北海的水从哪里来？

闫莹莹

活动目标

育人目标

通过创建“水滴的旅行”水利模型，培养学生分析建模的能力，形成批判质疑、勇于探索的品格；了解古代水利技术的运用和问题解决的方法，建立模仿自然是智能设计基础的观念；渗透水环境保护从我做起、尊重生命、技术改变生活等理念；通过团队协作，引导学生形成健全人格，学会尊重事实和差异。

总体工程目标

利用乐高积木设计动态模型，展示水滴在家中或社区中的旅行过程及水的用途。

“ 水滴的旅行” 落实STEAM 的过程

S：学习水循环的性质及水对人体的重要性，初步了解水的结构，讲解南水北调工程，能够绘制地球上的水循环过程。

T+E：工程技术与环境，工程技术与社会，环境与文化，智能化管理。

A：建筑设计，文化审美，乐高积木的颜色搭配。

M：三视图与建模，传送带长度与速度调节，倒梯形与长方形结构类比。

学情分析

环境教育需要更多的实践

各种节水、护水的口号与标语，并不能真正触动孩子的心，只有在实践中反思，在实践中强化，节水护水的意识才能真正扎根，转化为行动。在机器人课程设计中，选择“水”作为主题，让学生通过自己的挖掘和体会，制作能表达自己想法的模型，帮助他们真正养成节水、护水的习惯。

适应人群

本活动为机器人应用的提高内容，面向社团开展，其中2 年级5 人、3 年级7 人。

项目实施地点

青少年科技馆——学生团队活动场所，灵感迸发来源；北海公园；北京节水办节水展厅；高碑店自来水厂展厅。

实施过程（共12 次活动，每次90 分钟）

知水

活动1. 你好，水！

● 教学说明

学生认识新伙伴，探索团队核心价值对于队伍建设的意义。

● 教师过程

主旨问题：你了解水吗？你和你的团队如何设计与水相关的logo？

启发：引导学生建立团队，说明团队的核心价值——我们是一个团队，我们相互帮助，我们自己动手，我们乐于分享，我们都是大赢家！

● 学生活动

任务：我的名字是________；我最喜欢做的事情是________；在机器人挑战任务中，我希望承担的工作是________。

反馈：写出自己的想法及团队分工，思考团队的logo 和队名。

阅读并讨论：“我和我的伙伴是一个团队。我们一起创作。我们学会各种学习方法，自己寻找答案。我们愿意与他人分享我们的经历和发现。不论工作、游戏，我们乐于助人、尊重彼此。我们享受这个创作的过程。”

? 活动2. 游戏——抽水的故事

● 教学说明

通过案例体会发现问题—寻找解决方案—再次发现问题—调整方案的实际工程流程。

● 教师过程

主旨问题：你需要水时，怎么取水？缺水的地方是什么样的？水泵的作用是什么？

讲授：你需要水时，怎么取水呢？打开水龙头？从瓶子里取？使用抽水泵？有些地方，人们无法这么做，需要选择其他方法取水，比如步行到很远的河流或湖泊取水。

这些水源可能不干净，水利工程师通过现场调研寻找附近的洁净水源，往地下钻探深孔，如果发现水源，他们会安装抽水泵，帮助人们取水。

● 学生活动

参观：学生参观北海公园。

分组活动：学生在网上查找与水相关的故事和资料，绘制北海公园中与水相关的思维导图。

阅读并讨论：演示抽水泵的故事，需要哪些模型？北海公园有水利工程吗？如何实现的？

寻水

活动1. 我的水，有什么用？

● 教学说明

学习和了解水的用途；“他山之石”案例分析。

● 教师过程

主旨问题：如果让你列出生命中最重要的事物，是什么？“水”在不在你的列表上？生活中的水都能做些什么？大家都做过哪些与水相关的事情？

启发：我们用水做很多事情，比如饮水、灌溉、玩耍。在“水滴的旅行中”，你会选择水的哪些用途呢？水资源如何到达你这里，供你使用的呢？

● 学生活动

任务：通过学习单列举水在生活中的用途。

反馈：填写表格——“我怎么用水”，比如在家里或在社區。

活动2. 踏上水滴的旅行

● 教学说明

确定小组研究主题并开始研究，了解城市中更多水产生和利用方式。

● 教师过程

主旨问题：水从哪里来？水是无穷无尽的吗？北京缺水吗？

引导：你使用的水来自哪里？这些水经过净化处理了吗？如何处理的？水需要旅行多远的距离到达你的口中？水经过什么类型的抽水泵或水管到达你家？你家里用什么样的水龙头？是否一拧开龙头水就到处乱喷？北京是个极度缺水的城市吗？为了节约水，我们都做了什么事情？当前的北京用的还是本地的水吗？

