夏 丹 葉惠良

（浙江省寧波市第二中學(xué) 浙江寧波 315000）

1 背景分析

2016 年9 月我國教育部發(fā)布了 《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》，對“核心素養(yǎng)”進(jìn)行界定，即“學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中逐步形成起來的適應(yīng)個人終身發(fā)展與社會發(fā)展的人格品質(zhì)與關(guān)鍵能力”。 核心素養(yǎng)與學(xué)科素養(yǎng)之間是全局與局部、共性與特性、抽象與具象的關(guān)系［1］。 生物學(xué)核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等［2］。 “調(diào)查學(xué)校附近的一個淡水水域的水質(zhì)”是浙科版高中生物學(xué)必修3 的活動， 是培育學(xué)生核心素養(yǎng)的絕佳素材。 由于相關(guān)知識儲備缺乏、實驗開設(shè)條件有限及課時安排緊張等原因， 這部分內(nèi)容很少有學(xué)校開展， 即使開展也只是流于形式而未深入探究。筆者所在學(xué)校處于“月湖·天一閣”5A 級景區(qū)之中，學(xué)生對月湖水質(zhì)及相關(guān)治理有直接的感性認(rèn)識，也有研究的熱情。 因此，筆者以生物學(xué)核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，就“活動：調(diào)查學(xué)校附近的一個淡水水域的水質(zhì)”進(jìn)行了教學(xué)實踐和探索。

2 確定目標(biāo)

1）科學(xué)探究：通過自主、合作學(xué)習(xí)，在教師的指導(dǎo)下提出水質(zhì)調(diào)查的具體課題、制定實驗方案、完成實驗檢測并記錄處理數(shù)據(jù)。

2）科學(xué)思維：通過對比分析和邏輯推理，得出水體是否受到污染的結(jié)論， 并與他人交流實驗結(jié)果和結(jié)論。

3）生命觀念：運用穩(wěn)態(tài)與平衡觀，解釋實驗結(jié)果，提出改良水質(zhì)的建議。

4）社會責(zé)任：通過關(guān)注水體污染的狀況，參與水環(huán)境保護(hù)的社會活動， 形成人與自然和諧發(fā)展的基本觀念，養(yǎng)成保護(hù)水環(huán)境的行為習(xí)慣。

3 設(shè)計框架

教學(xué)活動從社會調(diào)查開始， 學(xué)生通過觀察、問卷調(diào)查、走訪有關(guān)部門了解學(xué)校周圍水質(zhì)及其治理的現(xiàn)狀，同時發(fā)現(xiàn)并提出問題，激發(fā)進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣和動力，學(xué)習(xí)相關(guān)知識，具備進(jìn)一步探究的基礎(chǔ)。之后，學(xué)生通過開展科學(xué)實驗，直接參與水質(zhì)調(diào)查，獲得證據(jù)、得出結(jié)論并作出決策，這不僅有利于養(yǎng)成科學(xué)探究這一生物學(xué)核心素養(yǎng)，而且會對生物學(xué)核心素養(yǎng)的其他方面產(chǎn)生積極的正面影響。從社會中來回到社會中去，教育的最終目標(biāo)是滿足人的發(fā)展和社會發(fā)展的需要， 通過社會調(diào)查和科學(xué)探究，學(xué)生提出水環(huán)境保護(hù)建議，并用實際行動參與水環(huán)境保護(hù)。 教學(xué)活動總體設(shè)計框架如圖1。

圖1 教學(xué)活動總體設(shè)計框架

4 突破難點

讓學(xué)生通過科學(xué)實驗直接參與水質(zhì)調(diào)查，是達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。 要進(jìn)行科學(xué)的水質(zhì)調(diào)查，實驗檢測的方法需采用國家標(biāo)準(zhǔn)，而師生缺乏相關(guān)的知識與經(jīng)驗。 如何組織學(xué)生開展水質(zhì)調(diào)查的科學(xué)實驗是本次教學(xué)活動的重點也是難點。

