调查用水数据形成家庭节水方案

张银霞 郭晓丽 魏锐 刘秀英

水对人类生存的重要性不言而喻。1977 年，联合国曾向全世界发出警告，水资源危机不久将成为继石油危机之后的下一个危机[1]。我国淡水资源人均占有率低，仅为世界人均淡水占有率的1/4，存在人均水资源匮乏、供需矛盾加剧、水资源利用率低、污染及浪费严重等问题[2]。2019 年4 月15 日，国家发展改革委、水利部发布了《国家节水行动方案》，将“提升节水意识”作为国家节水行动的保障措施之一。然而，在现实生活中，我们依然发现学生的节水意识薄弱，不能自觉主动地发现生活中浪费水的现象。

本案例正是基于“如何更好地节约用水”这一社会问题，通过解读家庭水费单的小入口，帮助学生了解国家层面的节水要求，调查发现家庭用水情况，以数据的视角层层深入分析，力求通过有形的数字在用水量方面给学生带来更为直观的感受刺激，激发其节约用水的责任感，形成家庭节水方案，以个人带动家庭，以家庭带动社会，形成全民节水意识。本案例属于“開展调查，制订方案”类的科技创新项目式学习活动，其开发与实施以期为该类型的项目式学习活动设计提供借鉴。

项目简介

本项目的核心驱动问题为“解读家庭水费单，了解自家用水情况，制订合理的家庭节约用水规划方案”。为了达成这一目标，在项目学习活动中，需要学生从自来水缴费单入手调查自家用水情况，以班级为单位，通过对自来水缴费单（如图1）数据进行家庭间各项使用情况的纵向、横向对比，以此发现自家用水的不合理之处，有理有据合理规划家庭用水，制订家庭节约用水合理规划方案，通过方案实施前后家庭用水数据的变化检验方案的有效性，最终形成具有推广价值的家庭节约用水合理规划方案。

除了凸显“合理规划家庭节约用水”的主题外，此驱动问题的选择主要考虑以下方面。驱动问题的选择及项目成果的设计都紧密联系学生的生活实际 以解读家庭自来水缴费单为切入点，以生活用水的数据感受家庭自来水的使用情况；通过对自家自来水使用的溯源与情况调查，让学生参与到家庭生活中，体会家庭责任感；以家庭节水方案的制订作为项目成果，梳理家庭生活用水情况，形成每个家庭的特色用水方案。

将“调查与探究”技能纳入目标体系 让学生经历调查内容的确定、调查数据的收集、调查数据的处理与分析，以及调查结论的获得等调查过程；在解读家庭自来水缴费单的过程中，让学生调查与探究自来水缴费单上的阶梯水价的背景及其社会意义；汇聚班级学生各自家庭自来水费单上的各项数据，通过纵向、横向对比，让学生调查与探究自家使用自来水是否存在浪费、如何节约；在制订合理规划家庭节约用水方案时，让学生探究合理与节约的关系，探究家庭节约用水合理规划的原则，以便制订出适合自家的节约用水合理规划方案。

以数据视角研究社会问题 通过汇总收集到的班级学生各自家庭自来水缴费单上的各项数据，引导学生通过数学计算的方法获得班级人均每月自来水使用量，再结合查阅资料获取到的城市人均用水量、城市居住人数等数据进行数学估算，使学生通过数字对比感受家庭节约用水对淡水资源消耗的影响，从而激发其节约和保护水资源的责任意识；合理规划方案实施前后的对比，也是通过数学计算的方式以数字作为有效结果的例证。

项目规划

对于以数据视角研究社会问题的PBL 项目，问题解决逻辑可以分为3 条主线，一条是“调查与探究”的主线，一条是“基于数据视角分析社会问题”的主线，这2 条是“调查与分析”的逻辑，而方案的设计与呈现则是“达成目标”的主线。

在调查与探究主线中，学生需要对问题及问题本身隐含的社会价值进行调查和探究。在本项目中，学生需要调研家庭自来水缴费单上的阶梯水价，调查全球及我国的淡水资源情况，调查各省市行政区供水量、用水量、淡水资源总量，调查全球、全国及各省级行政区人口总数，周末自家用水总量和各项详细用水量等。在调研过程中，学生需要关注调查目的、调查内容、调查方式和调查结果等要素。

基于数据视角分析社会问题主线中，学生需要将调研的资料汇总外化成数据，并运用数学思维搭建数学模型，通过寻找合适的数据方法对要探究的社会问题进行数据化分析，以达到通过有形的数字使学生感受抽象社会问题的目标。学生在本项目中通过数据统计与比较、数学计算、数学估算等方法获取数据，说明家庭用水对淡水资源消耗的影响。在这个过程中，还可以设计借助现代化的信息技术手段和技术工具辅助数据统计、数学建模和数据运算。在达成目标主线中，需要引导学生关注方案的有效性、实施的可行性、方案结果的呈现形式等问题。

