張銀霞 郭曉麗 魏銳 劉秀英

水對人類生存的重要性不言而喻。1977 年，聯(lián)合國曾向全世界發(fā)出警告，水資源危機不久將成為繼石油危機之后的下一個危機[1]。我國淡水資源人均占有率低，僅為世界人均淡水占有率的1/4，存在人均水資源匱乏、供需矛盾加劇、水資源利用率低、污染及浪費嚴重等問題[2]。2019 年4 月15 日，國家發(fā)展改革委、水利部發(fā)布了《國家節(jié)水行動方案》，將“提升節(jié)水意識”作為國家節(jié)水行動的保障措施之一。然而，在現(xiàn)實生活中，我們依然發(fā)現(xiàn)學生的節(jié)水意識薄弱，不能自覺主動地發(fā)現(xiàn)生活中浪費水的現(xiàn)象。

本案例正是基于“如何更好地節(jié)約用水”這一社會問題，通過解讀家庭水費單的小入口，幫助學生了解國家層面的節(jié)水要求，調(diào)查發(fā)現(xiàn)家庭用水情況，以數(shù)據(jù)的視角層層深入分析，力求通過有形的數(shù)字在用水量方面給學生帶來更為直觀的感受刺激，激發(fā)其節(jié)約用水的責任感，形成家庭節(jié)水方案，以個人帶動家庭，以家庭帶動社會，形成全民節(jié)水意識。本案例屬于“開展調(diào)查，制訂方案”類的科技創(chuàng)新項目式學習活動，其開發(fā)與實施以期為該類型的項目式學習活動設計提供借鑒。

項目簡介

本項目的核心驅(qū)動問題為“解讀家庭水費單，了解自家用水情況，制訂合理的家庭節(jié)約用水規(guī)劃方案”。為了達成這一目標，在項目學習活動中，需要學生從自來水繳費單入手調(diào)查自家用水情況，以班級為單位，通過對自來水繳費單（如圖1）數(shù)據(jù)進行家庭間各項使用情況的縱向、橫向?qū)Ρ龋源税l(fā)現(xiàn)自家用水的不合理之處，有理有據(jù)合理規(guī)劃家庭用水，制訂家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案，通過方案實施前后家庭用水數(shù)據(jù)的變化檢驗方案的有效性，最終形成具有推廣價值的家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案。

除了凸顯“合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水”的主題外，此驅(qū)動問題的選擇主要考慮以下方面。驅(qū)動問題的選擇及項目成果的設計都緊密聯(lián)系學生的生活實際 以解讀家庭自來水繳費單為切入點，以生活用水的數(shù)據(jù)感受家庭自來水的使用情況；通過對自家自來水使用的溯源與情況調(diào)查，讓學生參與到家庭生活中，體會家庭責任感；以家庭節(jié)水方案的制訂作為項目成果，梳理家庭生活用水情況，形成每個家庭的特色用水方案。

將“調(diào)查與探究”技能納入目標體系 讓學生經(jīng)歷調(diào)查內(nèi)容的確定、調(diào)查數(shù)據(jù)的收集、調(diào)查數(shù)據(jù)的處理與分析，以及調(diào)查結(jié)論的獲得等調(diào)查過程；在解讀家庭自來水繳費單的過程中，讓學生調(diào)查與探究自來水繳費單上的階梯水價的背景及其社會意義；匯聚班級學生各自家庭自來水費單上的各項數(shù)據(jù)，通過縱向、橫向?qū)Ρ?，讓學生調(diào)查與探究自家使用自來水是否存在浪費、如何節(jié)約；在制訂合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水方案時，讓學生探究合理與節(jié)約的關(guān)系，探究家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃的原則，以便制訂出適合自家的節(jié)約用水合理規(guī)劃方案。

以數(shù)據(jù)視角研究社會問題 通過匯總收集到的班級學生各自家庭自來水繳費單上的各項數(shù)據(jù)，引導學生通過數(shù)學計算的方法獲得班級人均每月自來水使用量，再結(jié)合查閱資料獲取到的城市人均用水量、城市居住人數(shù)等數(shù)據(jù)進行數(shù)學估算，使學生通過數(shù)字對比感受家庭節(jié)約用水對淡水資源消耗的影響，從而激發(fā)其節(jié)約和保護水資源的責任意識；合理規(guī)劃方案實施前后的對比，也是通過數(shù)學計算的方式以數(shù)字作為有效結(jié)果的例證。

