通過跨學(xué)科融合,設(shè)計(jì)“新途徑、新出路、在眼前”科技制作活動(dòng),讓學(xué)生體驗(yàn)科技創(chuàng)新的過程,提升多角度看問題的能力,因地制宜落實(shí)節(jié)能減排,為科學(xué)插上綠色翅膀。
通過跨學(xué)科融合,設(shè)計(jì)“新途徑、新出路、在眼前”科技制作活動(dòng),讓學(xué)生體驗(yàn)科技創(chuàng)新的過程,提升多角度看問題的能力,因地制宜落實(shí)節(jié)能減排,為科學(xué)插上綠色翅膀。
我是一名中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)員,經(jīng)常帶領(lǐng)學(xué)生做物理實(shí)驗(yàn)和科技小制作,在活動(dòng)中大家形成了做實(shí)驗(yàn)就是耗材,科技制作就是奔著高大上的思維定式,因而忽略了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,形成“口頭倡議環(huán)保,行動(dòng)忽視環(huán)?!钡默F(xiàn)象。實(shí)際上物理與環(huán)境教育是緊密聯(lián)系的,科技創(chuàng)作的過程即環(huán)境保護(hù)的過程。那么如何通過跨學(xué)科融合策略,讓學(xué)生多角度看問題,通過節(jié)能減排的科創(chuàng)活動(dòng)新方式,體驗(yàn)綠色科創(chuàng),知道環(huán)保與生活、學(xué)習(xí)密不可分,學(xué)習(xí)處處體現(xiàn)環(huán)境教育,為此設(shè)計(jì)了“新途徑、新出路、在眼前”科技制作活動(dòng),實(shí)施“節(jié)能減排,關(guān)愛健康”的新舉措。
變廢為寶新途徑——塑料教具新呈現(xiàn)
在同學(xué)們的認(rèn)知里,廢舊塑料能做編花、筆筒等用具,在科技課上設(shè)計(jì)“變廢為寶”新途徑,讓同學(xué)們制作為教學(xué)服務(wù)的教具。恰巧物理課缺少驗(yàn)證流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的儀器,某網(wǎng)伯努利方程儀價(jià)格很貴,無法購買,于是大家思考用低成本物料來制作儀器,老師拿來三種容積不同的柱形塑料瓶,引導(dǎo)同學(xué)們利用學(xué)過的“伯努利原理”知識(shí),建立理論知識(shí)與塑料瓶的聯(lián)系,用科學(xué)的方法驗(yàn)證流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系。其間老師向大家介紹“和田十二法”科創(chuàng)方法,共同建立項(xiàng)目背景、設(shè)計(jì)方案、材料準(zhǔn)備、儀器加工、儀器應(yīng)用及分享的科創(chuàng)流程。
按照科創(chuàng)流程,小李等同學(xué)研究氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系。材料選擇了氣泵和 5 升、1.5 升、0.5升礦泉水瓶,薄紙殼、吸管。制作三個(gè)型號(hào)氣流倉并且在側(cè)面開相同的孔,之后把底部開孔并相互連接,形成一條通道,利用薄紙殼做風(fēng)車,把風(fēng)車插在孔外側(cè)氣泵吹瓶口一端,形成了氣體在三個(gè)倉流動(dòng),氣體流速影響風(fēng)車轉(zhuǎn)速,以此來判斷氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系。
小吳等同學(xué)運(yùn)用“和田十二法”法則中代一代方法,研究水流動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)與流速的關(guān)系,用 PVC管代塑料瓶,化學(xué)儀器分液漏斗和滴管代風(fēng)車。水槽和 PVC 管形成環(huán)形且一邊開口體系,在上端PVC 管中間開一口,安裝漏斗,在水泵作用下,水在 PVC 管循環(huán)流動(dòng)。從一端流出的水判斷液體流速,當(dāng)增加水泵動(dòng)力時(shí),水在漏斗呈現(xiàn)沸騰的狀態(tài),同學(xué)們將其命名為“沸騰的水”。之后設(shè)計(jì)滴管代替分液漏斗,形成研究流速與壓強(qiáng)關(guān)系的研究實(shí)驗(yàn),達(dá)成智趣與探究的兩個(gè)功能塑料儀器,不僅在課堂上使用,還在校園科技角展覽供師生實(shí)驗(yàn)探究。
