基于核心素养的小学科技教育实践活动设计——珍惜水资源之水“净”其“用”

韩葵葵，吴俐璇，朱祉沛，刘 辉

（重庆师范大学 初等教育学院，重庆 400700）

一、问题提出

学生核心素养是学生应该具备的适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力的核心素养。《义务教育科学课程标准（2022年版）》确定了科学课程从科学观念、科学思维能力、科学探究和实践能力、科学态度与社会责任四个方面提出课程要求。思维型教学理论（Thinking-based teaching theory）聚焦科学教学中的思维活动，旨在提高学生的科学核心素养［1］。思维型教学的科技教育实践活动模式如下：“创设情境、提出问题”强调基于真实情境让学生提出具有探索性的科学问题［2］。“做出假设、自主探究”强调学生小组合作探究科学问题。“收集证据和信息处理”即将探究过程中的数据和资料进行处理分析，得出结论。“设计建模、测试评估”强调学生通过创客活动进行技术创新和工程设计。“反思优化”即引导学生对设计方案和制作过程进行交流和评估、测试和优化产品，培养学生的科学思维能力。“应用迁移”即学生深刻理解和灵活运用科学与技术的概念和原理，培养学生解决真实情境问题的能力。本研究将以发展学生科学核心素养为目标，将思维型教学理论融入科技教育活动，以“珍惜水资源之水‘净’其‘用’”为例设计科技教育实践活动方案。

二、基于核心素养的小学科技教育实践活动设计

（一）活动背景

水是一切生命赖以生存的重要自然资源和环境要素。重庆地处长江上游和三峡库区腹心地带，是长江上游生态屏障的最后一道关口。习近平总书记视察重庆时指出，“保护好长江母亲河和三峡库区，事关重庆长远发展，事关国家发展全局”。为深入贯彻落实习近平总书记重要讲话精神，重庆市高度重视水污染防治工作，紧盯城镇生活污水治理领域，加快建设山清水秀美丽之地，根据《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》、“十四五”生态环境保护规划、《“十四五”重点流域水环境综合治理规划》等文件，制定了《重庆市水生态环境保护“十四五”规划（2021—2025 年）》。2022 年夏季，川渝地区出现高温少雨的干旱天气，嘉陵江诸多河段出现河水干涸、河床裸露、水污染等现象，水资源问题愈发严峻。我院位于重庆北碚区，属于嘉陵江水系下游河口丘陵区，位于重庆市区的西北部，具有对水资源相关问题进行考察探究等多项活动开展的地理优势。

（二）活动需求分析

1.学生角度：学生科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等核心素养发展的需要；学生进一步学习水资源科学概念，感受科技发展，提高问题解决能力的需要。

2.课程开发角度：实现跨学科融合、拓宽和更新教学课程内容、开发课程资源的需要；地方、学校结合地方特色与学生生活，挖掘课程资源。

3.学校角度：推动学校科技教育活动向前发展；实现结合嘉陵江流域地方、学校特色进行校本课程开发与学科建设；通过开展水资源科技活动构建和谐美丽、文明健康校园。

4.政府及社会角度：政府部门颁布的有关水资源保护相关法律条例在中小学得到宣传、推行与实施；社会服务、社会文化的创新发展、多方协同发展的需要。

（三）活动设计思路

《义务教育科学课程标准（2022年版）》强调“科学课程要培养学生的核心素养，树立基本的科学态度，具有正确的价值观和社会责任感，能对与科学技术相关的社会热点问题作出正确的价值判断，遵守科学与技术应用的公共规范、法律法规和伦理道德”。围绕“珍惜水资源之水‘净’其‘用’”主题，结合嘉陵江流域特色、校本特色、时事热点，将科学教育与综合实践紧密融合，以思维型教学理论为指导开展科技教育活动，从人与自然、人与社会、人与自我及探究学习等维度渗透科学核心素养，引导学生利用科学技术知识珍惜爱护水资源，培养学生的科学精神与实践能力［3］。设计思路见图1。

