“调查学校附近的一个淡水水域的水质”的教学实践和探索

夏 丹 叶惠良

（浙江省宁波市第二中学 浙江宁波 315000）

1 背景分析

2016 年9 月我国教育部发布了 《中国学生发展核心素养》，对“核心素养”进行界定，即“学生在接受相应学段的教育过程中逐步形成起来的适应个人终身发展与社会发展的人格品质与关键能力”。 核心素养与学科素养之间是全局与局部、共性与特性、抽象与具象的关系［1］。 生物学核心素养主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等［2］。 “调查学校附近的一个淡水水域的水质”是浙科版高中生物学必修3 的活动， 是培育学生核心素养的绝佳素材。 由于相关知识储备缺乏、实验开设条件有限及课时安排紧张等原因， 这部分内容很少有学校开展， 即使开展也只是流于形式而未深入探究。笔者所在学校处于“月湖·天一阁”5A 级景区之中，学生对月湖水质及相关治理有直接的感性认识，也有研究的热情。 因此，笔者以生物学核心素养为导向，就“活动：调查学校附近的一个淡水水域的水质”进行了教学实践和探索。

2 确定目标

1）科学探究：通过自主、合作学习，在教师的指导下提出水质调查的具体课题、制定实验方案、完成实验检测并记录处理数据。

2）科学思维：通过对比分析和逻辑推理，得出水体是否受到污染的结论， 并与他人交流实验结果和结论。

3）生命观念：运用稳态与平衡观，解释实验结果，提出改良水质的建议。

4）社会责任：通过关注水体污染的状况，参与水环境保护的社会活动， 形成人与自然和谐发展的基本观念，养成保护水环境的行为习惯。

3 设计框架

教学活动从社会调查开始， 学生通过观察、问卷调查、走访有关部门了解学校周围水质及其治理的现状，同时发现并提出问题，激发进一步学习的兴趣和动力，学习相关知识，具备进一步探究的基础。之后，学生通过开展科学实验，直接参与水质调查，获得证据、得出结论并作出决策，这不仅有利于养成科学探究这一生物学核心素养，而且会对生物学核心素养的其他方面产生积极的正面影响。从社会中来回到社会中去，教育的最终目标是满足人的发展和社会发展的需要， 通过社会调查和科学探究，学生提出水环境保护建议，并用实际行动参与水环境保护。 教学活动总体设计框架如图1。

图1 教学活动总体设计框架

4 突破难点

让学生通过科学实验直接参与水质调查，是达成教学目标的重要环节。 要进行科学的水质调查，实验检测的方法需采用国家标准，而师生缺乏相关的知识与经验。 如何组织学生开展水质调查的科学实验是本次教学活动的重点也是难点。

首先，笔者充分利用社会课程资源，向当地的水质检测中心和大学院校进行咨询和观摩学习。其次，结合教材资料、学生选择和专业数据，指导学生从科学性、重要性、可行性和学科性的角度选择合适的检测指标，即总磷、氨氮和藻类密度。 再者，整个实验检测过程复杂且耗时久，让全体学生全程参与并不现实， 可通过组建兴趣小组课前完成实验的预处理， 其他学生则只需在课堂上完成关键的检测步骤， 这样既让全体学生参与了真实的实验探究，又培养一批生物学研究的潜力生。最后，借助学校“智学网”向学生的PAD 端推送相关学习内容， 方便学生线上线下进行自主与合作学习。 此外，为验证实验的可靠性，购买氨氮和总磷的标准样作为盲样让学生检测。

5 过程实施

5.1 课前准备

5.1.1 动员与学习 结合暑期社会实践活动，围绕“五水共治”“剿灭劣Ⅴ类水”展开社会调查。 调查获得信息包括：周边水域水质的历史数据、周边水域仍处于劣Ⅴ类水的现状、月湖PPP 水质治理具体措施及治理目标、人们对水环境保护的意识较为薄弱等。 教师利用“智学网”上传学习资料，学生利用“智学网”进行线下、线上的自主和合作学习。

5.1.2 选题与计划 学习小组提出感兴趣的课题。结合水质标准及水质检测历史数据，教师设计问题串，从科学性、可操作性、重要性、学科特性的角度引导学生对选题进行论证， 并选择合适的检测指标和采样点。 各小组讨论并制定水质调查的实验计划，包括实验目的、实验材料和用具、小组分工、实验步骤、实验预期、实验结果记录表、实验结论、收获与建议。

5.1.3 采样与预期 根据实验计划采集水样，观察采样点周围环境、 水样色泽， 用温度计检测水温，用黑白盘检测透明度，并记录实验数据。 根据现有的证据对水体的污染情况作出预期。

