在科学探究中提升科学素养、提高环保意识

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  卢湾高级中学是上海市科技教育特色示范学校,以科学教育为特色的办学实践在上海具有一定的影响。学校努力为学生搭建学习、体验、展示的平台,着力于培养学生的创新精神和实践能力,通过对基础型、拓展型、研究型3类课程的科学设计,实现科学教育全覆盖;将STEM 课程与研究型课程、社团活动整合,为学生搭建了科技创新的平台,培育了一批科技精英学生。学校每位同学都是创新实践活动的参加者,本案例将研究型课程与社团活动相整合,开展以“生命与环保”为主题的科学探究综合实践活动。
  方案背景与意图
  苔藓植物是结构相对简单的绿色高等植物,是由水生生活方式向陆地生活方式的过渡类群,是植物界中一个重要门类。来自《东方早报》的新闻《青浦曲水园百年苔藓遭灭顶之灾》给了我们一些启示:苔藓由于植物个体小、结构简单,没有明显的经济效益,得不到人们的重视,在城市建设和规划过程中,人们常常忽略苔藓植物在城市生态中的重要作用。因此在中学生中开展保护苔藓植物的环境教育活动对保护城市生态和增强学生的环境保护意识与社会责任感具有非常重要的意义。
  活动设计
  该社团成员都是热心于环境保护的学生,组长是由社团成员选举产生的。学生们在这里自主管理、发展兴趣、锻炼能力,教师只充当顾问的角色。首先是指导社团成员自主探究上海市主要公园里的苔藓植物分布情况,同时在对苔藓植物的调查过程中涌现出一批对科学探究具有极高热情和潜力的学生,引导他们展开对苔藓植物的一系列研究,培养一批热爱科学探究的“明日科技之星”。最后,为了让全社会都来保护苔藓、重视苔藓植物,社团学生采取了一系列保护措施。
  实施过程
  在活动准备阶段,组长组织社团成员上网查阅有关资料,对苔藓植物作了全面了解,激发了探究上海市苔藓植物分布情况的兴趣。然后引导成员制订完整的调查方案。在方案的制订过程中,社团成员对取样范围和样点展开了激烈讨论,有的同学认为调查上海市所有的公园,有的同学认为选择一部分代表性的公园。当学生出现疑惑时,教师再给予学生指导。最终社团成员确定了完整的调查方案。
  利用周末和假期时间,在教师指导下,社团成员对每个样点的苔藓植物进行详细调查并采集标本。标本采集工作坚持了半年多,酷暑,顶着烈日;严冬,冒着寒风,社团成员在指导教师的陪同下,对18个样点的苔藓植物采集了标本。采集回的苔藓植物标本,如何进行鉴定,社团成员又遇到了困难。这时教师引导学生寻找解决问题的方法。我告诉学生,图书馆中的《苔藓植物检索》会告诉你们如何鉴定,可能还需要借助一些工具。社团成员在我的指引下分工寻找鉴定方法。一部分成员从图书馆借来书籍进行研究,另一部分成员向大学教授虚心请教,最终学会了鉴定的方法。他们耐心地一一鉴定,记录,并按照科学的研究方法对调查结果进行统计分析。通过这样的活动,学生不但增强了独立工作能力和团队合作精神,而且在实践中增强了环境保护意识和社会责任感。
  在对苔藓植物的调查过程中,涌现出了一批对科学探究具有极高热情和潜力的学生,朱孟金和祝之瑞就是其中最有代表性的,他们对苔藓植物充满了好奇。在对上海市公园苔藓植物的调查过程中,朱孟金很兴奋地对我说:“老师,我发现了一个现象,在苔藓植物分布多的地方,土壤比较湿润,那么是否说明苔藓植物具有很强的保水作用?”此时,我给予他鼓励和引导,对他说:“这是一个很值得研究的课题,你可以通过实验去验证。”在我的鼓励下,朱孟金同学对苔藓植物的保水性展开了研究。在此基础上,祝之瑞同学对苔藓植物在城市中生态功能和环境指示作用展开了研究。
  活动成效
  社团成员为了让全社会都来保护苔藓、重视苔藓植物,他们采取了以下保护措施。
  建立保护苔藓植物网站,并通过学校电视台播放苔藓植物在城市绿化中重要地位的专题片。
  在浙江天目山采集了一定量的不同种野生土生藓,移植在学校中,建立了2个微型苔藓园,作为我校宣传保护苔藓植物的重要阵地。
