STEAM+雾霾认知科教活动方案

李九彬

治理雾霾是生态文明建设的重要任务之一，而认知雾霾是治理雾霾的前提。本方案面向中学生，设计了一系列科普探究活动，包含准备、知识搭建、实施、总结和反思提升5个阶段。旨在通过STEAM课程设计，传播有关雾霾的科学知识，普及PM2.5监测和分析的技术，培育学生的科学精神和实践能力，运用跨学科思维解决身边实际问题的能力。

活动实施

准备阶段（9月1日-9月30日）

制订活动方案，开展基础性调查研究工作，与学校领导、学生、家长沟通，邀请专家，准备材料和器材、场地。

知识搭建（9月15日-11月15日）

通过研究性学习课程、专家讲座和学生自主学习，对学生进行雾霾相关知识、科技探究方法的构建。①利用雏鹰计划课程时间，科技辅导员讲解雾霾相关知识，包括大气科学、环境化学等。②进行专家科普讲座，邀请地理、气象和科技活动专家，指导学生学习科学探究方法。③利用雏鹰计划实践时间和周末、节假日时间，在西南大学地理科学学院实验室现场讲解雾霾（PM2.5）的监测技术和相关知识；在西南大学附中校园实地讲解空气质量观测技术要领。

实施阶段（10月1日一翌年5月30日）

学生组建研究小组，确定研究小课题，制订研究方案，在校内外教师的指导下，开展探究活动，做好过程性记录和阶段性总结。

STEAM之S（科学）——看一看引导学生根据自己的兴趣爱好，通过看一看环节，进一步体会雾霾认知中的科学。①看科普书籍。教师推荐和学生自主选择与环境保护、雾霾等相关的科普书目，通过撰写读书笔记、制作知识卡等方式，了解有关雾霾的科学知识，如定义、区分、来源、成因、影响和治理等。②看科普影片。如《穹顶之下》《霾伏的真相》《难以忽视的真相》《后天》等，深入了解当前人类面临的严峻的环境问题，撰写影评，分析片中应用的科学原理和知识。③看新闻报道。鼓励学生定时收看天气预报和时事新闻，收集雾霾相关的文字、图片、视频资料，如重大的天气污染事件，关注正在发生变化的空气质量。运用已有的科学知识，分析其中的真伪，找出新闻报道中的不科学的说法。

STEAM之T（技术）——测一测现代的科学技术发达，能够有效地监测雾霾情况，指导学生通过不同的技术途径测量空气质量，感受科学技术的巨大作用。①专业仪器监测。借助西南大学地理科学学院的专业仪器Tactical AirSampler，定时定点对PM2.5进行采样和长期监测。从PM2.5的定量分析实验入手，研究其昼夜变化规律。后期，对样本进行称量和分析，绘制成图，从而获得PM2.5在冬夏季节浓度变化的直观反映，达到探究其特征的目的。②专业网站查询。通过全国城市空气质量实时发布平台，可以查询国家站点的空气质量状况，包括AQI、PM2。5、PMIO等数据。指导学生每天定时记录所选站点的相关数据。③手机APP搜集。智能手机基本都有天气类APP，会及时更新空气质量数据，引导学生有意识地搜集、记录相关数据，进行深入的研究。

STEAM之E（工程）——做一做①制作空气雾霾监测装置。利用空气监测传感器搭配Arduino控制器和扩展板，搭建出一个简易空气监测装置，科学客观地了解我们时刻呼吸的空气质量。②自制PM2.5警报装置。通过在手机上添加空气质量传感器，自动检测PM2.5浓度，当浓度超过一定范围，手机会发出警报声，提醒用户采取远离、佩戴口罩等措施。③防雾霾口罩设计。针对市面上的防雾霾口罩的不足之处，通过加一加、减一减等方法，进行自主研发。也可以进行外观设计，将传统文化、环保理念、个人爱好等反映在设计的作品上。

STEAM之A（艺术）——拍一拍①拍天空写真。让学生每天固定时间、固定地点、固定视角给天空拍照并做好记录，通过空气能见度的变化，反映空气质量状况，然后制作天气日历，观察雾霾的生消。②画自然笔记。把观察到的天气变化用艺术手法表现出来，配上时间、地点、心情等信息，图文并茂地记录自然变化。③写观察日记。让学生养成撰写观察日记的习惯，留心每日见闻，忠实记录下来。

STEAM之M（数学）——算一算①分析数据。运用excel、spss等软件，对专业仪器所测数据、专业网站查询数据及手机APP搜集的数据进行分析，通过最大值、最小值、平均值、方差等统计指标，探索空气质量的时空变化规律。②建立模型。运用数学建模思想，探索雾霾与人类活动、降水量、温度、湿度、人口等因素之间的关系，为雾霾的科学治理提供依据。

总结阶段（11月10日一翌年6月30日）

学生在探究过程中要经历研究性学习初赛、复赛、决赛，各种全国科技竞赛，雏鹰计划课题结业答辩，活动中期展示等活动，教师要不断地给学生建议和指导，并对表现突出的同学进行表彰和宣传。

◇组织小组学生进行总结，撰写活动报告；在活动课上分小组进行交流，分享雾霾探究成果及收获；在学校一年一度的研究性学习多媒体展示大赛中展示交流。

◇指导学生撰写科技创新论文，召开论文答辩交流会，择优推荐参加区、市及全国科技竞赛。撰写文章和拍摄照片，向报纸、期刊投稿。将发明创意进行专利申请。

◇整理学生雾霾研究的文章、图片、视频等相关资料，汇集成册，作为校本课程使用。

◇制作展板、PPT等，通过“小先生”讲座向学校师生进行科普展示，在学校宣传栏、LED屏、校园网、社区进行宣传，并利用微博、微信等自媒体扩大宣传。

◇制作雾霾应对手册和蓝天保卫宣传单，向环保、市政等部门提出建议，为打好蓝天保卫战作出贡献。

反思提升（7月1日-8月31日）

针对活动开展过程中的不足，思考改进建议，将活动的优秀成果推广，并修正科教方案，准备下一輪实施。

评价标准与方式

本活动将对学生进行过程性和结果性双重评价。过程性评价包括出勤情况、活动表现、作业完成情况等；结果性评价将由课程研究报告决定，学生比赛获奖、论文发表可以获得加分。对教师的评价主要根据教师完成指导情况、开展科研课题情况、发表论文情况进行。

该项目获得第32届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科技教育方案类一等奖。

专家评语

该方案体现了“三自”原则，教育目标明确，传播的相关科学知识、方法、技能和思想来源可靠，符合科技教育活动的基本规律。方案同时体现出完整性和可行性，实施后亦会产生较好的示范效应。希望继续对该方案进行完善，以充分发挥其提升青少年科学素质的作用。