項目規(guī)劃

對于以數(shù)據(jù)視角研究社會問題的PBL 項目，問題解決邏輯可以分為3 條主線，一條是“調(diào)查與探究”的主線，一條是“基于數(shù)據(jù)視角分析社會問題”的主線，這2 條是“調(diào)查與分析”的邏輯，而方案的設計與呈現(xiàn)則是“達成目標”的主線。

在調(diào)查與探究主線中，學生需要對問題及問題本身隱含的社會價值進行調(diào)查和探究。在本項目中，學生需要調(diào)研家庭自來水繳費單上的階梯水價，調(diào)查全球及我國的淡水資源情況，調(diào)查各省市行政區(qū)供水量、用水量、淡水資源總量，調(diào)查全球、全國及各省級行政區(qū)人口總數(shù)，周末自家用水總量和各項詳細用水量等。在調(diào)研過程中，學生需要關(guān)注調(diào)查目的、調(diào)查內(nèi)容、調(diào)查方式和調(diào)查結(jié)果等要素。

基于數(shù)據(jù)視角分析社會問題主線中，學生需要將調(diào)研的資料匯總外化成數(shù)據(jù)，并運用數(shù)學思維搭建數(shù)學模型，通過尋找合適的數(shù)據(jù)方法對要探究的社會問題進行數(shù)據(jù)化分析，以達到通過有形的數(shù)字使學生感受抽象社會問題的目標。學生在本項目中通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計與比較、數(shù)學計算、數(shù)學估算等方法獲取數(shù)據(jù)，說明家庭用水對淡水資源消耗的影響。在這個過程中，還可以設計借助現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段和技術(shù)工具輔助數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)學建模和數(shù)據(jù)運算。在達成目標主線中，需要引導學生關(guān)注方案的有效性、實施的可行性、方案結(jié)果的呈現(xiàn)形式等問題。

以上3 條主線的組成及相互關(guān)系如圖2 所示。

基于上述3 條問題解決的邏輯主線與PBL項目式學習活動設計的核心思想，圍繞“合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水”這一核心驅(qū)動問題，繼續(xù)將任務拆解為子任務與子活動，并將子任務與項目成果之間建立聯(lián)系，如圖3 所示。

在項目導引中需要通過認識家庭自來水繳費單引導學生明確項目任務、規(guī)劃活動進程；在任務1 中需要引導學生解讀階梯水價，發(fā)現(xiàn)節(jié)約用水的意義，包括具體應該調(diào)研哪些內(nèi)容，如何基于調(diào)研數(shù)據(jù)估算家庭用水對淡水資源消耗的影響。

在任務2 中需要引導學生解讀家庭用水量、發(fā)現(xiàn)自家用水不合理之處，包括研討調(diào)查哪些內(nèi)容，如何記錄自家家庭用水數(shù)據(jù)，如何收集匯聚數(shù)據(jù)，如何以班級為單位進行縱向、橫向數(shù)據(jù)的比對分析以發(fā)現(xiàn)自家用水的不當之處。

任務2 中需要借助“調(diào)查與探究”“基于數(shù)據(jù)視角分析探究社會問題”的邏輯主線完成。

在任務3 中則由基于現(xiàn)狀的調(diào)查轉(zhuǎn)向“達成目標”類任務，從家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃的原則，如何衡量方案的有效性等核心角度出發(fā)，思考合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水所要達到的目標，進而在任務3 中引導學生分階段完成方案的制訂、方案的優(yōu)化、方案的實施等。

在成果展示環(huán)節(jié)，需要引導學生驗證方案的有效性，并最終形成有推廣價值的家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案，進行成果展示。不僅如此，在成果展示中，外顯學生“調(diào)查與探究”“基于數(shù)據(jù)分析社會問題”的理解過程。

各子項目及其任務的組成結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

活動設計

項目導引：開啟合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水行動

項目導引被分成3 個活動。

在活動1 中，引導學生認識和讀取自家的自來水繳費單，并自己動手制作一個家庭月用水信息統(tǒng)計的電子表格，作為該活動的產(chǎn)品輸出。通過對這些數(shù)據(jù)的匯總，有意識地引導學生了解自家每個月的淡水消耗情況，結(jié)合自來水繳費單上的信息，引導學生提出感興趣的問題，例如階梯水價是什么？為什么實施階梯水價？水資源費改稅是什么？為什么要繳納這項稅費？水費單上顯示家庭用水量，這些水都用在了哪里？通過對問題進行梳理形成解讀水費單的子任務，引導學生關(guān)注自來水繳費單上不同的數(shù)據(jù)分類，輔以交流討論和自主思考，啟發(fā)學生思考使用不同數(shù)據(jù)類型的原因，從而引出本項目的活動主題。