以上3 条主线的组成及相互关系如图2 所示。

基于上述3 条问题解决的逻辑主线与PBL项目式学习活动设计的核心思想，围绕“合理规划家庭节约用水”这一核心驱动问题，继续将任务拆解为子任务与子活动，并将子任务与项目成果之间建立联系，如图3 所示。

在项目导引中需要通过认识家庭自来水缴费单引导学生明确项目任务、规划活动进程；在任务1 中需要引导学生解读阶梯水价，发现节约用水的意义，包括具体应该调研哪些内容，如何基于调研数据估算家庭用水对淡水资源消耗的影响。

在任务2 中需要引导学生解读家庭用水量、发现自家用水不合理之处，包括研讨调查哪些内容，如何记录自家家庭用水数据，如何收集汇聚数据，如何以班级为单位进行纵向、横向数据的比对分析以发现自家用水的不当之处。

任务2 中需要借助“调查与探究”“基于数据视角分析探究社会问题”的逻辑主线完成。

在任务3 中则由基于现状的调查转向“达成目标”类任务，从家庭节约用水合理规划的原则，如何衡量方案的有效性等核心角度出发，思考合理规划家庭节约用水所要达到的目标，进而在任务3 中引导学生分阶段完成方案的制订、方案的优化、方案的实施等。

在成果展示环节，需要引导学生验证方案的有效性，并最终形成有推广价值的家庭节约用水合理规划方案，进行成果展示。不仅如此，在成果展示中，外显学生“调查与探究”“基于数据分析社会问题”的理解过程。

各子项目及其任务的组成结构如图4 所示。

活动设计

项目导引：开启合理规划家庭节约用水行动

项目导引被分成3 个活动。

在活动1 中，引导学生认识和读取自家的自来水缴费单，并自己动手制作一个家庭月用水信息统计的电子表格，作为该活动的产品输出。通过对这些数据的汇总，有意识地引导学生了解自家每个月的淡水消耗情况，结合自来水缴费单上的信息，引导学生提出感兴趣的问题，例如阶梯水价是什么？为什么实施阶梯水价？水资源费改税是什么？为什么要缴纳这项税费？水费单上显示家庭用水量，这些水都用在了哪里？通过对问题进行梳理形成解读水费单的子任务，引导学生关注自来水缴费单上不同的数据分类，辅以交流讨论和自主思考，启发学生思考使用不同数据类型的原因，从而引出本项目的活动主题。

在活动2 中，利用“方法导引”栏目帮助学生明确本次合理规划家庭节约用水的任务和意义，并对问题进行拆解，动手制作问题框架结构图作为本活动的产品输出。

在活动3 中，通过“活动探究”栏目帮助学生对活动环节进行细化，并对解决问题的关键步骤进行梳理归纳，动手制作关键步骤实施图作为本活动的产品输出。

任务1：解读阶梯水价，发现节约用水

本任务主要分为3 个活动，其活动设计的组织结构如图5 所示。

在活动1 中，通过引导学生进行信息检索，了解阶梯水价及其背后的意义。在学生进行资料查阅的过程中，通过“方法导引”栏目给出阅读提示，学生可以在问题引领下将阅读材料作为问题素材进行学习和分析。最后，学生会完成一个阶梯水价资料阅读记录表，记录阅读的内容、对内容的思考及感悟，作为本次活动的产品输出。

在活动2 中，通过“自主思考”栏目引导学生思考如何有序地开展这项活动，关注哪些信息，以及选用何种信息技术处理工具能够更加简便地汇总全班家庭用水统计。本次活动的产品输出是一个全班可以在线共享编辑的电子统计表，得出的全班人均用水量作为任务2 和任务3 对比参考的依据。

在活动3 中，通过“方法导引”栏目引导学生通过网络查阅最具权威的资料，获取最新公布的全国、全球的淡水资源情况和人口数，各省城镇居民供水、用水情况等信息，引导学生完成家庭用水对淡水资源消耗影响的估算，并动手制作估算过程表，作为此次活动的输出产品，完成的过程就是学生通过数字感受家庭用水及合理规划家庭用水对淡水资源使用影响的过程。该活动是通过有形的数字让学生感受淡水资源的珍贵，感受家庭节约用水的重要性，建立“节约用水，从我做起”责任感的一个很重要的环节。

在活动2 和活动3 中体现了以数据视角研究社会问题的设计思路。

任务2：解读家庭用水量，发现用水不合理之处

本任务主要分为3 个活动，其活动设计的组织结构如图6 所示。

活动1 和活动2 围绕家庭用水的详细调查。活动1 利用“交流研讨”引导学生认识和学会读取水表，并且选择周末两日学生全天在家的时间段为观察周期，让学生记录、统计家庭周末单日用水总量，并动手制作电子统计表作为该活动的产品输出。