● 学生活动

讨论并实践：要想学到更多，我们如何办到？杂志、书、视频或网站、音乐里有没有相关信息？我们可以找哪些人了解？

反馈：填写表格“水怎么从水源到达我们这里，供我们使用？”（包括我已经知道什么？我想知道什么？我学到了什么？）

活动3. 成为水利工程师

● 教学说明

学习和了解工程设计流程，以及如何用它解决问题。任务为确定北海的水从哪里来？

● 教师过程

主旨问题：古代水利工程师做了什么？现代节水工程实现了哪些目标？

实践：学生分别参观北海公园、北京节水展馆等，寻找各种水利工程的实践遗迹。同时，通过查阅资料了解全国各地的水资源利用情况。北海公园的水是人工蓄水的典型应用，同时北海公园的团城古迹，也是中国水利工程的典范之一。

● 学生活动

任务：我也可以成为一名工程师，我学到的工程设计步骤为：定义问题—制订解决方案—测试解决方案并改进，三部分有时可以循环进行。

反馈：雨水的利用方式，破解“团城之谜”，团城的设计剖面图分析。

预期：通过观察，将团城的集水工程一层层表示出来，然后用模型展示。

用水

活动1. 设计水利模型

● 教学说明

为水利模型设计乐高零件的使用方法，并利用LDD 等建模。

● 教师过程

主旨问题：你建造的模型会按照你的指令运行吗？水循环与水的利用如何结合在一起？

引导：让我们思考一下，你知道你一天要消耗多少水吗？你消耗的水都是如何获得的呢？你如何改善水滴的旅行？如何像工程师一样解决问题？复习如何让物体移动，把所学的内容整合到一起，设计机器人模型。

● 学生活动

任务： 北海公园的水从哪里来？这个水利模型的设计准备分为几部分进行？（应包含北海公园中水滴的旅行，以及团城中的水循环利用。同时，设计一个充满创意的新式给水泵，致敬团城的集水技术。）

实践：填写表格，如何收集流出的水？如何储存水？哪个解决方案更好？

活動2. 搭建水利模型

● 教学说明

为水利模型搭建1个乐高模型。

● 教师过程

主旨问题：马达能使模型的某个部分动起来吗？这个部位在不破坏模型的前提下，可以长时间运动吗？模型安全吗？

● 学生活动

任务：使用了几个传感器？使用是否合理？使用了几个马达？分别用在什么部位？传感器与马达是否配合良好？

反馈：列出测试模型安全性和稳定性的方法。

活动3. 完善水利模型

● 教学说明

进行模型评估和改善。

● 教师过程

主旨问题：模型能够体现你从研究中学到的知识吗？模型的所有部位能否按照设计方案搭建出来？

● 学生活动

任务：模型须展示出水循环的过程；模型中有水利用或节水的过程；不能在模型零件上涂鸦；用马达能让模型中的1 个部分动起来。

赞水

● 教学说明

制作海报，展示本次活动的经历；开展故事演讲和推广，讲述参与本次活动的体验和感受。

● 教师过程

引导：和学生一起进行分析，引导学生表达、对比、聆听；从作品成果、效果检测、团队协作等方面对学生项目进行评价。

● 学生活动

任务：介绍团队，展示每位团队成员和教练，并分享1 个关于她/ 他的趣事；介绍活动过程中遇到的问题及解决方案；介绍与专家对话及实地考察的成果；介绍水滴旅行的过程；感谢提供帮助的人；展示模型照片；描述设计模型、搭建模型的过程；思考水滴旅行中可以改善的环节；介绍马达如何带动相关部位运转。

反馈：撰写“北海的水从哪里来？”表演剧本，在合适的场合进行演讲和展示。

活动评价

学生项目评价将从作品成果、效果检测、团队协作等方面进行，详见表1、表2。

该项目获得第37 届全国青少年科技创新大赛科技辅导员科技教育创新成果一等奖