基于核心素養(yǎng)的小學(xué)科技教育實踐活動設(shè)計
——珍惜水資源之水“凈”其“用”

韓葵葵，吳俐璇，朱祉沛，劉 輝

（重慶師范大學(xué) 初等教育學(xué)院，重慶 400700）

一、問題提出

學(xué)生核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)該具備的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力的核心素養(yǎng)?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》確定了科學(xué)課程從科學(xué)觀念、科學(xué)思維能力、科學(xué)探究和實踐能力、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任四個方面提出課程要求。思維型教學(xué)理論（Thinking-based teaching theory）聚焦科學(xué)教學(xué)中的思維活動，旨在提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)［1］。思維型教學(xué)的科技教育實踐活動模式如下：“創(chuàng)設(shè)情境、提出問題”強調(diào)基于真實情境讓學(xué)生提出具有探索性的科學(xué)問題［2］?！白龀黾僭O(shè)、自主探究”強調(diào)學(xué)生小組合作探究科學(xué)問題?！笆占C據(jù)和信息處理”即將探究過程中的數(shù)據(jù)和資料進行處理分析，得出結(jié)論?！霸O(shè)計建模、測試評估”強調(diào)學(xué)生通過創(chuàng)客活動進行技術(shù)創(chuàng)新和工程設(shè)計?！胺此純?yōu)化”即引導(dǎo)學(xué)生對設(shè)計方案和制作過程進行交流和評估、測試和優(yōu)化產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。“應(yīng)用遷移”即學(xué)生深刻理解和靈活運用科學(xué)與技術(shù)的概念和原理，培養(yǎng)學(xué)生解決真實情境問題的能力。本研究將以發(fā)展學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)為目標(biāo)，將思維型教學(xué)理論融入科技教育活動，以“珍惜水資源之水‘凈’其‘用’”為例設(shè)計科技教育實踐活動方案。

二、基于核心素養(yǎng)的小學(xué)科技教育實踐活動設(shè)計

（一）活動背景

水是一切生命賴以生存的重要自然資源和環(huán)境要素。重慶地處長江上游和三峽庫區(qū)腹心地帶，是長江上游生態(tài)屏障的最后一道關(guān)口。習(xí)近平總書記視察重慶時指出，“保護好長江母親河和三峽庫區(qū)，事關(guān)重慶長遠(yuǎn)發(fā)展，事關(guān)國家發(fā)展全局”。為深入貫徹落實習(xí)近平總書記重要講話精神，重慶市高度重視水污染防治工作，緊盯城鎮(zhèn)生活污水治理領(lǐng)域，加快建設(shè)山清水秀美麗之地，根據(jù)《中共中央國務(wù)院關(guān)于深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》、“十四五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃、《“十四五”重點流域水環(huán)境綜合治理規(guī)劃》等文件，制定了《重慶市水生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃（2021—2025 年）》。2022 年夏季，川渝地區(qū)出現(xiàn)高溫少雨的干旱天氣，嘉陵江諸多河段出現(xiàn)河水干涸、河床裸露、水污染等現(xiàn)象，水資源問題愈發(fā)嚴(yán)峻。我院位于重慶北碚區(qū)，屬于嘉陵江水系下游河口丘陵區(qū)，位于重慶市區(qū)的西北部，具有對水資源相關(guān)問題進行考察探究等多項活動開展的地理優(yōu)勢。

（二）活動需求分析

1.學(xué)生角度：學(xué)生科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任等核心素養(yǎng)發(fā)展的需要；學(xué)生進一步學(xué)習(xí)水資源科學(xué)概念，感受科技發(fā)展，提高問題解決能力的需要。

2.課程開發(fā)角度：實現(xiàn)跨學(xué)科融合、拓寬和更新教學(xué)課程內(nèi)容、開發(fā)課程資源的需要；地方、學(xué)校結(jié)合地方特色與學(xué)生生活，挖掘課程資源。