  向园林部门推荐我们的研究结果和建议。苔藓植物保水能力强、自然资源较丰富、生命力强。因此,在生态型城市的建设过程中,应当构建起以苔藓、草本为地被植物,其他乔木、灌木为上层的立体空间种植系统,这样更接近自然界的植物群落分布情况,可以保护植物的多样性,提高生态型城市的品位。研究表明,小羽藓和青藓的吸水能力最强,它们又是上海地区的优势种,生态位较宽,因此建议园林部门在移植苔藓时,选取这2种藓种。
  经過2年的科学探究,朱孟金和祝之瑞关于苔藓研究的课题分别获得第19届和第20届上海市青少年科技创新大赛一等奖,同时因他们在科学探究方面的出色表现分别获得了第2届和第3届“上海市明日科技之星”称号。祝之瑞同学还获得全国青少年科技创新大赛一等奖、“明天小小科学家”奖励活动二等奖,并代表中国参加国际科学与工程大奖赛(ISEF),获得了二等奖,在2012年国际可持续发展奥林匹克竞赛(I-SWEEEP 2012)中获得了银奖,同时获得国际太空组织(IAU)以其名为编号
  反思与启示
  环境教育的启示
  保护苔藓植物的环境教育活动从长远角度看可以作为一个长效管理的课题,有待继续管理。我们认为“让苔藓植物成为城市绿化中的重要小兵”的环境教育活动在新时代下具有推广意义。
  要达到苔藓植物的有效保护,教育是引导公众关心和保护环境的最有效途径。我校开展的此项环境教育活动在上海市是首次,整个科普教育活动具有较强的可操作性。值得推广的另外一点是在科普教育的实践活动中,引导培养一批热爱科学探究的“明日科技之星”,实现教育的可持续发展。
  研究型课程是开展环境教育的重要组织形式。在我们开展的此项环境教育活动中,社团起到带头作用,使整个的环境教育达到真正的实效和社会影响。同时满足了学生的兴趣,并将他们的兴趣转化为科学探究的动力,在课题研究中培养了创新精神和科学探究能力。
  指导课题的体会
  反思这个课题的指导过程,我认为取得成功的关键是把握住3个原则:科学性、创新性和实用性原则。如何引导学生把握好这3个原则,与指导教师根据学生具体情况开展科学有效的指导密不可分。
  引导学生用科学的方法把问题与现象转化为可探究的小课题
  学生善于发现问题,但不善于把问题转化为课题。高中生的选题一般来源于身边生活,最初选题就是对这些现象和问题的描述,限于专业知识和研究思路的局限,高中生自己很难采取科学的方法将观察到的现象或问题转化为可以深入研究的小课题,因此需要教师运用专业知识对其进行引导,从而使小问题变化为小课题。比如朱孟金同学发现在苔藓植物分布多的地方,土壤比较湿润,他推断这种现象是否说明苔藓植物具有很强的保水作用。学生只能停留在对自然现象的观察与推断,如何通过课题研究对该现象给予科学的回答,需要指导教师科学的引导。同时,考虑到课题的可行性,研究对象范围锁定为上海市公园绿地的苔藓植物,保水性的实验方法等都是在教师的有效指导下逐步完善,最终形成了课题《上海市公园绿地的苔藓植物多样性及其保水作用研究》。
  鼓励学生全方位获取信息,培养学生对信息的检索、综合及判断能力
  鼓励学生获取信息的方式包括:报纸杂志、图书馆书籍、电子期刊数据库、百度等搜索引擎等多种方式,因为每一种检索方式都有其优势。
  除了广泛寻找有用资料外,从已有文献中获取信息也就是二次检索也很重要,但学生容易忽视。学生在阅读文献的时候一般对后面密密麻麻的参考文献视而无睹,当我提醒学生后,学生根据后面的参考文献顺藤摸瓜查阅到了很多有价值的信息。
  如何引导学生通过阅读大量资料,从中提炼出对课题有价值的信息,我认为必须让学生经历一个整理归纳的过程。学生在查询大量资料后,应要求学生对资料分类,概括并写出自己的观点。学生在经过这样一个整理、再学习的过程后,发现了文献的价值,从而为选题过程提供有价值的信息。
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