依托无土栽培实验室实施社会性科学议题学习

卢特

科学课程是一门统筹设计整体规划的综合性课程，强调学科与其他领域之间相互渗透和联系整合。利用科学学科特色在整体框架下借助综合性的社会性科学议题（SSI），能更好地引导学生关注和分析科学、政策、经济、安全、伦理等相关内容，促进学生社会性、开放性、科学性、伦理性思维的发展。本文介绍我校依托无土栽培实验室，开展社会性科学议题学习，推动学生核心素养发展的一些具体做法。

研究缘起

镜头1：目前市面上逐渐兴起“放心菜”的潮流，从培育基质、浇灌用水、科学施肥、绿色杀虫全过程都保证了绿色健康，这就是放心菜深受大家喜爱的秘密。我校无土栽培实验室每次“出产”的无公害生菜也都深受教师欢迎，我们严格把关，即使出现病虫害的现象也坚持使用绿色杀虫剂。

镜头2：放学路上，学校附近五里塘河周边有时会看到农民喷洒农药，“这样种出来的菜我可不敢吃呢！”有同学议论到，“你看这河水发绿指不定还和这些农药有关呢！”不合理的灭虫害手段对水体的富营养化也会造成一定的影响。

科学问题有意义

影响科学学习的一大矛盾在于科学知识与科学生活的割裂。在大量的科学学习负担下，学生已逐渐忘记将课堂与生活联系起来，但发现科学的敏锐观察力一直存在学生的脑海中，通过SSI 的学习过程能有效地将学生观察到的周边水体富营养化问题与学生的科学知识联系起来。于是，水体富营养化问题不再停留于学生的生活问题，而进一步转化成有意义的科学问题。

科学实践有质量

挖掘有意义的科学议题是迈向SSI 学习的第一步。保证有质量的实践是建立在学生对实践的原理有充分的认识，对实践的计划有充分的设计，对实践的过程有充分的尝试，以及對实践的结果有充分的反思的基础上的，其背后需要SSI 学习的专业设计和教师的辅助支持。

科学治理有效果

学生在观察水体富营养化现象时，也认识到水体富营养化的治理不再是单一的科学问题，还涉及社会问题、经济问题、伦理问题等，引领学生思维向更广阔的领域发展。

基于以上思考，将绿色科学、和谐社会等思想融入无土栽培实践过程中，丰富水体富营养化防治教学的背景与意义，让学生在做中学，从经验中积累知识，从实际操作中培养思维能力、解决问题的综合能力和创造力。

背景剖析

学生分析

通过之前的学习，学生对植物、生态有基本认识，乐于观察周围植物生长、水体状况等生态问题，并且对无土栽培实验操作有一定基础。通过本节课的学习，学生在无土栽培的实际操作中发现虫害困扰问题、实验室水体富营养化问题，亲自动手配制绿色环保杀虫剂。在此过程中，学生学习科学的兴趣渐浓，对实验结果评价的能力提升，并进一步形成对绿色生态的综合性认识，其反思性判断的发展和理解科学的多种视角能力得到提高。

教学分析

针对本节课自制绿色杀虫剂的内容，学生在操作过程中用所需的科学知识为溶液配制进行计算。学生从病虫害、杀虫剂原理、病虫害防控政策、水体富营养化的影响，以及生态伦理等方面认识自制绿色杀虫剂就更具意义。本议题的星形图（见图3）呈现了活动的多个教育视角，使学生在学习过程中能从自我立场作出选择和决策。具体分析如下。

● 科学角度：通过认识绿色杀虫剂的原理与配制过程，分析其使用的合理性和可行性。

● 政策角度：病虫灾害关乎农业发展，为此国家出台农作物病虫害防治条例，并由专业卫生部门检测防治过程中可能产生的污染排放情况。

● 伦理角度：在使用杀虫剂治理病虫害的过程中是否将对生态系统产生负面影响，破坏正常运行的生态伦理。

● 安全角度：首先需要学生在学习过程中了解绿色杀虫剂杀虫的有效性，其次需要进一步认识绿色杀虫剂是否可能存在副作用。

● 经济角度：结合自制成本，考虑自制绿色杀虫剂是否适合学校无土栽培实验室使用，能否进行进一步推广销售。

教学过程

环节一：无土栽培实验室植物常见病虫害

师：实验室里可爱的小植株们的天敌是谁呢？

生：植株们的天敌——病虫害。

师：根据我们的观察和认识，我们的无土栽培实验中的各种植物都容易受哪些病虫害的困扰呢？（观察学校无土栽培实验中各类植物的常见病虫害问题，引起学生爱护自然情感上的共鸣。）