3.學(xué)校角度：推動學(xué)?？萍冀逃顒酉蚯鞍l(fā)展；實現(xiàn)結(jié)合嘉陵江流域地方、學(xué)校特色進行校本課程開發(fā)與學(xué)科建設(shè)；通過開展水資源科技活動構(gòu)建和諧美麗、文明健康校園。

4.政府及社會角度：政府部門頒布的有關(guān)水資源保護相關(guān)法律條例在中小學(xué)得到宣傳、推行與實施；社會服務(wù)、社會文化的創(chuàng)新發(fā)展、多方協(xié)同發(fā)展的需要。

（三）活動設(shè)計思路

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強調(diào)“科學(xué)課程要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，樹立基本的科學(xué)態(tài)度，具有正確的價值觀和社會責(zé)任感，能對與科學(xué)技術(shù)相關(guān)的社會熱點問題作出正確的價值判斷，遵守科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用的公共規(guī)范、法律法規(guī)和倫理道德”。圍繞“珍惜水資源之水‘凈’其‘用’”主題，結(jié)合嘉陵江流域特色、校本特色、時事熱點，將科學(xué)教育與綜合實踐緊密融合，以思維型教學(xué)理論為指導(dǎo)開展科技教育活動，從人與自然、人與社會、人與自我及探究學(xué)習(xí)等維度滲透科學(xué)核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)技術(shù)知識珍惜愛護水資源，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與實踐能力［3］。設(shè)計思路見圖1。

圖1 活動方案設(shè)計思路

（四）活動目標(biāo)

1.科學(xué)觀念目標(biāo)：了解水資源現(xiàn)狀和存在的污染問題；了解我國水資源保護的相關(guān)法律法規(guī)；了解凈水器的構(gòu)造及原理；了解小型凈水廠的運作模式及原理。

2.科學(xué)思維目標(biāo)：通過數(shù)據(jù)分析總結(jié)我國水資源現(xiàn)狀；通過查閱資料自主學(xué)習(xí)，了解水資源問題的種類及法律文案和決措施；以開展家庭用水調(diào)查論證水資源問題存在的普遍性；運用建模、類比等思想方法設(shè)計制作凈水器、設(shè)計小型凈水廠。

3.探究實踐目標(biāo)：通過觀察、實驗、資料收集等方式收集信息；運用圖表整理信息并分析結(jié)果；利用控制變量法對不同水質(zhì)下綠豆的發(fā)芽情況探究實驗；通過觀察凈水器裝置的組裝、使用過程，設(shè)計并制作簡易凈水器；通過查閱資料，設(shè)計并繪制小型凈水廠的設(shè)計圖。

4.態(tài)度責(zé)任目標(biāo)：強化珍惜與利用水資源的意識，能夠運用科學(xué)的方法保護水資源；知道保護水資源是每個公民應(yīng)盡的責(zé)任與義務(wù)。

（五）活動過程實施

1.活動一：創(chuàng)設(shè)情境與提出問題——走進《水脈》，了解我國水資源現(xiàn)狀

任務(wù)一：觀看紀(jì)錄片《水脈》第一集《奔流不息》片段，了解南水北調(diào)工程和習(xí)近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”理論。紀(jì)錄片涉及與水資源相關(guān)的化學(xué)、地理、技術(shù)、社會和環(huán)境領(lǐng)域的科學(xué)知識，激起學(xué)生對舊知識的回憶。教師提出與水資源相關(guān)的問題：我國水資源的時間和空間分布特點？江河、湖泊、地下水能直接飲用嗎？水污染有哪些危害？現(xiàn)今工業(yè)有哪些污水處理方法？基于什么原理？

任務(wù)二：學(xué)生通過主題班會、社區(qū)志愿者實踐活動、宣傳單等多種方式開展宣傳活動。2022年3月22日是第三十屆“世界水日”，學(xué)生通過宣傳“世界水日”的重要意義和重慶的河流分布，認(rèn)識到“珍惜水資源、愛護水資源”的必要性和迫切性。教師根據(jù)同學(xué)的發(fā)言引導(dǎo)學(xué)生歸納出當(dāng)下全球—中國—嘉陵江流域水資源現(xiàn)狀，表揚在活動中表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生，激勵其他學(xué)生繼續(xù)加油。

