依托無土栽培實驗室實施社會性科學議題學習

盧特

科學課程是一門統(tǒng)籌設計整體規(guī)劃的綜合性課程，強調(diào)學科與其他領域之間相互滲透和聯(lián)系整合。利用科學學科特色在整體框架下借助綜合性的社會性科學議題（SSI），能更好地引導學生關注和分析科學、政策、經(jīng)濟、安全、倫理等相關內(nèi)容，促進學生社會性、開放性、科學性、倫理性思維的發(fā)展。本文介紹我校依托無土栽培實驗室，開展社會性科學議題學習，推動學生核心素養(yǎng)發(fā)展的一些具體做法。

研究緣起

鏡頭1：目前市面上逐漸興起“放心菜”的潮流，從培育基質(zhì)、澆灌用水、科學施肥、綠色殺蟲全過程都保證了綠色健康，這就是放心菜深受大家喜愛的秘密。我校無土栽培實驗室每次“出產(chǎn)”的無公害生菜也都深受教師歡迎，我們嚴格把關，即使出現(xiàn)病蟲害的現(xiàn)象也堅持使用綠色殺蟲劑。

鏡頭2：放學路上，學校附近五里塘河周邊有時會看到農(nóng)民噴灑農(nóng)藥，“這樣種出來的菜我可不敢吃呢！”有同學議論到，“你看這河水發(fā)綠指不定還和這些農(nóng)藥有關呢！”不合理的滅蟲害手段對水體的富營養(yǎng)化也會造成一定的影響。

科學問題有意義

影響科學學習的一大矛盾在于科學知識與科學生活的割裂。在大量的科學學習負擔下，學生已逐漸忘記將課堂與生活聯(lián)系起來，但發(fā)現(xiàn)科學的敏銳觀察力一直存在學生的腦海中，通過SSI 的學習過程能有效地將學生觀察到的周邊水體富營養(yǎng)化問題與學生的科學知識聯(lián)系起來。于是，水體富營養(yǎng)化問題不再停留于學生的生活問題，而進一步轉(zhuǎn)化成有意義的科學問題。

科學實踐有質(zhì)量

挖掘有意義的科學議題是邁向SSI 學習的第一步。保證有質(zhì)量的實踐是建立在學生對實踐的原理有充分的認識，對實踐的計劃有充分的設計，對實踐的過程有充分的嘗試，以及對實踐的結(jié)果有充分的反思的基礎上的，其背后需要SSI 學習的專業(yè)設計和教師的輔助支持。

科學治理有效果

學生在觀察水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象時，也認識到水體富營養(yǎng)化的治理不再是單一的科學問題，還涉及社會問題、經(jīng)濟問題、倫理問題等，引領學生思維向更廣闊的領域發(fā)展。

基于以上思考，將綠色科學、和諧社會等思想融入無土栽培實踐過程中，豐富水體富營養(yǎng)化防治教學的背景與意義，讓學生在做中學，從經(jīng)驗中積累知識，從實際操作中培養(yǎng)思維能力、解決問題的綜合能力和創(chuàng)造力。

背景剖析

學生分析

通過之前的學習，學生對植物、生態(tài)有基本認識，樂于觀察周圍植物生長、水體狀況等生態(tài)問題，并且對無土栽培實驗操作有一定基礎。通過本節(jié)課的學習，學生在無土栽培的實際操作中發(fā)現(xiàn)蟲害困擾問題、實驗室水體富營養(yǎng)化問題，親自動手配制綠色環(huán)保殺蟲劑。在此過程中，學生學習科學的興趣漸濃，對實驗結(jié)果評價的能力提升，并進一步形成對綠色生態(tài)的綜合性認識，其反思性判斷的發(fā)展和理解科學的多種視角能力得到提高。

教學分析

針對本節(jié)課自制綠色殺蟲劑的內(nèi)容，學生在操作過程中用所需的科學知識為溶液配制進行計算。學生從病蟲害、殺蟲劑原理、病蟲害防控政策、水體富營養(yǎng)化的影響，以及生態(tài)倫理等方面認識自制綠色殺蟲劑就更具意義。本議題的星形圖（見圖3）呈現(xiàn)了活動的多個教育視角，使學生在學習過程中能從自我立場作出選擇和決策。具體分析如下。