图1 活动方案设计思路

（四）活动目标

1.科学观念目标：了解水资源现状和存在的污染问题；了解我国水资源保护的相关法律法规；了解净水器的构造及原理；了解小型净水厂的运作模式及原理。

2.科学思维目标：通过数据分析总结我国水资源现状；通过查阅资料自主学习，了解水资源问题的种类及法律文案和决措施；以开展家庭用水调查论证水资源问题存在的普遍性；运用建模、类比等思想方法设计制作净水器、设计小型净水厂。

3.探究实践目标：通过观察、实验、资料收集等方式收集信息；运用图表整理信息并分析结果；利用控制变量法对不同水质下绿豆的发芽情况探究实验；通过观察净水器装置的组装、使用过程，设计并制作简易净水器；通过查阅资料，设计并绘制小型净水厂的设计图。

4.态度责任目标：强化珍惜与利用水资源的意识，能够运用科学的方法保护水资源；知道保护水资源是每个公民应尽的责任与义务。

（五）活动过程实施

1.活动一：创设情境与提出问题——走进《水脉》，了解我国水资源现状

任务一：观看纪录片《水脉》第一集《奔流不息》片段，了解南水北调工程和习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”理论。纪录片涉及与水资源相关的化学、地理、技术、社会和环境领域的科学知识，激起学生对旧知识的回忆。教师提出与水资源相关的问题：我国水资源的时间和空间分布特点？江河、湖泊、地下水能直接饮用吗？水污染有哪些危害？现今工业有哪些污水处理方法？基于什么原理？

任务二：学生通过主题班会、社区志愿者实践活动、宣传单等多种方式开展宣传活动。2022年3月22日是第三十届“世界水日”，学生通过宣传“世界水日”的重要意义和重庆的河流分布，认识到“珍惜水资源、爱护水资源”的必要性和迫切性。教师根据同学的发言引导学生归纳出当下全球—中国—嘉陵江流域水资源现状，表扬在活动中表现优异的学生，激励其他学生继续加油。

任务三：邀请专家进校、进班开展水资源专题讲座，利用网络、教科书、图书馆等搜集相关资料，并绘制成“资料库”或“思维导图”等多种形式呈现。

设计意图：环环相扣的问题引导学生学习聚焦科学概念，同时提升学生爱护水资源的社会责任感，引导学生通过查阅资料等方式收集、分析、整理数据，学会从多渠道获取信息，并且有逻辑地利用思维导图、资料库等形式使信息可视化。

2.活动二：做出假设与自主探究——角色扮演情境，探究生活中水污染问题

任务一：学生作为“科学小记者”调查了解重庆市出台工业废水循环利用方案，了解重庆市水污染问题和采取的措施，以及北碚区相关部门出台制定的《北碚区巩固次级河流污染整治成果长效机制》《北碚区饮用水源保护长效管理工作机制》等文件，结合自身生活经历，分享生活中出现的水资源问题及产生原因。

任务二：学生收集和分析重庆市水污染案例，举例说明生活中水质污染、水资源浪费等方面存在的问题，并能从工业废水不规范排放、乱丢垃圾、浪费水等方面分析原因。

任务三：学生思考不同水质对动植物生长生活的影响，聚焦于不同水质对种子发芽的影响，以小组为单位制订不同水质对种子发芽的影响实验方案。

任务四：学生交流讨论，对设定的方案、选择的材料进行评价。学生依照制订的方案进行小组分工，领取材料并开始探究，观察并记录实验现象，进行数据分析处理。

设计意图：学生体验探究，化抽象为具体，树立节水和爱水意识，构建绿色化学理念，深刻体会“水是生命之源”，既培养学生的科学精神，还提升了学生的推理和论证能力。

3.活动三：收集证据和信息处理——贯通古今，探寻我国净水器的前世今生

任务一：了解古人净水器的鼻祖——“漉水囊”和现代净水器。学生担任科普讲解员，开展以“贯通古今、探寻节水、净水巧思”为主题的科技沙龙活动，并邀请学校领导、家长、科技馆相关工作人员共同参加活动。