在活動2 中，利用“方法導引”欄目幫助學生明確本次合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水的任務和意義，并對問題進行拆解，動手制作問題框架結(jié)構(gòu)圖作為本活動的產(chǎn)品輸出。

在活動3 中，通過“活動探究”欄目幫助學生對活動環(huán)節(jié)進行細化，并對解決問題的關(guān)鍵步驟進行梳理歸納，動手制作關(guān)鍵步驟實施圖作為本活動的產(chǎn)品輸出。

任務1：解讀階梯水價，發(fā)現(xiàn)節(jié)約用水

本任務主要分為3 個活動，其活動設計的組織結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

在活動1 中，通過引導學生進行信息檢索，了解階梯水價及其背后的意義。在學生進行資料查閱的過程中，通過“方法導引”欄目給出閱讀提示，學生可以在問題引領下將閱讀材料作為問題素材進行學習和分析。最后，學生會完成一個階梯水價資料閱讀記錄表，記錄閱讀的內(nèi)容、對內(nèi)容的思考及感悟，作為本次活動的產(chǎn)品輸出。

在活動2 中，通過“自主思考”欄目引導學生思考如何有序地開展這項活動，關(guān)注哪些信息，以及選用何種信息技術(shù)處理工具能夠更加簡便地匯總?cè)嗉彝ビ盟y(tǒng)計。本次活動的產(chǎn)品輸出是一個全班可以在線共享編輯的電子統(tǒng)計表，得出的全班人均用水量作為任務2 和任務3 對比參考的依據(jù)。

在活動3 中，通過“方法導引”欄目引導學生通過網(wǎng)絡查閱最具權(quán)威的資料，獲取最新公布的全國、全球的淡水資源情況和人口數(shù)，各省城鎮(zhèn)居民供水、用水情況等信息，引導學生完成家庭用水對淡水資源消耗影響的估算，并動手制作估算過程表，作為此次活動的輸出產(chǎn)品，完成的過程就是學生通過數(shù)字感受家庭用水及合理規(guī)劃家庭用水對淡水資源使用影響的過程。該活動是通過有形的數(shù)字讓學生感受淡水資源的珍貴，感受家庭節(jié)約用水的重要性，建立“節(jié)約用水，從我做起”責任感的一個很重要的環(huán)節(jié)。

在活動2 和活動3 中體現(xiàn)了以數(shù)據(jù)視角研究社會問題的設計思路。

任務2：解讀家庭用水量，發(fā)現(xiàn)用水不合理之處

本任務主要分為3 個活動，其活動設計的組織結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

活動1 和活動2 圍繞家庭用水的詳細調(diào)查?；顒? 利用“交流研討”引導學生認識和學會讀取水表，并且選擇周末兩日學生全天在家的時間段為觀察周期，讓學生記錄、統(tǒng)計家庭周末單日用水總量，并動手制作電子統(tǒng)計表作為該活動的產(chǎn)品輸出。

活動2 中，通過“方法導引”欄目引導學生思考如何確定家庭周末單日用水情況的詳細統(tǒng)計項、如何計量那些無法通過刻度計量的統(tǒng)計項等問題；引導學生設計統(tǒng)計表，并動手制作電子統(tǒng)計表和統(tǒng)計圖作為該活動的產(chǎn)品輸出。

在活動3 中，通過“活動探究”方式，引導學生將自家的人均用水量和班級家庭的人均用水量及所在省份的人均用水量進行對比，以發(fā)現(xiàn)自家的人均用水量處在什么樣的消耗等級上。引導學生在班級的不同家庭間對比相同項的用水量、不同項的用水及其存在的合理性，以啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)自家用水的不當之處，分析整理并動手制作自家用水情況分析表作為活動的產(chǎn)品輸出。

任務3：合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水方案

本任務主要分為3 個活動，其活動設計的組織結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

在活動1 中，通過“活動探究”欄目引導學生討論合理與節(jié)約之間的關(guān)系，如何在它們之間尋求平衡，找出家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃的原則。與家人共同觀察并記錄自家當前的各項用水量，分析自家節(jié)約和浪費用水的原因，規(guī)劃自家預期的合理用水量，并由學生動手制作記錄表，作為本次活動的產(chǎn)品輸出，為自家合理規(guī)劃家庭用水找方向。