● 科學角度：通過認識綠色殺蟲劑的原理與配制過程，分析其使用的合理性和可行性。

● 政策角度：病蟲災害關乎農(nóng)業(yè)發(fā)展，為此國家出臺農(nóng)作物病蟲害防治條例，并由專業(yè)衛(wèi)生部門檢測防治過程中可能產(chǎn)生的污染排放情況。

● 倫理角度：在使用殺蟲劑治理病蟲害的過程中是否將對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響，破壞正常運行的生態(tài)倫理。

● 安全角度：首先需要學生在學習過程中了解綠色殺蟲劑殺蟲的有效性，其次需要進一步認識綠色殺蟲劑是否可能存在副作用。

● 經(jīng)濟角度：結(jié)合自制成本，考慮自制綠色殺蟲劑是否適合學校無土栽培實驗室使用，能否進行進一步推廣銷售。

教學過程

環(huán)節(jié)一：無土栽培實驗室植物常見病蟲害

師：實驗室里可愛的小植株們的天敵是誰呢？

生：植株們的天敵——病蟲害。

師：根據(jù)我們的觀察和認識，我們的無土栽培實驗中的各種植物都容易受哪些病蟲害的困擾呢？（觀察學校無土栽培實驗中各類植物的常見病蟲害問題，引起學生愛護自然情感上的共鳴。）

生：觀察水培區(qū)植株有葉片發(fā)黃、枯萎，根部出現(xiàn)爛根的現(xiàn)象。

師：植株的根部傷害主要來自于真菌、細菌的侵害。常見的有瓜果腐霉菌、立枯絲核菌、多種鐮刀菌、單孢桿菌等。試猜想根霉病和哪些因素有關呢？

生：種子、基質(zhì)、空氣、營養(yǎng)液、溫度、昆蟲、工作人員的衣物、雙手等。（教師啟發(fā)學生從多角度、多環(huán)節(jié)思考植物根部的侵害問題，培養(yǎng)學生發(fā)散思維的能力。）

師：除了根部侵害，你們還觀察到植物的哪些部位受傷害呢？

生：葉片上有霉斑、白粉等現(xiàn)象。

師：葉片上的霜霉病等都是由霜霉等微生物引起的，該病因和防治不當有關。

師：不僅是我們實驗室的植物飽受病蟲害的影響，農(nóng)作物受病蟲害影響造成的損失更大。2020 年國務院頒布了《農(nóng)作物病蟲害防治條例》，從檢測預報、預防控制、應急處理、專業(yè)化服務、法律責任等多方面保證農(nóng)作物的良好成長。對此，你們有什么想法？

生：探討農(nóng)作物病蟲害的感受。

設計意圖：通過讓學生觀察實驗室中的植物病蟲害，分析常見無土栽培過程中出現(xiàn)的病蟲害，以及病蟲害形成的原因。在觀察及問題分析的過程中，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力，并橫向拓寬學生多向思維的能力。學生在觀察實驗室受病蟲害侵擾的植物過程中能自然聯(lián)想到實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)作物受病蟲害的輻射范圍更廣，形成負面影響更大，并根據(jù)國家政策進一步體驗農(nóng)作物病蟲害防治的重要性，以及在治理過程中科學監(jiān)測、綠色防控的規(guī)范性，同時滲透學生愛護自然的情感態(tài)度和綠色治理的科學精神。

環(huán)節(jié)二：有哪些綠色方法能幫到植株

師：目前對于植株根部病害，尚缺乏有效的防治措施，主要采取生物學防治、栽培措施防治、物理防治和化學防治等方法，一般選用抗病品種防治根系病害。利用有抗性的微生物防治作物病害是未來防治植物病害的重要方法之一，但到目前為止，商業(yè)性防治病害的微生物還非常少。（教師激勵學生未來對微生物防治的發(fā)展和興趣。）

