STEAM+霧霾認知科教活動方案

李九彬

治理霧霾是生態(tài)文明建設(shè)的重要任務(wù)之一，而認知霧霾是治理霧霾的前提。本方案面向中學(xué)生，設(shè)計了一系列科普探究活動，包含準備、知識搭建、實施、總結(jié)和反思提升5個階段。旨在通過STEAM課程設(shè)計，傳播有關(guān)霧霾的科學(xué)知識，普及PM2.5監(jiān)測和分析的技術(shù)，培育學(xué)生的科學(xué)精神和實踐能力，運用跨學(xué)科思維解決身邊實際問題的能力。

活動實施

準備階段（9月1日-9月30日）

制訂活動方案，開展基礎(chǔ)性調(diào)查研究工作，與學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、學(xué)生、家長溝通，邀請專家，準備材料和器材、場地。

知識搭建（9月15日-11月15日）

通過研究性學(xué)習(xí)課程、專家講座和學(xué)生自主學(xué)習(xí)，對學(xué)生進行霧霾相關(guān)知識、科技探究方法的構(gòu)建。①利用雛鷹計劃課程時間，科技輔導(dǎo)員講解霧霾相關(guān)知識，包括大氣科學(xué)、環(huán)境化學(xué)等。②進行專家科普講座，邀請地理、氣象和科技活動專家，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法。③利用雛鷹計劃實踐時間和周末、節(jié)假日時間，在西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院實驗室現(xiàn)場講解霧霾（PM2.5）的監(jiān)測技術(shù)和相關(guān)知識；在西南大學(xué)附中校園實地講解空氣質(zhì)量觀測技術(shù)要領(lǐng)。

實施階段（10月1日一翌年5月30日）

學(xué)生組建研究小組，確定研究小課題，制訂研究方案，在校內(nèi)外教師的指導(dǎo)下，開展探究活動，做好過程性記錄和階段性總結(jié)。

STEAM之S（科學(xué)）——看一看引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好，通過看一看環(huán)節(jié)，進一步體會霧霾認知中的科學(xué)。①看科普書籍。教師推薦和學(xué)生自主選擇與環(huán)境保護、霧霾等相關(guān)的科普書目，通過撰寫讀書筆記、制作知識卡等方式，了解有關(guān)霧霾的科學(xué)知識，如定義、區(qū)分、來源、成因、影響和治理等。②看科普影片。如《穹頂之下》《霾伏的真相》《難以忽視的真相》《后天》等，深入了解當前人類面臨的嚴峻的環(huán)境問題，撰寫影評，分析片中應(yīng)用的科學(xué)原理和知識。③看新聞報道。鼓勵學(xué)生定時收看天氣預(yù)報和時事新聞，收集霧霾相關(guān)的文字、圖片、視頻資料，如重大的天氣污染事件，關(guān)注正在發(fā)生變化的空氣質(zhì)量。運用已有的科學(xué)知識，分析其中的真?zhèn)危页鲂侣剤蟮乐械牟豢茖W(xué)的說法。

STEAM之T（技術(shù)）——測一測現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)發(fā)達，能夠有效地監(jiān)測霧霾情況，指導(dǎo)學(xué)生通過不同的技術(shù)途徑測量空氣質(zhì)量，感受科學(xué)技術(shù)的巨大作用。①專業(yè)儀器監(jiān)測。借助西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院的專業(yè)儀器Tactical AirSampler，定時定點對PM2.5進行采樣和長期監(jiān)測。從PM2.5的定量分析實驗入手，研究其晝夜變化規(guī)律。后期，對樣本進行稱量和分析，繪制成圖，從而獲得PM2.5在冬夏季節(jié)濃度變化的直觀反映，達到探究其特征的目的。②專業(yè)網(wǎng)站查詢。通過全國城市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺，可以查詢國家站點的空氣質(zhì)量狀況，包括AQI、PM2。5、PMIO等數(shù)據(jù)。指導(dǎo)學(xué)生每天定時記錄所選站點的相關(guān)數(shù)據(jù)。③手機APP搜集。智能手機基本都有天氣類APP，會及時更新空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生有意識地搜集、記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，進行深入的研究。

