把活水园变成移动科普站

赵春梅

众所周知，水是人类生存的源泉，淡水资源更是尤为宝贵的自然资源之一，不仅是构建良性环境保护体系的关键因素，也是具有战略意义的资源，是反映国家综合实力的重要组成部分[1]。水资源的质量可直接反映一个国家的文明发展和人民生活安全保障程度。水资源的开发程度和国民经济的发展有着非常重要的内在关联。联合国《全球水资源发展现状》报告指出：“在知识经济时代，影响全球经济发展的最关键因素之一是水资源污染问题。如果这个问题继续发展，将导致国家和民族之间的冲突和战争。”[2]

中国在经济发展过程中也特别重视水资源的保护，并将这一问题提到了战略高度，但值得注意的是，中国目前的水环境污染仍然严重，由于污染所導致的缺水和事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重威胁社会的可持续发展，威胁人们的生存。基于这样的大背景，让学生从小树立保护水资源的意识，增强保护水资源的紧迫感就变得非常重要。为了让学生懂得节水从点滴做起，从自己做起，从现在做起，掌握一些节水方法与技巧，龙江路小学修建了一套水净化系统，取名为“活水园”，可在前期的环保教育中，成效甚微。

本案例为科技创新项目式学习案例，学生在项目式学习过程中通过课程读本、课堂教学和综合实践活动3 种形式推进活水园环保教育，并在此基础上制作出把活水园变成移动科普站的一系列产品。

项目简介

作为四川省省会，成都有一处非常出名的生态文明景观——活水公园，它每天向人们演示自然水由浊变清、由死变活的过程。龙江路小学也有一处污水净化微缩景观——活水园，可这就在学生身边的景观，师生们却不怎么了解。基于学生的真实问题和成长需要，项目围绕活水园的有效利用这一驱动性问题，以如何把活水园变成移动科普站为主线，学生通过实地调查、探究、实验操作、动手制作等方式，经历对知识的质疑、判断、比较、选择及分析、综合、概括等活动，形成多项研究成果，培养学生核心素养及问题解决能力，建立学习与生活的密切联系，提升学生的生态文明素养。

项目规划

本项目的最终目标是把活水园变成移动科普站，走近师生，走进社区，走进社会，不仅让更多的人了解学校污水处理的活水园，也让更多的人养成节水、护水的意识。有了明确的目标，也就具有了结构清晰的项目规划思路，学生通过了解成都市活水公园、学校活水园的污水净化原理等活动，逐步成立一支队伍：活水园科普站小小讲解员队伍；建成一个基地：活水园科普实践基地；开发一个读本：出一本活水园科普校本读本；创新一个方案：设计一个活水园项目改造方案，从而将活水园变成一个移动科普站。

项目导引

活水园是学生每天活动的地方，当学生驻足思考时，不难对活水园产生很多问题：活水园是通过什么原理净化污水的？净化后的水和原来的污水差别在哪里？污水处理工厂净化的流程和活水园一样吗？受活水园启发，能制作一个净水装置吗？现在活水园4 个池子生存的动植物都差不多，对处理污水有影响吗？活水园的设计是否合理，有没有需要改进的地方？在教师的引导下，学生将问题转化为研究小课题，提出自己的想法，经历发现问题、提出假设、设计制作、实施验证，最后形成对问题的初步结果。

项目开展

任务 1：问题驱动，明确核心问题

如何把活水园变成移动科普站？学生完成任务前测，通过问卷了解学生对活水园知多少。通过课程认识成都市活水公园，了解活水公园净化污水的原理，通过实地考察探究活水公园，完成各项目调查表，设计制作“超级活水城市”等形式呈现学习成果。

学生讨论交流，成都市活水公园为什么这么多人知道？如何将学校活水园有效利用起来，梳理出子问题：成立一支队伍，建成一个基地，开发一个读本，创新一个方案。

任务 2：成立一支科普队伍

通过探索活水园，认识学校活水园净化污水的原理——收集楼顶的雨水经PVC 管道流入活水园，通过4 个有高度落差的沉淀池、养鱼塘、过滤池、植物池，再经专业的水处理设备达到污水净化的效果。本阶段以培养活水园科普站小小讲解员，开展活水园小小讲解员活动等形式呈现学习成果。

任务 3：建成一个实践基地

全球水资源污染严重，如何让水资源循环利用起来，才是真正节约用水的有效途径。为此，人们想了很多办法，让水能够循环多次使用，我们的活水园就是这样一个能够让水循环多次使用的系统。

活动1：通过课程，学生实践探究进入活水园前的污水和经过活水园后的水，了解利用pH 试纸对水进行测试；尝试对水进行水质检测，掌握水质检测的方法。

活动2：学生尝试自己制作简易污水处理器。学生回顾活水园的水处理流程（沉淀池：沉淀大颗粒杂质，上层水质变清；活氧池：分解水中小颗粒杂质；植物池：通过生物间相互作用吸收水中富余物质），尝试利用花岗岩石子、石英砂、活性炭、海绵、纱布等制作简易净水装置。学生以水质检测活动、自制简易净水装置等形式呈现学习成果，让学生更加体会到水资源对于人类的重要性，节约用水，环保行动从自身做起！