師：適合我們實驗室的殺蟲方法有哪些呢？需要考慮哪些因素？

生：進一步觀察無土栽培實驗室中植物、水體、設備等整體狀況。

師：除了考慮殺蟲殺菌的效應，你們在實驗室中還觀察到了哪些問題？

生：實驗室的循環(huán)水中出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)象。

師：所以我們在選擇殺蟲殺菌方式的過程中應該更加謹慎，從整體的生態(tài)倫理角度考慮才更全面。

師：考慮到綠色防治的宗旨，有哪些綠色環(huán)保的方法能幫到我們的植物呢？利用生活中的物品制成最環(huán)保的殺蟲劑。

師、生：韭菜、大蒜、洋蔥、絲瓜、鮮辣椒等浸泡液。

師：科學就是不斷在摸索前進的，生活中的小妙招雖然綠色環(huán)保，但效益不高，俗話說對癥下藥，今天這節(jié)課我們首先探究利用化學的力量，尋找到一種殺蟲滅菌的方法——波爾多液，嘗試幫助實驗室中的小植株們遠離病害困擾。（教師介紹波爾多液的成分和功效。）

生： 這樣的化學試劑是否真正無害呢？人能不能正常食用蔬菜呢？

師：（ 教師對學生的質(zhì)疑精神表示肯定和鼓勵。）介紹波爾多液的原理，當蔬菜中出現(xiàn)藍色顆粒及波爾多液，適當沖洗即可。波爾多液是否會污染實驗室中的循環(huán)水呢？請同學們探討分析。

生： 波爾多液主要的成分為CuSO4、Cu（OH）2、Ca（OH）2， 其中的Cu、Ca 元素是植物生長需要的養(yǎng)料，且不含造成水體富營養(yǎng)化的主要元素N、P，對水體富營養(yǎng)化的傷害不大。

設計意圖：使學生直面種植植物過程中會出現(xiàn)的問題，鼓勵學生在發(fā)現(xiàn)問題時能嘗試運用身邊的物品解決問題，并從物理防控、化學防控、栽培措施、生物防控、微生物治理等多元角度思考解決病蟲害的可能性。在整個過程中從倫理的角度進一步滲透生態(tài)倫理中強調(diào)的健康栽培管理、綠色防控技術等綠色科學思想，并將生態(tài)思維有效地運用到實際問題當中。

環(huán)節(jié)三：一起配制綠色殺蟲劑

師：接下來我們就親手配制波爾多液吧！動手實驗前我們需要做哪些準備工作呢？討論：確定溶液濃度，設計實驗方案……

（在實驗方案探討中，教師幫助學生確定波爾多液濃度，并滲透低濃度、高濃度對植株影響的思考。）

師：根據(jù)波爾多液的現(xiàn)配現(xiàn)用，以及實驗室植物的覆蓋面積情況，確定需要0.5% 倍量式波爾多液1 kg，則需要多少質(zhì)量的溶質(zhì)和溶劑？

生：計算。（教師對硫酸銅、氧化鈣如何得到波爾多液的反應進行提示，幫助學生確定硫酸銅、氧化鈣的用量。根據(jù)學生計算的用量提示學生在實際生活生產(chǎn)中不可能嚴格根據(jù)恰好反應原則進行生產(chǎn)實踐，在一定范圍內(nèi)過量反應是被允許且合理的。）

實驗材料與器材：硫酸銅晶體、氧化鈣粉末、水、天平、燒杯、量筒、稱量紙、玻璃棒、膠頭滴管、藥匙。

生：動手實驗。

師：介紹波爾多液的使用方法和用量。要想波爾多液的效果好，必須將溶液多噴灑在葉片的背部，因為葉片的背部氣孔多，易吸收。

生：噴灑自制波爾多液。

師：對比噴灑波爾多液前后的效果，你們還滿意嗎？

生：對成效滿意！

師：你們是從哪些角度評估波爾多液的功效的？

生：是否綠色環(huán)保，殺蟲效果，配制成本，義賣收益……

設計意圖：將科學知識與生活應用有機緊密結(jié)合，是體現(xiàn)生活中科學知識活學活用的極好素材。從科學的角度以配制波爾多液的活動鞏固科學中溶液配制操作，通過實際操作感受綠色殺蟲劑在配制、使用中的可行性，并從經(jīng)濟角度思考在配制過程中涉及的定量實驗原理、綠色化學的適量原則、綠色生產(chǎn)的實際問題。通過活動，學生能將實驗產(chǎn)物運用到無土栽培實驗室中，起到學以致用的效果，加強了學生對保護生態(tài)和諧的榮譽感和學習科學的價值。

