污水处理展

孙悦 张秀杰 姜大雨

项目式学习是基于建构主义理论的教学方式，是学生面对真实情境时通过发现驱动性问题、开展团队合作进行探索、制作展示真实成果、解决实际问题、不断评价反思提升核心素养的学习过程[1]。2021 年6 月，《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035 年）》发布，提出要开展青少年科学素质提升行动，培养青少年科学兴趣、创新意识，为加快建设科技强国培养一大批具有科学家潜质的青少年[2]。

项目式学习因其从真实情境出发，从真实人物解决真实事件出发，学生可以切实体验问题解决者的思路、行动，从而将所收获的经验内化为自身的素养。选取项目式学习为学习方式，将真实情境设定为科学家面临的问题，让学生通过模拟科学家的问题解决过程可以有效增强学生科学兴趣，促进学生科学家潜质的养成。

项目主题的确立与分析

目前我国的水资源仍存在严重短缺、污染严重、重复利用率偏低等问题。提高水资源利用率、高效建设污水处理系统仍是工农业发展的必然趋势。青少年作为实现科技强国目标的储备力量，应掌握水资源这一基础资源的利用与保护知识，培养设计合理水循环利用方案、污水处理系统等能力。“创建污水处理展”项目是依据保护水资源的社会性议题设计的，具有可行性和切实意义。

该项目主要承载了初中化学学科“水的组成与净化”、地理学科“中国水资源”、语文学科“表达与交流”的相关内容，包括认识水的组成，了解吸附、沉降、过滤、蒸馏等净化水的常用方法，能描述中国水资源的主要特征，认识开发、利用、保护自然资源的重要意义，能用良好的语言描述真实情况，表达内心想法。通过该项目学习，学生可以建构“可持续发展”的大概念，认识自然资源知识，树立科学利用水资源、建立污水处理体系的科学观念，培养节约资源、合理利用资源的创新意识和社会责任感（图1）。

项目教学目标

通过对全球、全国水资源分析，认识到目前水资源分布情况存在一定问题，认识到合理规划用水、处理污水的必要性。通过查找相关资料，小组合作构建“创建污水处理展”思维思路。

通过探究水的组成，从元素视角认识水，完成污水处理系统设计的知识储备。

通过对沉淀、过滤、蒸馏等净水方法的学习，掌握净水原理，设计污水处理装置，创建问题解决思路模式。

通过对我国水资源现状分析，认识解决我国水资源时空分布不均的举措，能说出我国跨流域调水的必要性，能设计出合理利用水资源的循环方案。

通过小组汇报、项目成果展示、组内组间相互评价，培养清晰展示个人想法的表达与交流能力，将节约水资源、可持续发展观念做到知、情、意、行的统一。

项目规划及项目活动

本项目共分为3 种课型，分别为导引课、探究课和展示课，共计7 课时。具体项目活动见表1。

探究课的具体教学过程设计如表1 所示。

探究课 1. 探究水的组成，设计污水处理装置

［教师］帮助学生明确探究意义：设计污水处理展应包含丰富内容，除展示污水处理外也应对水进行介绍。提问学生對水的相关知识的了解程度，引导学生结合资料分析水的组成的发现历程。

［资料1］人民教育出版社义务教育教科书《化学》第81 页“资料卡片”。

［资料2］水的组成化学史文献[3]。

［学生］从资料中得出水的组成的发现史是曲折漫长的，不同时代的科学家对水的组成提出了不同的观点。发现目前科学探究水的组成的实验是电解水实验。

［教师］引导学生进行电解水实验并根据实验现象推理出结论。

［学生］学习电解水的实验操作及注意事项，并开展实验。

［教师］提供实验仪器霍夫曼电解器、直流电源等，关注学生实验过程并及时指导。

［学生］根据现象推理出水的组成。

［教师］帮助学生梳理可以描述水的组成的各种方法，建立认知模型。

［教师］展示生活中的常见污水，如混有泥沙、茶叶末的水，引导学生思考污水是否还有利用价值。

［学生］思考得出“可以将污水净化后用于其他途径”的结论，交流讨论净化水的意义。

［教师］展示自来水处理厂净水过程示意图、工业用水重复利用图，引导学生学习常用净水方法，为设计开展污水处理展打下知识基础。

［学生］练习常用的水的净化方法，总结归纳各种方法的使用条件，建立认知模型。

［教师］引导调查污水处理厂相关资料，简述现代工农业生产中进行污水处理用什么科学技术，并利用所学方法自行设计污水处理装置；说明设计成果样态（图纸、微型净水器均可）。