活动2 中，通过“方法导引”栏目引导学生思考如何确定家庭周末单日用水情况的详细统计项、如何计量那些无法通过刻度计量的统计项等问题；引导学生设计统计表，并动手制作电子统计表和统计图作为该活动的产品输出。

在活动3 中，通过“活动探究”方式，引导学生将自家的人均用水量和班级家庭的人均用水量及所在省份的人均用水量进行对比，以发现自家的人均用水量处在什么样的消耗等级上。引导学生在班级的不同家庭间对比相同项的用水量、不同项的用水及其存在的合理性，以启发学生发现自家用水的不当之处，分析整理并动手制作自家用水情况分析表作为活动的产品输出。

任务3：合理规划家庭节约用水方案

本任务主要分为3 个活动，其活动设计的组织结构如图7 所示。

在活动1 中，通过“活动探究”栏目引导学生讨论合理与节约之间的关系，如何在它们之间寻求平衡，找出家庭节约用水合理规划的原则。與家人共同观察并记录自家当前的各项用水量，分析自家节约和浪费用水的原因，规划自家预期的合理用水量，并由学生动手制作记录表，作为本次活动的产品输出，为自家合理规划家庭用水找方向。

在活动2 中，通过“活动探究”栏目引导学生了解制订规划方案时的注意事项，并指导学生动手制作家庭节约用水合理规划方案设计表，作为此次活动的产品输出。

在活动3 中，通过“活动探究”栏目引导学生采访家人、朋友、教师，对方案可行性进行优化，并指导学生动手制作家庭用水合理规划方案优化意见征集表，作为此次活动的产品输出。

项目总结：家庭节约用水合理规划方案交流展示

项目总结主要分为3 个活动。在活动1 中，引导学生记录周末2 天家庭用水量在实施方案前后的对比，分析反思实施方案前后的节水有效性。在活动2 中，引导学生先计算全班节约方案实施后人均节约用水量，再以当前省份的人口为标准，估算出节约方案实施后对节约淡水资源的影响值，通过这个计算过程获得的数字感受家庭用水合理规划后对淡水资源的影响力。在活动3 中，帮助学生了解撰写家庭节约用水合理规划方案报告和制作海报的注意事项。

项目特色

选题贴近生活，研究内容有形具体 通过最常见的家庭自来水缴费单，使学生能够具体了解到各家每个月的用水情况，以小见大，从个人的节水意识带动家庭，从每个家庭带动社会，激发全民节水意识。

基于PBL 思想设计多种类型的学生活动

有动手操作、实验观察，也有信息化技能的训练；既有宏观层面的关注，也有具体实施的环节；在整个过程中还有不同程度的思维训练，指导学生学会思考，例如通过阶梯水价引导学生认识社会层面节约用水的意识和措施，引导学生对家庭用水产生自我认知，通过观察实验、寻找家庭用水的不合理地方，在不影响日常基本生活的前提下合理规划家庭节约用水，并形成具有可推广价值的报告。

以数据视角研究社会问题 通过统计、计算、估算等数学方法获取数据，用外显的统计表体现学生数据分析能力的不断发展变化。基于数字化的分析与对比，通过数字的直观性使学生形象具体地感受到我国和全球淡水资源的紧缺状况，以及家庭合理规划用水对淡水资源消耗的影响。

使用建议

本项目适用于小学高年级和初中学生，在实施时，教师可以适时在相关课程规划中添加此项目活动，引发学生对水资源的感受与认识。在学生实施项目时，教师要充分外显调查的方法与技能，培养学生基于调查数据进行分析的能力，累积科学探究的基础经验，培养学生的信息化素养和信息技术工具的使用能力。

项目成果中可以利用多样化的方式呈现家庭节约用水方案，如flash 动画、海报或者其他信息化产品。而且在表达时不应只关注方案本身是什么，还要关注用水方案的形成与论证过程，在个人论证、生生论证的基础上，形成节约用水的一般策略，也启发学生对工业用水、农业用水等相关用水的研究兴趣。

参考文献

[1] 韩亮．高校语文教学中保护水资源学习培养研究——评《汉志水道疏证》[J]．灌溉排水学报，2021，40（09）：153．

[2] 刘玉明．我国水资源现状及高效节水型农业发展对策[J]．水利水电，2020（16）：80-83．

（本案例为北京师范大学科学教育研究院、中国科协青少年科技中心联合开展的“科创项目式学习示范课程开发”课题研究成果，课题主持人为魏锐、郑永和；同时为中国教育科学研究院中国STEM 教育2029 行动计划课题“基于小学科学单元整合的STEM 课程建设研究”（2020STEM191）研究成果，课题负责人为郭晓丽，郭晓丽系本文通讯作者；感谢郭晓丽、魏锐、赵瑛、魏威、唐紫薇、施冰、陈征、曾筝等老师为本案例开发提供的指导和帮助）