论文部分内容阅读
科学学科项目化学习“生态教室之新风系统效果探究及改进”是基于学生需求和学校特色提出的。
杭州市丁兰实验中学是浙江省第一座绿色建筑学校，校园内设置了生态循环系统，开设了屋顶农场、生态牧场、新风系统、恒温室、低碳馆等多个生态研究基地。教室外安装了2.0版校园绿色新风系统，为教室输送新鲜空气。秋冬季节是流感高发季节，学校开展了如何防流感的问卷调查。调查显示，学生希望探究新风系统净化教室空气的效果，并进一步探究如何改进新风系统使其净化空气的效果最好。于是，基于学生需求的生态教室改进项目便产生了。
一、项目的意义
一是基于教室生态问题的真实情境，激发学生的学习兴趣并解决问题。城市里的孩子，对生态行为的体验基本来源于旅游、学校组织的学农活动以及课本知识。在秋冬季节流感高发的背景下，生态教室改进项目是学生想要探究的真实问题，能大大激发学生的学习兴趣和求知欲望，并真实地解决如何改进新风系统使其净化空气效果最好这一问题。
二是借助项目化学习，突破常规课堂教学的时空限制。科学教材中的植物类实验往往所需的时间较久，而常规课堂时间有限，往往以视频的方式进行教学，导致学生印象不深。以项目化学习的方式开展研究，可以关注到学生各方面能力发展的需求，既能培养學生的自主探究能力、团队合作能力、问题解决能力等，又能帮助学生养成劳动意识和生态意识。
三是吸取经验优化资源，探索项目化学习的范式。如今，各学科都在大力推进项目化学习，但是项目化学习的资源缺乏整合，设计缺乏系统，实践缺少融合。生态教室改进项目，尝试吸取各方经验，并进行资源的整合和优化，有助于探索项目化学习的范式，构建探究类项目化学习的体系。
二、项目内容和目标
“生态教室之新风系统效果探究及改进”项目化学习的内容和目标如表1所示。
三、项目实施
（一）阶段一：聚焦问题
这一阶段的工作：（1）细心观察，发现问题——近期班级咳嗽现象严重，流感高发，应该如何预防？（2）集思广益，讨论方法——讨论预防流感的多种方式，如控制传染源、切断传播途径、增强自身免疫力等;（3）兴趣选择，确定项目——在学生感兴趣的项目中选择实践价值较高的项目（即“生态教室之新风系统效果探究及改进”）。
（二）阶段二：实地考察
这一阶段要完成以下任务：
【任务一】调查新风系统效果。
1.设计新风系统调研方案，包括：（1）明确调研问题——新风系统的使用感受如何？（2）通过讨论、查阅资料等方式了解多种调研方法;（3）设计访谈记录单和问卷调查表，确定调研方案。
2.调研新风系统使用效果，包括：（1）讨论调研方案中每个成员的具体分工;（2）通过访谈、问卷等形式对安装有新风系统的教室内的学生进行调研，了解他们对新风系统的使用感受;（3）与学校新风系统的负责老师交流，了解新风系统安装的初衷和预期效果;（3）汇总并整理学生的使用感受以及负责老师的介绍，并对两方面情况进行讨论和思考。
3.阶段小结：通过自评、互评、教师评填写阶段小评表。
【任务二】探究新风系统的效果。
1.设计探究方案：（1）明确探究目的——教室新风系统的实际效果;（2）分享已有知识，学习光合作用原理等新知识;（3）通过阅读书本、拓展资料、请教老师等方式学习学校新风系统的工作原理;（4）通过讨论设计方案，探究新风系统的产氧量情况，并通过不同位置的数据对比探究新风系统的实际效果。
2.进行组内分工：（1）确定探究实验的几个环节，组员根据自身特点结合个人意愿进行分工，工作项目包括传感器使用和放置、记录表设计、含氧量记录、计时等;（2）各组员针对自己的分工任务准备材料。
3.开展实验对比探究：（1）选择大小、位置接近的2间教室作为研究对象，1间教室无新风系统，1间教室安装有以绿萝为材料的新风系统，2间教室实验前均处于通风状态;（2）在每间教室外、新风系统管道口、教室中间这3个位置放置氧气含量传感器，并同时开启，每过1小时记录传感器测定的氧气含量数据;（3）对2间教室6小时的氧气含量数据进行汇总，并绘制氧气含量变化折线图。
4.阶段小结：（1）通过对有无新风系统的教室所测得的氧气含量进行对比，得出新风系统的实际效果;（2）通过自评、互评、教师评填写阶段小评表。
（三）阶段三：设计方案
这一阶段的工作如下：