任务 4：开发一个校本读本

通过课程增加学生对水资源的了解，让学生认识到水是不可再生资源，懂得珍惜水资源就是爱家乡的行为，自觉践行“节水公益”，努力成为一名小小节水师。本阶段以活水园校本读本等形式呈现学习成果。

任务 5：创新一个设计方案

通过考察探究、观察记录、数据计算等实践活动，让学生设计心目中的活水园，完善活水园，改造活水园，培养学生迭代优化、信息收集评价、图形数据表达等工程思维。

设计心目中的活水园方案1：改造污水净化系统 收集污水（楼顶、洗手池、教室内水池等）—格栅（通过粗、细格栅，去除水中体积大小不一的漂浮物）—高低落差—曝气沉砂池（大颗粒杂质慢慢沉底，可去除水中20% 左右的污染物质）—一体化生化池（去除水中80% ～ 90% 的污染物，水池中像棉絮一样的东西叫活性污泥，里面生长着各种细菌和微生物）—二次沉淀池（污水和污泥分离）—消毒（在经过沉淀的水中添加药品）—再次使用（冲厕、绿化灌溉）。

设计心目中的活水园方案2：调整各功能池动植物分布区域

设计心目中的活水园方案3：改造活水园外观 采取倒叙的手法，让国宝大熊猫和小雨滴共同回忆它们的相知相识。通过绘本故事场景，用绘画的形式告诉学生，小雨滴是经过蒸发、凝结、落下、沉淀、过滤到净化，最后与大熊猫生活在同一蓝天下的故事。

设计心目中的活水园方案4：水资源再利用 将净化后的水最大化利用，制作智能灌溉系统，实现活水园净化后的水不仅可以浇灌池子边的植物，还可以浇灌耕园里的植物，当识别到土壤的湿度不适合植物时，变为自动浇水，实现智能化。

成果交流

利用智慧教育手段展示分享学习成果，线上线下结合，突破时间空间限制，打破学科界限，在不同项目目标下呈现的学习成果有水质取样观测，实地参观水处理流程，分析影响水处理的相关材料和动植物资源，了解学习水质净化设备工作原理，设计简易污水处理器，开展水资源研学旅行，Scratch 编程研发环境自动报警机器人，提出工程优化建议等。

后测及评价

对活水园进行探索后反思，并根据组间、组内意见对活水园改造方案进行迭代，不斷优化方案，完成后测及访谈，检测学生收获及感受，包括对活水园污水处理的了解，节水、护水意识的提升情况等，确保目标达成。

项目特色

基于真实问题解决的跨学科学习，培养学生综合能力

从学生的知识结构看，学生在各学科对于污水、节水已有一定的知识基础，比如科学课上有污水处理，道德与法制课上有保护水资源，班队会有以环保教育为主题的班会，为活水园污水净化项目奠定了基础。而如何把活水园变成移动科普站是一个跨学科的综合性课题，是学科融合的项目式研究性学习与探究，包含了科学、艺术、设计、工程、道德与法治、数学、信息技术等学科知识，体现了对学生综合实践、科学素养、艺术素养、工程思维及项目管理能力的培养和发展。

迭代优化活水园，培养学生工程设计思维

设计心目中的活水园，并对活水园进行改造，学生经历发现问题—交流讨论—设计图纸—实施验证—改进设计的探究过程，以设计制作为任务驱动，将复杂问题逐步分解，培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。

活动评价纳入学生综合评价体系

在单项评价和综合评价中均设置相关指标，评价后可颁发“最佳设计”“最具前景”“心灵手巧”等个人奖，以及“最佳方案”“最佳创意”“最佳合作”等团队奖，并结合学校特色，将根据学生获得的评价等级，颁发学校的环保新城币，同时纳入校园新三好评比。

使用建议

本项目主要针对具有科学探究基础的小学高年级学生设计开发，能应用所学科学原理设计并制作简单装置，能进行模拟演示并简要解释；能根据证据改进实物模型的设计与制作；具有初步的构思、设计、实施、验证与改进的能力[3]。在使用过程中，可以针对不同学生设定不同的项目目标。项目强调通过线下探究活动、线上资源平台及综合评价相结合，帮助学生在科技创新体验和实践中提高面对生活、面对社会、面对自然的和谐态度和创新能力。

专家点评

科技创新项目式学习达成育人目标的关键是“真实问题的解决”。本项目中教师支持学生所确定的活水园环保教育项目，既有成都活水公园这一真实污水净化工程的背景，又有学校微缩景观活水园可供学生实践，项目选题和实施符合义务教育科学课程标准的要求，且能够体现学校科普教育课程开发和资源整合的独特优势。

建议师生在子任务的设计实施中充分挖掘“真问题”，努力创造条件“真动手”。在社区周边的活水公园的场景下，可以实地考察研究分级净化的原理，测量比较上游流入的水质与下游流出的水质差异，调查水质的变化对生物生存的影响。在学校简易污水处理场景中，要避免仅仅在楼顶的平面上“摆放”供参观的模型，比起雨水其实更适合收集各楼层教室中清洗墩布、擦桌子黑板产生的污水。若能够将这些学校生活产生的污水，引入校园简易净化装置中处理为可供清洁、灌溉的中水，则学生会有更真切的学习体验。还可以利用太阳能、水流势能，通过设计自动汇集、分流、防溢等装置，尝试更丰富的跨学科实践活动，形成其他工程类产品。