生：观察水培区植株有叶片发黄、枯萎，根部出现烂根的现象。

师：植株的根部伤害主要来自于真菌、细菌的侵害。常见的有瓜果腐霉菌、立枯丝核菌、多种镰刀菌、单孢杆菌等。试猜想根霉病和哪些因素有关呢？

生：种子、基质、空气、营养液、温度、昆虫、工作人员的衣物、双手等。（教师启发学生从多角度、多环节思考植物根部的侵害问题，培养学生发散思维的能力。）

师：除了根部侵害，你们还观察到植物的哪些部位受伤害呢？

生：叶片上有霉斑、白粉等现象。

师：叶片上的霜霉病等都是由霜霉等微生物引起的，该病因和防治不当有关。

师：不仅是我们实验室的植物饱受病虫害的影响，农作物受病虫害影响造成的损失更大。2020 年国务院颁布了《农作物病虫害防治条例》，从检测预报、预防控制、应急处理、专业化服务、法律责任等多方面保证农作物的良好成长。对此，你们有什么想法？

生：探讨农作物病虫害的感受。

设计意图：通过让学生观察实验室中的植物病虫害，分析常见无土栽培过程中出现的病虫害，以及病虫害形成的原因。在观察及问题分析的过程中，培养学生发现问题、分析问题的能力，并横向拓宽学生多向思维的能力。学生在观察实验室受病虫害侵扰的植物过程中能自然联想到实际农业生产中农作物受病虫害的辐射范围更广，形成负面影响更大，并根据国家政策进一步体验农作物病虫害防治的重要性，以及在治理过程中科学监测、绿色防控的规范性，同时渗透学生爱护自然的情感态度和绿色治理的科学精神。

环节二：有哪些绿色方法能帮到植株

师：目前对于植株根部病害，尚缺乏有效的防治措施，主要采取生物学防治、栽培措施防治、物理防治和化学防治等方法，一般选用抗病品种防治根系病害。利用有抗性的微生物防治作物病害是未来防治植物病害的重要方法之一，但到目前为止，商业性防治病害的微生物还非常少。（教师激励学生未来对微生物防治的发展和兴趣。）

师：适合我们实验室的杀虫方法有哪些呢？需要考虑哪些因素？

生：进一步观察无土栽培实验室中植物、水体、设备等整体状况。

师：除了考虑杀虫杀菌的效应，你们在实验室中还观察到了哪些问题？

生：实验室的循环水中出现水体富营养化的现象。

师：所以我们在选择杀虫杀菌方式的过程中应该更加谨慎，从整体的生态伦理角度考虑才更全面。

师：考虑到绿色防治的宗旨，有哪些绿色环保的方法能帮到我们的植物呢？利用生活中的物品制成最环保的杀虫剂。

师、生：韭菜、大蒜、洋葱、丝瓜、鲜辣椒等浸泡液。

师：科学就是不断在摸索前进的，生活中的小妙招虽然绿色环保，但效益不高，俗话说对症下药，今天这节课我们首先探究利用化学的力量，寻找到一种杀虫灭菌的方法——波尔多液，尝试帮助实验室中的小植株们远离病害困扰。（教师介绍波尔多液的成分和功效。）

生： 这样的化学试剂是否真正无害呢？人能不能正常食用蔬菜呢？

师：（ 教师对学生的质疑精神表示肯定和鼓励。）介绍波尔多液的原理，当蔬菜中出现蓝色颗粒及波尔多液，适当冲洗即可。波尔多液是否会污染实验室中的循环水呢？请同学们探讨分析。

生： 波尔多液主要的成分为CuSO4、Cu（OH）2、Ca（OH）2， 其中的Cu、Ca 元素是植物生长需要的养料，且不含造成水体富营养化的主要元素N、P，对水体富营养化的伤害不大。

设计意图：使学生直面种植植物过程中会出现的问题，鼓励学生在发现问题时能尝试运用身边的物品解决问题，并从物理防控、化学防控、栽培措施、生物防控、微生物治理等多元角度思考解决病虫害的可能性。在整个过程中从伦理的角度进一步渗透生态伦理中强调的健康栽培管理、绿色防控技术等绿色科学思想，并将生态思维有效地运用到实际问题当中。