1.了解新风系统的多个影响因素：（1）明确探究目的——教室新风系统的实际效果;（2）通过阅读教材、拓展资料和请教老师等方式学习学校新风系统的工作原理;（3）通过学习，了解植物光合作用的影响因素，如光照强度、温度、二氧化碳浓度、植物种类、植物培养液所含无机盐的种类和含量等。
2.每组选择一个影响因子进行实验设计：（1）进一步通过查阅资料、向老师请教等方式，获取通识性实验设计所需的基本理论知识，如各类无机盐对植物生命活动的影响、溶液配制的原理和基本操作等;（2）立足理论基础，选择其中一个影响因子，参照实验流程用控制变量进行实验设计;（3）分工讨论，更加深入地理解团队合作，让小组分工更加合理和高效。
（四）阶段四：实验探究
每组学生依据设计的探究方案进行实验论证。可行性较高的方案如下：
【探究一】不同植物产氧量效果对比探究。
1.完善探究方案：（1）通过对比吊兰组和绿萝组数据的不同得到初步猜测;（2）网络查阅常见绿色观赏植物的光合作用强弱排名;（3）通过控制变量法设计缩小版本的模拟实验。
2.进行组内分工：（1）通过网络、书籍、专家、摊主调查常见植物的制氧能力强弱;（2）去市场购买不同种类的绿色景观植物;（3）定制若干大小相同的透明玻璃箱。 3.实验对比探究：（1）选择大小、位置接近的3间教室作为研究对象，1间教室无新风系统，1间教室安装有以绿萝为材料的新风系统，1间教室安装有以吊兰为材料的新风系统，3间教室实验前均处于通风状态;（2）在每间教室外、新风系统管道口、教室中间这3个位置放置氧气含量传感器并同时开启，每过1小时记录传感器测定的氧气含量数据;（3）对3间教室6小时的氧气含量数据进行汇总，并绘制氧气含量变化折线图;（4）将购买的绿色景观植物分成生长状况相似的若干组;（5）将分装完成的植物分别放入定制的透明玻璃箱内;（6）测出实验前透明玻璃箱内的氧气含量;（7）将植物分别放置于相同温度的人工阳光房内;（8）每隔1小时记录玻璃箱内的氧气含量，共计24小时。
4.实验数据分析：（1）分别绘制不同植物氧气含量的折线图;（2）对比不同植物制氧能力的强弱;（3）通过比对制氧能力与售价，得出最具性价比的植物种类。
5.检验评价交流：（1）重复实验若干次，分别在不同温度下模拟一年四季的气温变化获取更多数据;（2）对以上植物进行长期养护，对比养护难度以及养护成本。
6.阶段小结：通过自评、互评、教师评填写本阶段小评表。
【探究二】不同配方营养液对植物产氧量效果影响对比探究。
1.深度學习所需知识：（1）学生通过书本或网络查阅相关无机盐的知识，并相互补充及汇总;（2）教师进行微专题讲座——无机盐的用途。
2.合作设计优化方案：（1）明确问题，确定学校新风系统中使用的营养液成分;（2）根据所学知识优化实验方案设计;（3）明确实验材料和所需仪器，并小组分工准备。
3.实验对比探究：（1）配制只含氮元素（尿素）、只含镁元素（氯化镁）、含氮和镁元素（硝酸镁）的营养液;（2）将上述三种营养液与清水、校新风系统的营养液进行对比实验，测定植物氧含量的变化并记录;（3）进行数据分析，并查询各种无机盐的价格，通过计算确定性价比高的营养液。
4.阶段小结：（1）通过自评、互评、教师评填写本阶段小评表。
（五）阶段五：方案优化
1.汇报自评，分享收获：（1）整理数据，提前讨论汇报内容，并制作PPT;（2）小组汇报，分享小组实验过程、结论和对新风系统的改进意见。
2.组间互评，汇总意见：（1）其他小组聆听汇报，寻找汇报内容的亮点，并提出改进建议;（2）小组汇总改进建议，将改进建议写在便利贴上交给汇报组。
3.吸取建议，优化方案：（1）了解有无其他组进行相似的探究，如有，借鉴其经验;（2）每个小组根据其他小组的建议改进本组方案，形成新的方案。
4.改进实验，获得结论：根据新的方案，重新进行探究实验，进一步得出结论。
5.阶段小结：通过自评、互评、教师评填写本阶段小评表。
（六）阶段六：方案展示
1.汇总经验，形成最终方案：（1）每个探究小组汇报最终的实验结论;（2）将各组的最终结论汇总成新风系统最终改进方案。
2.提交方案，专家点评，论证可行性：专家对最终方案进行点评，论证方案的可行性。
3.回顾历程，分享点滴收获：（1）回顾整个项目化学习的历程;（2）分享让自己印象最深的一件事;（3）分享遇到的困难以及解决的方法;（4）分享在这个项目中的收获。