STEAM之E（工程）——做一做①制作空氣霧霾監(jiān)測裝置。利用空氣監(jiān)測傳感器搭配Arduino控制器和擴展板，搭建出一個簡易空氣監(jiān)測裝置，科學(xué)客觀地了解我們時刻呼吸的空氣質(zhì)量。②自制PM2.5警報裝置。通過在手機上添加空氣質(zhì)量傳感器，自動檢測PM2.5濃度，當濃度超過一定范圍，手機會發(fā)出警報聲，提醒用戶采取遠離、佩戴口罩等措施。③防霧霾口罩設(shè)計。針對市面上的防霧霾口罩的不足之處，通過加一加、減一減等方法，進行自主研發(fā)。也可以進行外觀設(shè)計，將傳統(tǒng)文化、環(huán)保理念、個人愛好等反映在設(shè)計的作品上。

STEAM之A（藝術(shù)）——拍一拍①拍天空寫真。讓學(xué)生每天固定時間、固定地點、固定視角給天空拍照并做好記錄，通過空氣能見度的變化，反映空氣質(zhì)量狀況，然后制作天氣日歷，觀察霧霾的生消。②畫自然筆記。把觀察到的天氣變化用藝術(shù)手法表現(xiàn)出來，配上時間、地點、心情等信息，圖文并茂地記錄自然變化。③寫觀察日記。讓學(xué)生養(yǎng)成撰寫觀察日記的習(xí)慣，留心每日見聞，忠實記錄下來。

STEAM之M（數(shù)學(xué)）——算一算①分析數(shù)據(jù)。運用excel、spss等軟件，對專業(yè)儀器所測數(shù)據(jù)、專業(yè)網(wǎng)站查詢數(shù)據(jù)及手機APP搜集的數(shù)據(jù)進行分析，通過最大值、最小值、平均值、方差等統(tǒng)計指標，探索空氣質(zhì)量的時空變化規(guī)律。②建立模型。運用數(shù)學(xué)建模思想，探索霧霾與人類活動、降水量、溫度、濕度、人口等因素之間的關(guān)系，為霧霾的科學(xué)治理提供依據(jù)。

總結(jié)階段（11月10日一翌年6月30日）

學(xué)生在探究過程中要經(jīng)歷研究性學(xué)習(xí)初賽、復(fù)賽、決賽，各種全國科技競賽，雛鷹計劃課題結(jié)業(yè)答辯，活動中期展示等活動，教師要不斷地給學(xué)生建議和指導(dǎo)，并對表現(xiàn)突出的同學(xué)進行表彰和宣傳。

◇組織小組學(xué)生進行總結(jié)，撰寫活動報告；在活動課上分小組進行交流，分享霧霾探究成果及收獲；在學(xué)校一年一度的研究性學(xué)習(xí)多媒體展示大賽中展示交流。

◇指導(dǎo)學(xué)生撰寫科技創(chuàng)新論文，召開論文答辯交流會，擇優(yōu)推薦參加區(qū)、市及全國科技競賽。撰寫文章和拍攝照片，向報紙、期刊投稿。將發(fā)明創(chuàng)意進行專利申請。

◇整理學(xué)生霧霾研究的文章、圖片、視頻等相關(guān)資料，匯集成冊，作為校本課程使用。

◇制作展板、PPT等，通過“小先生”講座向?qū)W校師生進行科普展示，在學(xué)校宣傳欄、LED屏、校園網(wǎng)、社區(qū)進行宣傳，并利用微博、微信等自媒體擴大宣傳。

◇制作霧霾應(yīng)對手冊和藍天保衛(wèi)宣傳單，向環(huán)保、市政等部門提出建議，為打好藍天保衛(wèi)戰(zhàn)作出貢獻。

反思提升（7月1日-8月31日）

針對活動開展過程中的不足，思考改進建議，將活動的優(yōu)秀成果推廣，并修正科教方案，準備下一輪實施。

評價標準與方式

本活動將對學(xué)生進行過程性和結(jié)果性雙重評價。過程性評價包括出勤情況、活動表現(xiàn)、作業(yè)完成情況等；結(jié)果性評價將由課程研究報告決定，學(xué)生比賽獲獎、論文發(fā)表可以獲得加分。對教師的評價主要根據(jù)教師完成指導(dǎo)情況、開展科研課題情況、發(fā)表論文情況進行。

該項目獲得第32屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科技教育方案類一等獎。

專家評語

該方案體現(xiàn)了“三自”原則，教育目標明確，傳播的相關(guān)科學(xué)知識、方法、技能和思想來源可靠，符合科技教育活動的基本規(guī)律。方案同時體現(xiàn)出完整性和可行性，實施后亦會產(chǎn)生較好的示范效應(yīng)。希望繼續(xù)對該方案進行完善，以充分發(fā)揮其提升青少年科學(xué)素質(zhì)的作用。