环节三：一起配制绿色杀虫剂

师：接下来我们就亲手配制波尔多液吧！动手实验前我们需要做哪些准备工作呢？讨论：确定溶液浓度，设计实验方案……

（在实验方案探讨中，教师帮助学生确定波尔多液浓度，并渗透低浓度、高浓度对植株影响的思考。）

师：根据波尔多液的现配现用，以及实验室植物的覆盖面积情况，确定需要0.5% 倍量式波尔多液1 kg，则需要多少质量的溶质和溶剂？

生：计算。（教师对硫酸铜、氧化钙如何得到波尔多液的反应进行提示，帮助学生确定硫酸铜、氧化钙的用量。根据学生计算的用量提示学生在实际生活生产中不可能严格根据恰好反应原则进行生产实践，在一定范围内过量反应是被允许且合理的。）

实验材料与器材：硫酸铜晶体、氧化钙粉末、水、天平、烧杯、量筒、称量纸、玻璃棒、胶头滴管、药匙。

生：动手实验。

师：介绍波尔多液的使用方法和用量。要想波尔多液的效果好，必须将溶液多喷洒在叶片的背部，因为叶片的背部气孔多，易吸收。

生：喷洒自制波尔多液。

师：对比喷洒波尔多液前后的效果，你们还满意吗？

生：对成效满意！

师：你们是从哪些角度评估波尔多液的功效的？

生：是否绿色环保，杀虫效果，配制成本，义卖收益……

设计意图：将科学知识与生活应用有机紧密结合，是体现生活中科学知识活学活用的极好素材。从科学的角度以配制波尔多液的活动巩固科学中溶液配制操作，通过实际操作感受绿色杀虫剂在配制、使用中的可行性，并从经济角度思考在配制过程中涉及的定量实验原理、绿色化学的适量原则、绿色生产的实际问题。通过活动，学生能将实验产物运用到无土栽培实验室中，起到学以致用的效果，加强了学生对保护生态和谐的荣誉感和学习科学的价值。

实践反思

寄情于景，真实教学

整个教学过程切合学生生活的科学议题设置，研究过程真實有效。通过认识植物的常见病虫害，了解绿色病虫害防治方法，以及自制绿色杀虫剂等活动，学生提炼生活经验，学习国家政策，完成对植物病虫害的实质性认识;体验生态伦理，全面剖析灭虫过程的绿色防治过程;动手实操感受绿色杀虫剂的安全性、有效性和经济价值。

结合无土栽培的真实背景探究绿色杀虫剂，让知识不停留于课本层面。科学学习与来自学生身边的社会性议题的完美融合，也为发展学生核心素养的成长提供了新的思路和实践道路。

学以致用，价值教学

通过无土栽培实验室病虫害植物治理的教学活动，追求以学生经验为教学基础，以提高素养为发展目标，以活动方式进行教学，以科学价值引领成长的价值导向。活动坚持“回归科学生活”的思路，以学生对绿色植物的认识为起点，融入教学内容，不断扩大学生的绿色生态生活范围。围绕“绿色、生态、科学”的教学主题，培养学生重视绿色环保的健康生活，坚持科学治理的责任担当，以及勇于实践创新的核心素养。以开放式的制作绿色杀虫剂活动探究科学学习模式的创新，让学生在活动中积极表达、善于思考、努力实践。通过制作、使用杀虫剂等多种活动形式，引领学生认识绿色杀虫剂隐含的科学生产价值，改善绿色农业生产的社会功能，体验学有所用，推动绿色生活生产的社会成长。

多重发散，思维教学

依托绿色杀虫剂原理、杀虫剂配制知识、对生产中农业病虫害防治的认识，以及对绿色生态循环的体验、绿色杀虫剂安全有效的实践和杀虫剂经济效益的评价等多维度的教学活动的有效开展，进一步推动学生科学思维品质的实质发展。

根据观察到的植物现状，请学生快速分析影响植株根部伤害的因素，教师结合真实“问”的情境，设置问题空间，引导学生在限定时间内提出多方位影响因素，促进学生敏捷性思维发展。从对实验室富营养化水体、周边被污染水体的观察，学生已逐步形成绿色生态和综合治理的意识。当教师提出利用波尔多液进行杀虫灭菌，学生能快速提出质疑波尔多液是否绿色环保，并能从波尔多液的成分、灭菌原理等多角度分析其使用的有效性、安全性，学习过程中学生的批判性思维品质得以凸显。同样，从学生探讨绿色杀虫剂应喷洒在叶片的正面还是背面的问题上，引发了灵活性思维的碰撞。“一般叶片的下表面气孔多”是学生已有的知识经验，经历喷洒活动后，学生能将知识基础迁移到喷洒杀虫剂的实际问题中，在解决问题的同时灵活性思维得到提升。