任務(wù)三：邀請專家進校、進班開展水資源專題講座，利用網(wǎng)絡(luò)、教科書、圖書館等搜集相關(guān)資料，并繪制成“資料庫”或“思維導(dǎo)圖”等多種形式呈現(xiàn)。

設(shè)計意圖：環(huán)環(huán)相扣的問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)聚焦科學(xué)概念，同時提升學(xué)生愛護水資源的社會責(zé)任感，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料等方式收集、分析、整理數(shù)據(jù)，學(xué)會從多渠道獲取信息，并且有邏輯地利用思維導(dǎo)圖、資料庫等形式使信息可視化。

2.活動二：做出假設(shè)與自主探究——角色扮演情境，探究生活中水污染問題

任務(wù)一：學(xué)生作為“科學(xué)小記者”調(diào)查了解重慶市出臺工業(yè)廢水循環(huán)利用方案，了解重慶市水污染問題和采取的措施，以及北碚區(qū)相關(guān)部門出臺制定的《北碚區(qū)鞏固次級河流污染整治成果長效機制》《北碚區(qū)飲用水源保護長效管理工作機制》等文件，結(jié)合自身生活經(jīng)歷，分享生活中出現(xiàn)的水資源問題及產(chǎn)生原因。

任務(wù)二：學(xué)生收集和分析重慶市水污染案例，舉例說明生活中水質(zhì)污染、水資源浪費等方面存在的問題，并能從工業(yè)廢水不規(guī)范排放、亂丟垃圾、浪費水等方面分析原因。

任務(wù)三：學(xué)生思考不同水質(zhì)對動植物生長生活的影響，聚焦于不同水質(zhì)對種子發(fā)芽的影響，以小組為單位制訂不同水質(zhì)對種子發(fā)芽的影響實驗方案。

任務(wù)四：學(xué)生交流討論，對設(shè)定的方案、選擇的材料進行評價。學(xué)生依照制訂的方案進行小組分工，領(lǐng)取材料并開始探究，觀察并記錄實驗現(xiàn)象，進行數(shù)據(jù)分析處理。

設(shè)計意圖：學(xué)生體驗探究，化抽象為具體，樹立節(jié)水和愛水意識，構(gòu)建綠色化學(xué)理念，深刻體會“水是生命之源”，既培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，還提升了學(xué)生的推理和論證能力。

3.活動三：收集證據(jù)和信息處理——貫通古今，探尋我國凈水器的前世今生

任務(wù)一：了解古人凈水器的鼻祖——“漉水囊”和現(xiàn)代凈水器。學(xué)生擔(dān)任科普講解員，開展以“貫通古今、探尋節(jié)水、凈水巧思”為主題的科技沙龍活動，并邀請學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、家長、科技館相關(guān)工作人員共同參加活動。

任務(wù)二：利用視頻展示凈水器的結(jié)構(gòu)，學(xué)生了解凈水器的科學(xué)原理并描述凈水器凈水的過程。學(xué)生通過思考以下問題得出簡易凈水器的優(yōu)缺點：待過濾的污水里面都含有什么？如何評判這個簡易凈水器的效果好壞？可以如何進行優(yōu)化？

任務(wù)三：學(xué)生從凈水材料的選擇、用量、裝置自凈、殺菌消毒技術(shù)、自動化等多方面展開頭腦風(fēng)暴。

設(shè)計意圖：通過對凈水器、凈水方法的相關(guān)科學(xué)史的追尋，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)文化素養(yǎng)，讓學(xué)生了解到當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的進步，強化學(xué)生對凈水器相關(guān)構(gòu)造及原理、功能的深度理解。

4.活動四：設(shè)計建模和測試評估——設(shè)計制作凈水器創(chuàng)客活動

任務(wù)一：小組為單位改進或設(shè)計一個簡易的節(jié)水、凈水裝置，繪制設(shè)計圖并制訂方案，進行交流討論后找出不足并進行修改完善，準(zhǔn)備材料。