首先，筆者充分利用社會課程資源，向當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)檢測中心和大學(xué)院校進(jìn)行咨詢和觀摩學(xué)習(xí)。其次，結(jié)合教材資料、學(xué)生選擇和專業(yè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)性、重要性、可行性和學(xué)科性的角度選擇合適的檢測指標(biāo)，即總磷、氨氮和藻類密度。 再者，整個實驗檢測過程復(fù)雜且耗時久，讓全體學(xué)生全程參與并不現(xiàn)實， 可通過組建興趣小組課前完成實驗的預(yù)處理， 其他學(xué)生則只需在課堂上完成關(guān)鍵的檢測步驟， 這樣既讓全體學(xué)生參與了真實的實驗探究，又培養(yǎng)一批生物學(xué)研究的潛力生。最后，借助學(xué)?！爸菍W(xué)網(wǎng)”向?qū)W生的PAD 端推送相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容， 方便學(xué)生線上線下進(jìn)行自主與合作學(xué)習(xí)。 此外，為驗證實驗的可靠性，購買氨氮和總磷的標(biāo)準(zhǔn)樣作為盲樣讓學(xué)生檢測。

5 過程實施

5.1 課前準(zhǔn)備

5.1.1 動員與學(xué)習(xí) 結(jié)合暑期社會實踐活動，圍繞“五水共治”“剿滅劣Ⅴ類水”展開社會調(diào)查。 調(diào)查獲得信息包括：周邊水域水質(zhì)的歷史數(shù)據(jù)、周邊水域仍處于劣Ⅴ類水的現(xiàn)狀、月湖PPP 水質(zhì)治理具體措施及治理目標(biāo)、人們對水環(huán)境保護(hù)的意識較為薄弱等。 教師利用“智學(xué)網(wǎng)”上傳學(xué)習(xí)資料，學(xué)生利用“智學(xué)網(wǎng)”進(jìn)行線下、線上的自主和合作學(xué)習(xí)。

5.1.2 選題與計劃 學(xué)習(xí)小組提出感興趣的課題。結(jié)合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及水質(zhì)檢測歷史數(shù)據(jù)，教師設(shè)計問題串，從科學(xué)性、可操作性、重要性、學(xué)科特性的角度引導(dǎo)學(xué)生對選題進(jìn)行論證， 并選擇合適的檢測指標(biāo)和采樣點。 各小組討論并制定水質(zhì)調(diào)查的實驗計劃，包括實驗?zāi)康?、實驗材料和用具、小組分工、實驗步驟、實驗預(yù)期、實驗結(jié)果記錄表、實驗結(jié)論、收獲與建議。

5.1.3 采樣與預(yù)期 根據(jù)實驗計劃采集水樣，觀察采樣點周圍環(huán)境、 水樣色澤， 用溫度計檢測水溫，用黑白盤檢測透明度，并記錄實驗數(shù)據(jù)。 根據(jù)現(xiàn)有的證據(jù)對水體的污染情況作出預(yù)期。

5.2 課中探究

5.2.1 課題交流 各學(xué)習(xí)小組結(jié)合圖片視頻資料，交流課題名稱、采樣點的選擇和水質(zhì)預(yù)期。 共設(shè)置采樣點3 個，分別是樣1 共青橋、樣2 竹洲橋和樣3 尚書橋，具體地理位置見圖2。

圖2 采樣點地理位置圖

共青橋和尚書橋分別位于護(hù)城河和南、 北月湖的中段，河面開闊，周圍沒有排污口等重大因素的干擾，對整個水域的水質(zhì)具有較好的代表性。竹洲橋是月湖上通往本校竹洲校區(qū)的必經(jīng)之路，學(xué)生觀察到竹洲橋的附近有3 個排污口，因此，提出要探究排污口對月湖水質(zhì)的污染情況。 3 個采樣點的選擇具有科學(xué)性和代表性， 這是水質(zhì)調(diào)查具有科學(xué)性的前提之一。

5.2.2 科學(xué)實驗 從各組中挑選1~2 名學(xué)生組建興趣小組，課前制作氨氮和總磷的標(biāo)準(zhǔn)曲線，課上向全班展示實驗過程和實驗結(jié)果，并解答疑問。 臨上課前，教師完成氨氮檢測的絮凝沉淀和總磷檢測的消解，學(xué)生在課堂中只需完成顯色、光電比色即可。 為了提高實驗數(shù)據(jù)的可靠性，購買已知濃度的氨氮與總磷標(biāo)樣， 作為盲樣讓學(xué)生同時進(jìn)行檢測。關(guān)于藻類密度的檢測，課前由興趣小組完成水樣的固定和濃縮處理， 課上學(xué)生采用0.1 mL 的藻類計數(shù)框，用等距取樣法進(jìn)行藻類數(shù)量計數(shù)。教師巡視，對學(xué)生實驗操作中的問題予以及時解答或糾正。課堂上各組按原定計劃開展實驗探究， 分工合作，對水樣進(jìn)行相關(guān)項目的檢測，并記錄數(shù)據(jù)。