5.2 课中探究

5.2.1 课题交流 各学习小组结合图片视频资料，交流课题名称、采样点的选择和水质预期。 共设置采样点3 个，分别是样1 共青桥、样2 竹洲桥和样3 尚书桥，具体地理位置见图2。

图2 采样点地理位置图

共青桥和尚书桥分别位于护城河和南、 北月湖的中段，河面开阔，周围没有排污口等重大因素的干扰，对整个水域的水质具有较好的代表性。竹洲桥是月湖上通往本校竹洲校区的必经之路，学生观察到竹洲桥的附近有3 个排污口，因此，提出要探究排污口对月湖水质的污染情况。 3 个采样点的选择具有科学性和代表性， 这是水质调查具有科学性的前提之一。

5.2.2 科学实验 从各组中挑选1~2 名学生组建兴趣小组，课前制作氨氮和总磷的标准曲线，课上向全班展示实验过程和实验结果，并解答疑问。 临上课前，教师完成氨氮检测的絮凝沉淀和总磷检测的消解，学生在课堂中只需完成显色、光电比色即可。 为了提高实验数据的可靠性，购买已知浓度的氨氮与总磷标样， 作为盲样让学生同时进行检测。关于藻类密度的检测，课前由兴趣小组完成水样的固定和浓缩处理， 课上学生采用0.1 mL 的藻类计数框，用等距取样法进行藻类数量计数。教师巡视，对学生实验操作中的问题予以及时解答或纠正。课堂上各组按原定计划开展实验探究， 分工合作，对水样进行相关项目的检测，并记录数据。

5.2.3 结论建议 首先，各组分析实验结果得出水质评价。 其次，与往年数据进行纵向对比，分析水质的变化情况， 运用已有的生态学相关知识和观念尝试解释并提出合理建议。再次，汇总各小组的实验结果如表1 和表2 所示， 对3 个采样点的水质进行了横向对比， 运用已有的生态学相关知识和观念尝试解释提出合理建议。最后，教师引导学生从各项指标的相关性的角度在理论上论证数据的可靠性，再通过对比盲样的测量值与真实值，从实验角度直接证明数据的可靠性。

表1 实验结果及水质评价汇总

表2 藻密度检测结果及水质评价

5.2.4 交流汇报 各组进行展示汇报，交流实验结果、实验结论、相关的解释及实验过程中的收获与体会，并对其他组提出质疑和答疑。

举例竹洲桥小组的交流汇报环节的主要内容：1）各项指标数据与水质标准对比，说明竹洲桥的水质总体评价为Ⅴ类水。 2）将氮氮与总磷的数据与往年的数据进行纵向对比，说明PPP 工程使月湖的水质得到了改善。 3）与尚书桥数据进行横向对比， 说明竹洲桥附近的排污口对水质造成了污染。 4）提出建议，竹洲桥排污口的污水直接来源本校，正常应该是雨水排出口，很可能年久失修， 学校食堂和化粪池的污水混入而造成对水质的污染，建议学校的总务处重新铺设管道，截污纳流，减少对月湖水质的污染。

听完这组的汇报后，其他组提出了质疑：竹洲桥处水深较浅、水面窄、流动性差，靠近岸边，而尚书桥的水深较深，水体流动性好，水面开阔，这些因素也可能导致检测数据的差异， 因此不能判断排污口是否对水质造成污染。通过讨论，提出解决方案： 在月湖远离排污口但其他条件与竹洲桥类似的地点进行采水，多设几个采样点，进一步检测，再通过对比分析得出结论。

5.3 课后延伸 今后，你想为水环境保护做些什么？ 学生提出并实践了自己的想法，例如：1）开展“微观月湖”——藻类摄影展， 利用数码显微互动实验室进行显微摄影， 并在学校的文化走廊上举办一场别开生面的摄影展， 让更多的师生关注月湖水环境。 2）依托开放实验室和“晨曦学社”在校招募志愿者，成立“月湖湖长志愿者队”，随时关注月湖水质变化，定期检测月湖水质，并及时向相关部门反应， 通过学校大屏幕向全校师生公布月湖水质检测结果，让更多的师生关注月湖水环境。

6 教学反思

在本次活动中，学生完成了提出问题、作出假设、设计实验、记录结果、分析数据、得出结论、交流讨论等科学探究的过程， 获得了水质检测的相关知识和技能， 科学探究能力和理性思维也得到了发展。 由于是亲身体验，亲自获得数据，学生对周边水环境现状有了更深刻的了解， 这更能激发其对水环境保护的热情与水质调查的兴趣。课后，兴趣小组的学生还撰写了月湖水质调查报告，并获得了市青少年科技创新大赛一等奖。 水质调查活动内容丰富， 可借助校本选修课程及研究性学习，进一步地开展相关活动，促进学生生物学核心素养的提升。