在活動2 中，通過“活動探究”欄目引導學生了解制訂規(guī)劃方案時的注意事項，并指導學生動手制作家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案設計表，作為此次活動的產(chǎn)品輸出。

在活動3 中，通過“活動探究”欄目引導學生采訪家人、朋友、教師，對方案可行性進行優(yōu)化，并指導學生動手制作家庭用水合理規(guī)劃方案優(yōu)化意見征集表，作為此次活動的產(chǎn)品輸出。

項目總結(jié)：家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案交流展示

項目總結(jié)主要分為3 個活動。在活動1 中，引導學生記錄周末2 天家庭用水量在實施方案前后的對比，分析反思實施方案前后的節(jié)水有效性。在活動2 中，引導學生先計算全班節(jié)約方案實施后人均節(jié)約用水量，再以當前省份的人口為標準，估算出節(jié)約方案實施后對節(jié)約淡水資源的影響值，通過這個計算過程獲得的數(shù)字感受家庭用水合理規(guī)劃后對淡水資源的影響力。在活動3 中，幫助學生了解撰寫家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案報告和制作海報的注意事項。

項目特色

選題貼近生活，研究內(nèi)容有形具體 通過最常見的家庭自來水繳費單，使學生能夠具體了解到各家每個月的用水情況，以小見大，從個人的節(jié)水意識帶動家庭，從每個家庭帶動社會，激發(fā)全民節(jié)水意識。

基于PBL 思想設計多種類型的學生活動

有動手操作、實驗觀察，也有信息化技能的訓練；既有宏觀層面的關(guān)注，也有具體實施的環(huán)節(jié)；在整個過程中還有不同程度的思維訓練，指導學生學會思考，例如通過階梯水價引導學生認識社會層面節(jié)約用水的意識和措施，引導學生對家庭用水產(chǎn)生自我認知，通過觀察實驗、尋找家庭用水的不合理地方，在不影響日?；旧畹那疤嵯潞侠硪?guī)劃家庭節(jié)約用水，并形成具有可推廣價值的報告。

以數(shù)據(jù)視角研究社會問題 通過統(tǒng)計、計算、估算等數(shù)學方法獲取數(shù)據(jù)，用外顯的統(tǒng)計表體現(xiàn)學生數(shù)據(jù)分析能力的不斷發(fā)展變化?；跀?shù)字化的分析與對比，通過數(shù)字的直觀性使學生形象具體地感受到我國和全球淡水資源的緊缺狀況，以及家庭合理規(guī)劃用水對淡水資源消耗的影響。

使用建議

本項目適用于小學高年級和初中學生，在實施時，教師可以適時在相關(guān)課程規(guī)劃中添加此項目活動，引發(fā)學生對水資源的感受與認識。在學生實施項目時，教師要充分外顯調(diào)查的方法與技能，培養(yǎng)學生基于調(diào)查數(shù)據(jù)進行分析的能力，累積科學探究的基礎經(jīng)驗，培養(yǎng)學生的信息化素養(yǎng)和信息技術(shù)工具的使用能力。

項目成果中可以利用多樣化的方式呈現(xiàn)家庭節(jié)約用水方案，如flash 動畫、海報或者其他信息化產(chǎn)品。而且在表達時不應只關(guān)注方案本身是什么，還要關(guān)注用水方案的形成與論證過程，在個人論證、生生論證的基礎上，形成節(jié)約用水的一般策略，也啟發(fā)學生對工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等相關(guān)用水的研究興趣。

參考文獻

[1] 韓亮．高校語文教學中保護水資源學習培養(yǎng)研究——評《漢志水道疏證》[J]．灌溉排水學報，2021，40（09）：153．

[2] 劉玉明．我國水資源現(xiàn)狀及高效節(jié)水型農(nóng)業(yè)發(fā)展對策[J]．水利水電，2020（16）：80-83．

（本案例為北京師范大學科學教育研究院、中國科協(xié)青少年科技中心聯(lián)合開展的“科創(chuàng)項目式學習示范課程開發(fā)”課題研究成果，課題主持人為魏銳、鄭永和；同時為中國教育科學研究院中國STEM 教育2029 行動計劃課題“基于小學科學單元整合的STEM 課程建設研究”（2020STEM191）研究成果，課題負責人為郭曉麗，郭曉麗系本文通訊作者；感謝郭曉麗、魏銳、趙瑛、魏威、唐紫薇、施冰、陳征、曾箏等老師為本案例開發(fā)提供的指導和幫助）