案：（1）了解有無其他組進行相似的探究，如有，借鑒其經(jīng)驗;（2）每個小組根據(jù)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(jié)論：根據(jù)新的方案，重新進行探究實驗，進一步得出結(jié)論。

5.階段小結(jié)：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(jīng)驗，形成最終方案：（1）每個探究小組匯報最終的實驗結(jié)論;（2）將各組的最終結(jié)論匯總成新風(fēng)系統(tǒng)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(xué)習(xí)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。