實踐反思

寄情于景，真實教學

整個教學過程切合學生生活的科學議題設置，研究過程真實有效。通過認識植物的常見病蟲害，了解綠色病蟲害防治方法，以及自制綠色殺蟲劑等活動，學生提煉生活經(jīng)驗，學習國家政策，完成對植物病蟲害的實質(zhì)性認識;體驗生態(tài)倫理，全面剖析滅蟲過程的綠色防治過程;動手實操感受綠色殺蟲劑的安全性、有效性和經(jīng)濟價值。

結(jié)合無土栽培的真實背景探究綠色殺蟲劑，讓知識不停留于課本層面?？茖W學習與來自學生身邊的社會性議題的完美融合，也為發(fā)展學生核心素養(yǎng)的成長提供了新的思路和實踐道路。

學以致用，價值教學

通過無土栽培實驗室病蟲害植物治理的教學活動，追求以學生經(jīng)驗為教學基礎，以提高素養(yǎng)為發(fā)展目標，以活動方式進行教學，以科學價值引領成長的價值導向?；顒訄猿帧盎貧w科學生活”的思路，以學生對綠色植物的認識為起點，融入教學內(nèi)容，不斷擴大學生的綠色生態(tài)生活范圍。圍繞“綠色、生態(tài)、科學”的教學主題，培養(yǎng)學生重視綠色環(huán)保的健康生活，堅持科學治理的責任擔當，以及勇于實踐創(chuàng)新的核心素養(yǎng)。以開放式的制作綠色殺蟲劑活動探究科學學習模式的創(chuàng)新，讓學生在活動中積極表達、善于思考、努力實踐。通過制作、使用殺蟲劑等多種活動形式，引領學生認識綠色殺蟲劑隱含的科學生產(chǎn)價值，改善綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的社會功能，體驗學有所用，推動綠色生活生產(chǎn)的社會成長。

多重發(fā)散，思維教學

依托綠色殺蟲劑原理、殺蟲劑配制知識、對生產(chǎn)中農(nóng)業(yè)病蟲害防治的認識，以及對綠色生態(tài)循環(huán)的體驗、綠色殺蟲劑安全有效的實踐和殺蟲劑經(jīng)濟效益的評價等多維度的教學活動的有效開展，進一步推動學生科學思維品質(zhì)的實質(zhì)發(fā)展。

根據(jù)觀察到的植物現(xiàn)狀，請學生快速分析影響植株根部傷害的因素，教師結(jié)合真實“問”的情境，設置問題空間，引導學生在限定時間內(nèi)提出多方位影響因素，促進學生敏捷性思維發(fā)展。從對實驗室富營養(yǎng)化水體、周邊被污染水體的觀察，學生已逐步形成綠色生態(tài)和綜合治理的意識。當教師提出利用波爾多液進行殺蟲滅菌，學生能快速提出質(zhì)疑波爾多液是否綠色環(huán)保，并能從波爾多液的成分、滅菌原理等多角度分析其使用的有效性、安全性，學習過程中學生的批判性思維品質(zhì)得以凸顯。同樣，從學生探討綠色殺蟲劑應噴灑在葉片的正面還是背面的問題上，引發(fā)了靈活性思維的碰撞?！耙话闳~片的下表面氣孔多”是學生已有的知識經(jīng)驗，經(jīng)歷噴灑活動后，學生能將知識基礎遷移到噴灑殺蟲劑的實際問題中，在解決問題的同時靈活性思維得到提升。