杭州市丁兰实验中学是浙江省第一座绿色建筑学校，校园内设置了生态循环系统，开设了屋顶农场、生态牧场、新风系统、恒温室、低碳馆等多个生态研究基地。教室外安装了2.0版校园绿色新风系统，为教室输送新鲜空气。秋冬季节是流感高发季节，学校开展了如何防流感的问卷调查。调查显示，学生希望探究新风系统净化教室空气的效果，并进一步探究如何改进新风系统使其净化空气的效果最好。于是，基于学生需求的生态教室改进项目便产生了。
一、项目的意义
一是基于教室生态问题的真实情境，激发学生的学习兴趣并解决问题。城市里的孩子，对生态行为的体验基本来源于旅游、学校组织的学农活动以及课本知识。在秋冬季节流感高发的背景下，生态教室改进项目是学生想要探究的真实问题，能大大激发学生的学习兴趣和求知欲望，并真实地解决如何改进新风系统使其净化空气效果最好这一问题。
二是借助项目化学习，突破常规课堂教学的时空限制。科学教材中的植物类实验往往所需的时间较久，而常规课堂时间有限，往往以视频的方式进行教学，导致学生印象不深。以项目化学习的方式开展研究，可以关注到学生各方面能力发展的需求，既能培养學生的自主探究能力、团队合作能力、问题解决能力等，又能帮助学生养成劳动意识和生态意识。
三是吸取经验优化资源，探索项目化学习的范式。如今，各学科都在大力推进项目化学习，但是项目化学习的资源缺乏整合，设计缺乏系统，实践缺少融合。生态教室改进项目，尝试吸取各方经验，并进行资源的整合和优化，有助于探索项目化学习的范式，构建探究类项目化学习的体系。
二、项目内容和目标
“生态教室之新风系统效果探究及改进”项目化学习的内容和目标如表1所示。
三、项目实施
（一）阶段一：聚焦问题
这一阶段的工作：（1）细心观察，发现问题——近期班级咳嗽现象严重，流感高发，应该如何预防？（2）集思广益，讨论方法——讨论预防流感的多种方式，如控制传染源、切断传播途径、增强自身免疫力等;（3）兴趣选择，确定项目——在学生感兴趣的项目中选择实践价值较高的项目（即“生态教室之新风系统效果探究及改进”）。
（二）阶段二：实地考察
这一阶段要完成以下任务：
【任务一】调查新风系统效果。
1.设计新风系统调研方案，包括：（1）明确调研问题——新风系统的使用感受如何？（2）通过讨论、查阅资料等方式了解多种调研方法;（3）设计访谈记录单和问卷调查表，确定调研方案。
2.调研新风系统使用效果，包括：（1）讨论调研方案中每个成员的具体分工;（2）通过访谈、问卷等形式对安装有新风系统的教室内的学生进行调研，了解他们对新风系统的使用感受;（3）与学校新风系统的负责老师交流，了解新风系统安装的初衷和预期效果;（3）汇总并整理学生的使用感受以及负责老师的介绍，并对两方面情况进行讨论和思考。
3.阶段小结：通过自评、互评、教师评填写阶段小评表。
【任务二】探究新风系统的效果。
1.设计探究方案：（1）明确探究目的——教室新风系统的实际效果;（2）分享已有知识，学习光合作用原理等新知识;（3）通过阅读书本、拓展资料、请教老师等方式学习学校新风系统的工作原理;（4）通过讨论设计方案，探究新风系统的产氧量情况，并通过不同位置的数据对比探究新风系统的实际效果。
2.进行组内分工：（1）确定探究实验的几个环节，组员根据自身特点结合个人意愿进行分工，工作项目包括传感器使用和放置、记录表设计、含氧量记录、计时等;（2）各组员针对自己的分工任务准备材料。
3.开展实验对比探究：（1）选择大小、位置接近的2间教室作为研究对象，1间教室无新风系统，1间教室安装有以绿萝为材料的新风系统，2间教室实验前均处于通风状态;（2）在每间教室外、新风系统管道口、教室中间这3个位置放置氧气含量传感器，并同时开启，每过1小时记录传感器测定的氧气含量数据;（3）对2间教室6小时的氧气含量数据进行汇总，并绘制氧气含量变化折线图。
4.阶段小结：（1）通过对有无新风系统的教室所测得的氧气含量进行对比，得出新风系统的实际效果;（2）通过自评、互评、教师评填写阶段小评表。
（三）阶段三：设计方案
这一阶段的工作如下：