任務(wù)二：制作凈水器。制作要求如下：①創(chuàng)新性：利用提供的材料按照繪制好的設(shè)計圖進行制作；②實用性：能夠過濾掉污水中的一部分雜質(zhì)；③藝術(shù)性：外觀美化改造；④經(jīng)濟性：成本控制在預(yù)估范圍內(nèi)。

任務(wù)三：指導(dǎo)學(xué)生將污水緩緩倒入凈水器中，觀察下端吸管的出水情況及燒杯中水的顏色、透明度、氣味，利用pH試紙測試過濾后水的酸堿度。學(xué)生以小組為單位展示成品及測試結(jié)果，分享實驗過程中遇到的問題及解決辦法。學(xué)生通過線上、線下投票方式評選出“最佳創(chuàng)客小組”。

設(shè)計意圖：強調(diào)技術(shù)與工程素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生從全局觀念的角度，識別工程領(lǐng)域的問題與制約因素，綜合運用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識，體驗以工程思想為指導(dǎo)解決實際問題的過程。

5.活動五：反思優(yōu)化與應(yīng)用遷移——積極行動，響應(yīng)政策

任務(wù)一：實地考察，參觀污水處理廠，專家及工作人員講解相關(guān)原理及設(shè)施設(shè)備應(yīng)用，參與簡單的污水處理工作，完成記錄。設(shè)計小型凈水廠。從凈水廠的選址、凈水工藝、凈水成本和環(huán)境保護等角度綜合考慮設(shè)計方案并進行匯報。

任務(wù)二：開展家庭節(jié)水用水情況調(diào)查問卷和訪談。問卷調(diào)查和訪談的對象是學(xué)校教師、同學(xué)、家長和社區(qū)工作人員等。學(xué)生與家長委員會協(xié)商合作，通過微信朋友圈、網(wǎng)絡(luò)擴大范圍。

任務(wù)三：收集問卷和訪談資料，統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)并撰寫調(diào)查報告。學(xué)生通過評價量表進行自評、互評，并依據(jù)調(diào)查結(jié)果制訂合理的節(jié)水方案，通過線上、線下投票評選出“最佳調(diào)查員”。

設(shè)計意圖：學(xué)生以自評、互評的方式進行評價，回歸主題“珍惜水資源”，鼓勵學(xué)生為保護水資源獻出自己的一份力量，培養(yǎng)學(xué)生社會、人文情懷。強調(diào)STEM項目中的技術(shù)與工程素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生綜合運用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識，體驗以工程思想為指導(dǎo)解決實際問題的過程。

結(jié)語

水是一種寶貴的自然資源，與我們的生活息息相關(guān)。中小學(xué)生作為未來世界的主人，應(yīng)關(guān)注“珍惜水資源”這類社會科學(xué)議題?！罢湎Y源之水‘凈’其‘用’”科技教育實踐活動通過創(chuàng)設(shè)真實情境來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)，融合跨學(xué)科概念幫助學(xué)生用辯證的觀點理解淡水危機、設(shè)計探究實驗培養(yǎng)探究能力；科學(xué)小記者實地考察河流污染和治理的案例讓學(xué)生以主人翁的態(tài)度踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，激發(fā)了學(xué)生保護水的強烈責(zé)任感，倡導(dǎo)綠色生活，滲透可持續(xù)發(fā)展意識；凈水器和水凈化工廠的設(shè)計幫助學(xué)生建構(gòu)珍惜水資源的思維模型，培養(yǎng)學(xué)生的建模能力和創(chuàng)造思維。科學(xué)核心素養(yǎng)培育和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中的公共規(guī)范、法律法規(guī)和倫理道德的養(yǎng)成不可能一蹴而就，這是一個循序漸進的過程，在此類教學(xué)活動中要教師遵循新課標(biāo)的“學(xué)習(xí)進階”理念，努力滲透和提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。