［学生］调查现代科学技术在水资源处理中的应用，小组根据资料合作设计污水处理装置。

［教师］组织学生分享设计思路、汇报设计进度并安排各小组相互评价；及时记录学生项目完成情况，给予指导和评价。

［学生］相互交流展示设计成果，规划如何在污水处理展中分别展示工农业生产中使用现代科学技术处理污水的装置，以及自己小组设计的污水处理装置成果。

探究课 2. 整理水资源分布情况，设计水资源分布图

［教师］引导学生阅读地图等资料，自行调研我国水资源分布现状。

［学生］查阅资料，调研归纳我国水资源分布情况。

［教师］提出问题：不同水资源状况的地区在生产生活方面会存在哪些不足？

［学生］小组讨论得出结论。

［教师］引导学生讨论南水北调的重要性，组织学生搜集南水北调工程资料并将自身代入科学家的视角思考南水北调的意义何在。

［学生］小组交流讨论交换观点。

［教师］创设情境“如果你是水资源专家，你如何合理设计水资源循环利用过程？”组织学生进行水循环利用方案设计活动。

［学生］小组合作共同设计水循环利用方案。

［教师］及时关注各小组进度，帮助学生拓展思维：可以不仅在家庭、城市层面设计水循环利用图，也可以结合道德与法治、历史等学科设计国家、社会可用的大型水循环利用方案，培养学生创新能力。

探究课 3. 合理安排项目成果，组间评价更新设计

［教师］帮助学生回顾项目主题“污水处理展”，引导学生将前几次探究课的全部内容合理安排在污水处理展中。

［学生］组织污水处理展流程，将水的组成与净化、水资源分布、水的循环利用部分内容合理衔接。

［教师］提醒学生作串场准备，涉及道具、串场词等。

［学生］小组间展示初步设计方案，相互评价，取长补短更新设计。

项目式学习总结

走进真实情境，体会科技事实

本项目的主要探究活动有两个，一个是探究水的组成与设计污水处理装置，另一个是调查科学技术在水的循环利用方面的贡献并设计合理水循环利用方案。两个探究活动都要求学生先搜索资料、调研当前科技进展情况并对收集的内容进行汇报，再根据实际所受启发与资料进行成果设计。学生在资料搜集过程中，为保证能将所收集的资料完整汇报出来，能按照真实科技模拟创造出带有自己风格的作品，会沉浸于真实资料情境中，研究资料原理，真实体会科学技術事实。这一过程符合深度学习的全身心投入特质，能培养学生对科学学习的专注力，有利于培养学生对积极掌握科学技术的内驱力，培养学生的创新精神，提升创新能力。

调查探究设计，体验完整问题解决

科技创新项目式学习设计的三种重要任务类型分别为调查、探究与设计[4]。学生在真实情境中调查真正科学家的研究成果，发现真实问题解决思路，依据前人经验自主探究知识，主动模拟情境参与设计。这一过程可以让学生经历完整的问题解决过程，有利于培养学生像科学家一样思考，是培养有科学家潜质的青少年的有效学习过程，是开展青少年科学教育的有效途径。

开展跨学科项目，丰富认知维度

跨学科实践活动是提升学生核心素养，帮助学生突破学科壁垒、建立对世界事物完整认识的有利学习方式。本项目的全过程涉及的知识包含化学、地理、语文三个学科，从不同学科角度探索科学技术在各个领域的贡献作用，可以帮助学生认识到科学技术的应用无处不在，并让学生从多个领域领悟到科学技术的无限可能，培养学生对科技的好奇心与敬畏感，丰富对技术水平的认知。

青少年是正蓬勃生长的祖国未来建设者，科技强国之路必由他们铺设。青少年时期正是学习科学技术、认识科学世界、培养科学态度、树立创新精神的重要时期。以项目式学习开展青少年科技教育，能让学生在真实情境中感受科技魅力，在自我探索与设计中培养创新精神。在未来教育中应更多设计以项目式学习形式开展的科技教育案例，为实现培养具有科学家素质的青少年作更加充分的准备。

参考文献

[1] 胡久华，褚童，王静波，等．大概念统领的项目式学习——基于碳中和理念设计低碳行动方案[J]．化学教育（中英文），2022，43（9）：6-14．

[2] 国务院．国务院关于印发全民科学素质行动规划纲要（2021—2035 年） 的通知[EB/OL]．[2021-06-03]．http：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-06/25/content_5620813.htm．

[3] 费志明，陈懋．融入化学史的“水的组成”化学启蒙教学探索[J]．化学教学，2021，43（2）：48-50．

[4] 魏锐，唐珑畅．青少年科技创新项目式学习课程开发的思路与方法[J]．中国科技教育，2021，36（12）：10-14．