1.了解新风系统的多个影响因素：（1）明确探究目的——教室新风系统的实际效果;（2）通过阅读教材、拓展资料和请教老师等方式学习学校新风系统的工作原理;（3）通过学习，了解植物光合作用的影响因素，如光照强度、温度、二氧化碳浓度、植物种类、植物培养液所含无机盐的种类和含量等。
2.每组选择一个影响因子进行实验设计：（1）进一步通过查阅资料、向老师请教等方式，获取通识性实验设计所需的基本理论知识，如各类无机盐对植物生命活动的影响、溶液配制的原理和基本操作等;（2）立足理论基础，选择其中一个影响因子，参照实验流程用控制变量进行实验设计;（3）分工讨论，更加深入地理解团队合作，让小组分工更加合理和高效。
（四）阶段四：实验探究
每组学生依据设计的探究方案进行实验论证。可行性较高的方案如下：
【探究一】不同植物产氧量效果对比探究。
1.完善探究方案：（1）通过对比吊兰组和绿萝组数据的不同得到初步猜测;（2）网络查阅常见绿色观赏植物的光合作用强弱排名;（3）通过控制变量法设计缩小版本的模拟实验。
2.进行组内分工：（1）通过网络、书籍、专家、摊主调查常见植物的制氧能力强弱;（2）去市场购买不同种类的绿色景观植物;（3）定制若干大小相同的透明玻璃箱。 3.实验对比探究：（1）选择大小、位置接近的3间教室作为研究对象，1间教室无新风系统，1间教室安装有以绿萝为材料的新风系统，1间教室安装有以吊兰为材料的新风系统，3间教室实验前均处于通风状态;（2）在每间教室外、新风系统管道口、教室中间这3个位置放置氧气含量传感器并同时开启，每过1小时记录传感器测定的氧气含量数据;（3）对3间教室6小时的氧气含量数据进行汇总，并绘制氧气含量变化折线图;（4）将购买的绿色景观植物分成生长状况相似的若干组;（5）将分装完成的植物分别放入定制的透明玻璃箱内;（6）测出实验前透明玻璃箱内的氧气含量;（7）将植物分别放置于相同温度的人工阳光房内;（8）每隔1小时记录玻璃箱内的氧气含量，共计24小时。
4.实验数据分析：（1）分别绘制不同植物氧气含量的折线图;（2）对比不同植物制氧能力的强弱;（3）通过比对制氧能力与售价，得出最具性价比的植物种类。
5.检验评价交流：（1）重复实验若干次，分别在不同温度下模拟一年四季的气温变化获取更多数据;（2）对以上植物进行长期养护，对比养护难度以及养护成本。
6.阶段小结：通过自评、互评、教师评填写本阶段小评表。
【探究二】不同配方营养液对植物产氧量效果影响对比探究。
1.深度學习所需知识：（1）学生通过书本或网络查阅相关无机盐的知识，并相互补充及汇总;（2）教师进行微专题讲座——无机盐的用途。
2.合作设计优化方案：（1）明确问题，确定学校新风系统中使用的营养液成分;（2）根据所学知识优化实验方案设计;（3）明确实验材料和所需仪器，并小组分工准备。
3.实验对比探究：（1）配制只含氮元素（尿素）、只含镁元素（氯化镁）、含氮和镁元素（硝酸镁）的营养液;（2）将上述三种营养液与清水、校新风系统的营养液进行对比实验，测定植物氧含量的变化并记录;（3）进行数据分析，并查询各种无机盐的价格，通过计算确定性价比高的营养液。
4.阶段小结：（1）通过自评、互评、教师评填写本阶段小评表。
（五）阶段五：方案优化
1.汇报自评，分享收获：（1）整理数据，提前讨论汇报内容，并制作PPT;（2）小组汇报，分享小组实验过程、结论和对新风系统的改进意见。
2.组间互评，汇总意见：（1）其他小组聆听汇报，寻找汇报内容的亮点，并提出改进建议;（2）小组汇总改进建议，将改进建议写在便利贴上交给汇报组。
3.吸取建议，优化方案：（1）了解有无其他组进行相似的探究，如有，借鉴其经验;（2）每个小组根据其他小组的建议改进本组方案，形成新的方案。
4.改进实验，获得结论：根据新的方案，重新进行探究实验，进一步得出结论。
5.阶段小结：通过自评、互评、教师评填写本阶段小评表。
（六）阶段六：方案展示
1.汇总经验，形成最终方案：（1）每个探究小组汇报最终的实验结论;（2）将各组的最终结论汇总成新风系统最终改进方案。
2.提交方案，专家点评，论证可行性：专家对最终方案进行点评，论证方案的可行性。
3.回顾历程，分享点滴收获：（1）回顾整个项目化学习的历程;（2）分享让自己印象最深的一件事;（3）分享遇到的困难以及解决的方法;（4）分享在这个项目中的收获。