環(huán)保小衛(wèi)士
——自制凈水器——教科版四年級上冊“溶解”單元

吳春娥

(浙江省寧波市海曙外國語學(xué)校 浙江寧波 315000)

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科之間的交叉融合，它將還給學(xué)生一個(gè)完整的學(xué)習(xí)歷程，讓學(xué)生獲得直接經(jīng)驗(yàn)，從而提高綜合問題的解決能力[1]。

近年來，我國STEM教育發(fā)展非常迅速，在教科版小學(xué)科學(xué)課程中也有安排類似的“STEM”教學(xué)內(nèi)容，如在某些單元書上有相應(yīng)的課程，如“制作生態(tài)瓶”“做一個(gè)太陽能熱水器”“制作小賽車”等，現(xiàn)在的科學(xué)教師對書上出現(xiàn)的“STEM”教學(xué)內(nèi)容比較重視，會指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)到的知識去完成STEM活動(dòng)，但現(xiàn)實(shí)教學(xué)中會忽略課堂中生成性的STEM活動(dòng)，這些生成性的STEM活動(dòng)都是學(xué)生志趣所在，夸美紐斯認(rèn)為：“興趣是創(chuàng)造一個(gè)歡樂和光明的教學(xué)環(huán)境的主要途徑之一。”在教學(xué)中抓住學(xué)生的興趣，可以使學(xué)生以積極而輕松的心態(tài)投入學(xué)習(xí)，在實(shí)際操作中還能拓展知識面，提高解決實(shí)際問題的能力[2][3][4]。

以下是在小學(xué)四年級上學(xué)期進(jìn)行的為期5周的生成性STEM項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目根據(jù)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)、年齡特點(diǎn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)等，選擇能夠激發(fā)學(xué)生興趣的材料制作凈水器。

一、任務(wù)與情境

第1課時(shí)：

學(xué)習(xí)教科版四上第二章第一節(jié)“水能溶解一些物質(zhì)”時(shí)，為了進(jìn)一步觀察食鹽、面粉和沙在水中的狀態(tài)有什么不同，我們可以使用過濾的方法。在教師講解過濾的方法時(shí)，學(xué)生已表現(xiàn)出濃厚的興趣，考慮到過濾效果和時(shí)間原因（每周只有兩節(jié)課）我們最后采取的是簡易過濾，在實(shí)際操作時(shí)學(xué)生很期待過濾后濾紙上和燒杯中有怎樣的情況出現(xiàn)。當(dāng)濾紙上出現(xiàn)面粉和細(xì)沙時(shí)，有的同學(xué)提出濾紙的過濾效果很好，意猶未盡，還想繼續(xù)“玩”過濾，抓住學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心理，臨時(shí)拿出一盆渾水，并介紹我國由于地域環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀差異導(dǎo)致很多地區(qū)還存在飲水問題，有些地方的人們還是引用溝壑之水來直接飲用，這樣做行嗎？

生：不行，這種水是渾濁的，里面有泥沙，可能還會有農(nóng)藥等有毒物，不能拿來飲用。

師：有什么辦法可以變得透明干凈？

生1：放在那里不動(dòng)，靜置，在把上面的水舀出來。

生2：就算靜置了泥沙還是會沉在下面，還是拿不出來，一碰還是容易渾，應(yīng)該用過濾的方法將泥沙與水分開，還要消毒煮沸才可以飲用。

大部分同學(xué)都很贊成生2的看法，于是就此展開對渾水的過濾，這一次大家操作起來的目的性強(qiáng)，熱情更高（圖1）。

圖1 觀察渾水過濾

在過濾過程中，學(xué)生提出新問題：1.濾紙過濾速度太慢，如果想把教師提供的一盆渾水過濾干凈，全班12個(gè)微共體一起操作也要好幾個(gè)小時(shí)，效率太低；2.過濾后的液體還是不夠清澈，雖然可進(jìn)行多次過濾但需要的時(shí)間更多。針對以上現(xiàn)象展開討論：1.身邊有哪些材料可進(jìn)行過濾；2.如何組裝過濾裝置，提高過濾的質(zhì)量和效率。

通過討論，過濾材料的選取條件：1.不溶于水；2.無毒環(huán)保；3.材料與材料間具有縫隙，水能下滲（學(xué)生舉出了一系列材料都需驗(yàn)證操作）（圖2）。

圖2 課堂討論過濾材料選取

教師出示項(xiàng)目作業(yè)：微共體成員相互協(xié)作，利用身邊的常見材料幫助西北地區(qū)人民自制一個(gè)凈水器，展示凈水效果，并能運(yùn)用到實(shí)際中。

兩個(gè)班都有探討過濾材料的選取，其中給407班觀看一個(gè)自制凈水器的視頻，大家都驚奇過濾器的神奇，進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的制作興趣，又能給學(xué)生制作的靈感和啟示；401班沒有觀看自制凈水器的視頻，完全讓他們自己去制作設(shè)計(jì)，我想看看兩個(gè)班的設(shè)計(jì)思路有什么不同。