5.2.3 結(jié)論建議 首先，各組分析實驗結(jié)果得出水質(zhì)評價。 其次，與往年數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，分析水質(zhì)的變化情況， 運用已有的生態(tài)學(xué)相關(guān)知識和觀念嘗試解釋并提出合理建議。再次，匯總各小組的實驗結(jié)果如表1 和表2 所示， 對3 個采樣點的水質(zhì)進(jìn)行了橫向?qū)Ρ龋?運用已有的生態(tài)學(xué)相關(guān)知識和觀念嘗試解釋提出合理建議。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生從各項指標(biāo)的相關(guān)性的角度在理論上論證數(shù)據(jù)的可靠性，再通過對比盲樣的測量值與真實值，從實驗角度直接證明數(shù)據(jù)的可靠性。

表1 實驗結(jié)果及水質(zhì)評價匯總

表2 藻密度檢測結(jié)果及水質(zhì)評價

5.2.4 交流匯報 各組進(jìn)行展示匯報，交流實驗結(jié)果、實驗結(jié)論、相關(guān)的解釋及實驗過程中的收獲與體會，并對其他組提出質(zhì)疑和答疑。

舉例竹洲橋小組的交流匯報環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容：1）各項指標(biāo)數(shù)據(jù)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對比，說明竹洲橋的水質(zhì)總體評價為Ⅴ類水。 2）將氮氮與總磷的數(shù)據(jù)與往年的數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，說明PPP 工程使月湖的水質(zhì)得到了改善。 3）與尚書橋數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋?說明竹洲橋附近的排污口對水質(zhì)造成了污染。 4）提出建議，竹洲橋排污口的污水直接來源本校，正常應(yīng)該是雨水排出口，很可能年久失修， 學(xué)校食堂和化糞池的污水混入而造成對水質(zhì)的污染，建議學(xué)校的總務(wù)處重新鋪設(shè)管道，截污納流，減少對月湖水質(zhì)的污染。

聽完這組的匯報后，其他組提出了質(zhì)疑：竹洲橋處水深較淺、水面窄、流動性差，靠近岸邊，而尚書橋的水深較深，水體流動性好，水面開闊，這些因素也可能導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)的差異， 因此不能判斷排污口是否對水質(zhì)造成污染。通過討論，提出解決方案： 在月湖遠(yuǎn)離排污口但其他條件與竹洲橋類似的地點進(jìn)行采水，多設(shè)幾個采樣點，進(jìn)一步檢測，再通過對比分析得出結(jié)論。

5.3 課后延伸 今后，你想為水環(huán)境保護(hù)做些什么？ 學(xué)生提出并實踐了自己的想法，例如：1）開展“微觀月湖”——藻類攝影展， 利用數(shù)碼顯微互動實驗室進(jìn)行顯微攝影， 并在學(xué)校的文化走廊上舉辦一場別開生面的攝影展， 讓更多的師生關(guān)注月湖水環(huán)境。 2）依托開放實驗室和“晨曦學(xué)社”在校招募志愿者，成立“月湖湖長志愿者隊”，隨時關(guān)注月湖水質(zhì)變化，定期檢測月湖水質(zhì)，并及時向相關(guān)部門反應(yīng)， 通過學(xué)校大屏幕向全校師生公布月湖水質(zhì)檢測結(jié)果，讓更多的師生關(guān)注月湖水環(huán)境。

6 教學(xué)反思

在本次活動中，學(xué)生完成了提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、記錄結(jié)果、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論、交流討論等科學(xué)探究的過程， 獲得了水質(zhì)檢測的相關(guān)知識和技能， 科學(xué)探究能力和理性思維也得到了發(fā)展。 由于是親身體驗，親自獲得數(shù)據(jù)，學(xué)生對周邊水環(huán)境現(xiàn)狀有了更深刻的了解， 這更能激發(fā)其對水環(huán)境保護(hù)的熱情與水質(zhì)調(diào)查的興趣。課后，興趣小組的學(xué)生還撰寫了月湖水質(zhì)調(diào)查報告，并獲得了市青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎。 水質(zhì)調(diào)查活動內(nèi)容豐富， 可借助校本選修課程及研究性學(xué)習(xí)，進(jìn)一步地開展相關(guān)活動，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的提升。