任务二：利用视频展示净水器的结构，学生了解净水器的科学原理并描述净水器净水的过程。学生通过思考以下问题得出简易净水器的优缺点：待过滤的污水里面都含有什么？如何评判这个简易净水器的效果好坏？可以如何进行优化？

任务三：学生从净水材料的选择、用量、装置自净、杀菌消毒技术、自动化等多方面展开头脑风暴。

设计意图：通过对净水器、净水方法的相关科学史的追寻，提高学生的学习兴趣，发展学生的科学文化素养，让学生了解到当代科学技术的进步，强化学生对净水器相关构造及原理、功能的深度理解。

4.活动四：设计建模和测试评估——设计制作净水器创客活动

任务一：小组为单位改进或设计一个简易的节水、净水装置，绘制设计图并制订方案，进行交流讨论后找出不足并进行修改完善，准备材料。

任务二：制作净水器。制作要求如下：①创新性：利用提供的材料按照绘制好的设计图进行制作；②实用性：能够过滤掉污水中的一部分杂质；③艺术性：外观美化改造；④经济性：成本控制在预估范围内。

任务三：指导学生将污水缓缓倒入净水器中，观察下端吸管的出水情况及烧杯中水的颜色、透明度、气味，利用pH试纸测试过滤后水的酸碱度。学生以小组为单位展示成品及测试结果，分享实验过程中遇到的问题及解决办法。学生通过线上、线下投票方式评选出“最佳创客小组”。

设计意图：强调技术与工程素养，引导学生从全局观念的角度，识别工程领域的问题与制约因素，综合运用科学、技术、数学等学科知识，体验以工程思想为指导解决实际问题的过程。

5.活动五：反思优化与应用迁移——积极行动，响应政策

任务一：实地考察，参观污水处理厂，专家及工作人员讲解相关原理及设施设备应用，参与简单的污水处理工作，完成记录。设计小型净水厂。从净水厂的选址、净水工艺、净水成本和环境保护等角度综合考虑设计方案并进行汇报。

任务二：开展家庭节水用水情况调查问卷和访谈。问卷调查和访谈的对象是学校教师、同学、家长和社区工作人员等。学生与家长委员会协商合作，通过微信朋友圈、网络扩大范围。

任务三：收集问卷和访谈资料，统计分析数据并撰写调查报告。学生通过评价量表进行自评、互评，并依据调查结果制订合理的节水方案，通过线上、线下投票评选出“最佳调查员”。

设计意图：学生以自评、互评的方式进行评价，回归主题“珍惜水资源”，鼓励学生为保护水资源献出自己的一份力量，培养学生社会、人文情怀。强调STEM项目中的技术与工程素养，引导学生综合运用科学、技术、数学等学科知识，体验以工程思想为指导解决实际问题的过程。

结语

水是一种宝贵的自然资源，与我们的生活息息相关。中小学生作为未来世界的主人，应关注“珍惜水资源”这类社会科学议题。“珍惜水资源之水‘净’其‘用’”科技教育实践活动通过创设真实情境来发展学生的科学核心素养，融合跨学科概念帮助学生用辩证的观点理解淡水危机、设计探究实验培养探究能力；科学小记者实地考察河流污染和治理的案例让学生以主人翁的态度践行“绿水青山就是金山银山”的理念，激发了学生保护水的强烈责任感，倡导绿色生活，渗透可持续发展意识；净水器和水净化工厂的设计帮助学生建构珍惜水资源的思维模型，培养学生的建模能力和创造思维。科学核心素养培育和科学技术应用中的公共规范、法律法规和伦理道德的养成不可能一蹴而就，这是一个循序渐进的过程，在此类教学活动中要教师遵循新课标的“学习进阶”理念，努力渗透和提升学生的科学核心素养。