在課堂尾聲，教師布置任務(wù)：微共體課后完成“環(huán)保實(shí)踐，自制凈水器”設(shè)計(jì)方案表。

二、思考與設(shè)計(jì)

第2課時(shí)：

學(xué)生將自己的過濾器設(shè)計(jì)草圖進(jìn)行展示與介紹，其他同學(xué)對這一設(shè)計(jì)方案的可行性進(jìn)行分析與探討，并從科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等方面提出自己的想法和建議，為自制凈水器的成功，奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

以407班太陽微共體的設(shè)計(jì)圖為例（圖3），該微共體想制作一個(gè)利用小石子、沙子、活性炭、棉花為過濾材料的“超級凈水器”。

圖3 407太陽微共體初稿

通過全班微共體激烈的討論，給出了以下幾點(diǎn)意見和建議：1.過濾材料的放置順序有問題，沙子可能會從棉花的縫隙流到下面杯子中，過濾效果不好，棉花上還應(yīng)該放紗布；2橡皮筋固定不牢固，可以換成寬皮筋；3.筷子支撐不穩(wěn)定，下面可以換成木板作為底座；4.過濾器中的過濾材料容易混在一起，在過濾器的頂上可以加一個(gè)打孔的塑料片壓緊或者再加一些紗布塞緊。

407班的設(shè)計(jì)圖，受觀看過濾視頻的影響，過濾材料基本上放在一個(gè)容器里分層壓實(shí)，這樣組裝材料較方便，清洗也方便；401班沒有看過過濾視頻，他們的設(shè)計(jì)圖大部分都采取的是過濾材料分開放置（圖4），這樣組裝儀器難度更大，清洗雖然會比較干凈，但是工程量大，需要把產(chǎn)品拆開來清洗，通過兩個(gè)班設(shè)計(jì)思維的走向不同，個(gè)人認(rèn)為對于小學(xué)生來說，思維還是很保守的，在進(jìn)行STEM活動(dòng)時(shí)，教師可以為他們多提供一些素材，打開他們的設(shè)計(jì)思路，能大膽嘗試是很有必要的。

圖4 401部分微共體設(shè)計(jì)圖

教師布置任務(wù)：修改、完善自己的“自制凈水器”設(shè)計(jì)草圖，并將自己微共體設(shè)計(jì)的凈水器所需的材料和工具帶來。

三、建造與測試

第3、4課時(shí)：

經(jīng)過上節(jié)課的思維碰撞，各微共體的設(shè)計(jì)圖都有所修改，修改后的設(shè)計(jì)圖再次展示（圖5）。其他同學(xué)和教師再次評價(jià)。

圖5 407太陽微共體終極稿

每位同學(xué)在自己設(shè)計(jì)修改圖上進(jìn)行再次修改，并把好的可行的改進(jìn)意見記錄下來。

學(xué)生用帶來的材料進(jìn)行凈水器的制作。

四、改進(jìn)與完善

第5課時(shí)：

學(xué)生將上節(jié)課課后制作完成的“自制凈水器”帶至課堂，通過實(shí)際操作，師生一起對過濾效果和過濾速度進(jìn)行評價(jià)，然后，從過濾器的穩(wěn)定性、制作及清洗的方便性、美觀度等方面展開激烈的思維碰撞，并提出自己的建議，將評價(jià)較好的作品進(jìn)行展示。

教師布置任務(wù)：完善自己的凈水器。

五、展示與評價(jià)

第6課時(shí)：

（一）同班微共體“自制凈水器”凈水效果PK賽

微共體展示改進(jìn)后的凈水器，師生一起再從過濾效果、過濾速度、產(chǎn)品穩(wěn)定性、方便性、美觀性等方面進(jìn)行評選，選出班級優(yōu)秀作品再與另一個(gè)班進(jìn)行PK。

（二）兩個(gè)班優(yōu)秀作品“自制凈水器”過濾PK

將兩個(gè)班的優(yōu)秀作品再次PK，選出更優(yōu)秀的作品進(jìn)行展示，并用于實(shí)際生活中的污水過濾。

六、結(jié)束語

學(xué)習(xí)源于生活，學(xué)生對水一點(diǎn)也不陌生，但感覺污水處理和制作凈水過濾裝置這些事情離自己的生活很遠(yuǎn)。本案例將教學(xué)內(nèi)容中的生成性問題和生活應(yīng)用相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)了一個(gè)自制凈水器的情境，保護(hù)水資源不僅是新聞熱點(diǎn)，還和我們平時(shí)生活的經(jīng)歷緊密相連，可以讓學(xué)生感受學(xué)習(xí)的意義，在情感態(tài)度價(jià)值觀上對水資源的保護(hù)有了更多的了解與實(shí)踐，并且通過微共體共同設(shè)計(jì)與制作，不僅拓展了微共體成員的知識面，還進(jìn)一步加強(qiáng)了微共體成員之間的合作與交流，達(dá)到了共同成長進(jìn)步的目的。