环保小卫士——自制净水器——教科版四年级上册“溶解”单元

吴春娥

(浙江省宁波市海曙外国语学校 浙江宁波 315000)

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简称，强调多学科之间的交叉融合，它将还给学生一个完整的学习历程，让学生获得直接经验，从而提高综合问题的解决能力[1]。

近年来，我国STEM教育发展非常迅速，在教科版小学科学课程中也有安排类似的“STEM”教学内容，如在某些单元书上有相应的课程，如“制作生态瓶”“做一个太阳能热水器”“制作小赛车”等，现在的科学教师对书上出现的“STEM”教学内容比较重视，会指导学生运用学到的知识去完成STEM活动，但现实教学中会忽略课堂中生成性的STEM活动，这些生成性的STEM活动都是学生志趣所在，夸美纽斯认为：“兴趣是创造一个欢乐和光明的教学环境的主要途径之一。”在教学中抓住学生的兴趣，可以使学生以积极而轻松的心态投入学习，在实际操作中还能拓展知识面，提高解决实际问题的能力[2][3][4]。

以下是在小学四年级上学期进行的为期5周的生成性STEM项目，这个项目根据学生的生活经验、年龄特点和认知结构等，选择能够激发学生兴趣的材料制作净水器。

一、任务与情境

第1课时：

学习教科版四上第二章第一节“水能溶解一些物质”时，为了进一步观察食盐、面粉和沙在水中的状态有什么不同，我们可以使用过滤的方法。在教师讲解过滤的方法时，学生已表现出浓厚的兴趣，考虑到过滤效果和时间原因（每周只有两节课）我们最后采取的是简易过滤，在实际操作时学生很期待过滤后滤纸上和烧杯中有怎样的情况出现。当滤纸上出现面粉和细沙时，有的同学提出滤纸的过滤效果很好，意犹未尽，还想继续“玩”过滤，抓住学生强烈的好奇心理，临时拿出一盆浑水，并介绍我国由于地域环境和经济发展的客观差异导致很多地区还存在饮水问题，有些地方的人们还是引用沟壑之水来直接饮用，这样做行吗？

生：不行，这种水是浑浊的，里面有泥沙，可能还会有农药等有毒物，不能拿来饮用。

师：有什么办法可以变得透明干净？

生1：放在那里不动，静置，在把上面的水舀出来。

生2：就算静置了泥沙还是会沉在下面，还是拿不出来，一碰还是容易浑，应该用过滤的方法将泥沙与水分开，还要消毒煮沸才可以饮用。

大部分同学都很赞成生2的看法，于是就此展开对浑水的过滤，这一次大家操作起来的目的性强，热情更高（图1）。

图1 观察浑水过滤

在过滤过程中，学生提出新问题：1.滤纸过滤速度太慢，如果想把教师提供的一盆浑水过滤干净，全班12个微共体一起操作也要好几个小时，效率太低；2.过滤后的液体还是不够清澈，虽然可进行多次过滤但需要的时间更多。针对以上现象展开讨论：1.身边有哪些材料可进行过滤；2.如何组装过滤装置，提高过滤的质量和效率。

通过讨论，过滤材料的选取条件：1.不溶于水；2.无毒环保；3.材料与材料间具有缝隙，水能下渗（学生举出了一系列材料都需验证操作）（图2）。

图2 课堂讨论过滤材料选取

教师出示项目作业：微共体成员相互协作，利用身边的常见材料帮助西北地区人民自制一个净水器，展示净水效果，并能运用到实际中。

两个班都有探讨过滤材料的选取，其中给407班观看一个自制净水器的视频，大家都惊奇过滤器的神奇，进一步增强了学生的制作兴趣，又能给学生制作的灵感和启示；401班没有观看自制净水器的视频，完全让他们自己去制作设计，我想看看两个班的设计思路有什么不同。

在课堂尾声，教师布置任务：微共体课后完成“环保实践，自制净水器”设计方案表。

二、思考与设计

第2课时：

学生将自己的过滤器设计草图进行展示与介绍，其他同学对这一设计方案的可行性进行分析与探讨，并从科学、技术、数学、艺术等方面提出自己的想法和建议，为自制净水器的成功，奠定坚实的理论基础。

以407班太阳微共体的设计图为例（图3），该微共体想制作一个利用小石子、沙子、活性炭、棉花为过滤材料的“超级净水器”。

图3 407太阳微共体初稿

通过全班微共体激烈的讨论，给出了以下几点意见和建议：1.过滤材料的放置顺序有问题，沙子可能会从棉花的缝隙流到下面杯子中，过滤效果不好，棉花上还应该放纱布；2橡皮筋固定不牢固，可以换成宽皮筋；3.筷子支撑不稳定，下面可以换成木板作为底座；4.过滤器中的过滤材料容易混在一起，在过滤器的顶上可以加一个打孔的塑料片压紧或者再加一些纱布塞紧。

407班的设计图，受观看过滤视频的影响，过滤材料基本上放在一个容器里分层压实，这样组装材料较方便，清洗也方便；401班没有看过过滤视频，他们的设计图大部分都采取的是过滤材料分开放置（图4），这样组装仪器难度更大，清洗虽然会比较干净，但是工程量大，需要把产品拆开来清洗，通过两个班设计思维的走向不同，个人认为对于小学生来说，思维还是很保守的，在进行STEM活动时，教师可以为他们多提供一些素材，打开他们的设计思路，能大胆尝试是很有必要的。

图4 401部分微共体设计图

教师布置任务：修改、完善自己的“自制净水器”设计草图，并将自己微共体设计的净水器所需的材料和工具带来。

三、建造与测试

第3、4课时：

经过上节课的思维碰撞，各微共体的设计图都有所修改，修改后的设计图再次展示（图5）。其他同学和教师再次评价。

图5 407太阳微共体终极稿

每位同学在自己设计修改图上进行再次修改，并把好的可行的改进意见记录下来。

学生用带来的材料进行净水器的制作。

四、改进与完善

第5课时：

学生将上节课课后制作完成的“自制净水器”带至课堂，通过实际操作，师生一起对过滤效果和过滤速度进行评价，然后，从过滤器的稳定性、制作及清洗的方便性、美观度等方面展开激烈的思维碰撞，并提出自己的建议，将评价较好的作品进行展示。

教师布置任务：完善自己的净水器。

五、展示与评价

第6课时：

（一）同班微共体“自制净水器”净水效果PK赛

微共体展示改进后的净水器，师生一起再从过滤效果、过滤速度、产品稳定性、方便性、美观性等方面进行评选，选出班级优秀作品再与另一个班进行PK。

（二）两个班优秀作品“自制净水器”过滤PK

将两个班的优秀作品再次PK，选出更优秀的作品进行展示，并用于实际生活中的污水过滤。

六、结束语

学习源于生活，学生对水一点也不陌生，但感觉污水处理和制作净水过滤装置这些事情离自己的生活很远。本案例将教学内容中的生成性问题和生活应用相结合，创设了一个自制净水器的情境，保护水资源不仅是新闻热点，还和我们平时生活的经历紧密相连，可以让学生感受学习的意义，在情感态度价值观上对水资源的保护有了更多的了解与实践，并且通过微共体共同设计与制作，不仅拓展了微共体成员的知识面，还进一步加强了微共体成员之间的合作与交流，达到了共同成长进步的目的。