塑料教具制作成本低,激發(fā)學(xué)生制作內(nèi)容越來越豐富,用紙盒做成小孔成像、舊筆芯和錫箔紙做電容筆等,在化學(xué)、生物等多學(xué)科呈現(xiàn),拓展了變廢為寶發(fā)展空間。
節(jié)能減排社區(qū)新出路——智能“雙芯”報(bào)警器
節(jié)能減排是國家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要,談到節(jié)能減排,學(xué)生馬上就會(huì)說節(jié)約用水,少開燈、少開車的固有話題,本次我們尋求讓智能產(chǎn)品走進(jìn)社區(qū),助力節(jié)能減排,走出新的出路。小史等三名同學(xué)去社區(qū)調(diào)查百姓生活中的安全隱患,由于中國人口老齡化原因,家人最擔(dān)心的是燃?xì)饧半娫斐苫馂?zāi),夏天或冬天窗戶打開造成能源流失的現(xiàn)象。
針對(duì)這樣的問題,他們決定設(shè)計(jì)制作智能報(bào)警器,經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研,在功能上實(shí)現(xiàn)兩種形式報(bào)警,其一是鳴笛達(dá)到提醒房間里的人的目的,其二是遠(yuǎn)程傳輸信號(hào)讓在外兒女或火警中心接到報(bào)警信號(hào)。然后對(duì)市場(chǎng)主流產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研診斷,市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品都采用藍(lán)牙等傳輸方式,傳輸距離短。老師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)調(diào)綠色材料、安全節(jié)能重要性,他們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)注意節(jié)能環(huán)保,通過物理方法產(chǎn)生電信號(hào)和處理發(fā)出聲波提示,通過網(wǎng)絡(luò)連接手機(jī)提醒,技術(shù)上采用 NB-iot 通信技術(shù)的一款低功耗門磁報(bào)警器,為擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景,增設(shè) BC28+stm32的雙芯片組合,搭配氣體傳感器,實(shí)現(xiàn)燃?xì)庑孤﹫?bào)警的功能。產(chǎn)品組成由主機(jī)和磁條組成,一部分安裝在窗戶上,另一部分安裝在墻上,當(dāng)推動(dòng)窗戶形成位移時(shí),報(bào)警器立刻發(fā)出鳴笛達(dá)到報(bào)警作用。在應(yīng)用拓展環(huán)節(jié),學(xué)生通過路演、展板及校園公眾號(hào)等形式進(jìn)行宣傳。本項(xiàng)目在全球發(fā)明大會(huì)北京 ICC大賽獲得三等獎(jiǎng)。
為了保障智能設(shè)計(jì)制作順利完成,老師設(shè)計(jì)“工程日志”“組員分工記錄表”“主題活動(dòng)成果展示量規(guī)和 LOGO 的量規(guī)”過程和總結(jié)評(píng)價(jià),讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究是嚴(yán)謹(jǐn)、堅(jiān)持、合作的過程。師生發(fā)現(xiàn)在節(jié)能減排社區(qū)新出路上,可制作的項(xiàng)目很多,如手機(jī)和電動(dòng)車在充電時(shí)自燃危害,暖氣漏水危害等,所以下一屆要發(fā)展更多人參與節(jié)能減排進(jìn)社區(qū)。
關(guān)愛健康在眼前——光學(xué)新型實(shí)驗(yàn)儀
學(xué)校和學(xué)生對(duì)眼保健操非常重視,但學(xué)生近視率仍然上升。有些光學(xué)器件對(duì)學(xué)生眼睛也會(huì)造成傷害,在物理光學(xué)模塊學(xué)習(xí)中,初高中都用到了激光筆,光污染恰是學(xué)習(xí)生活忽略的環(huán)節(jié),我雖然不是健康教師,但孩子健康是全方位的重要工作,
關(guān)愛學(xué)生健康就在眼前,于是開展了“探索光學(xué)模塊激光路,科創(chuàng)綠色教具之行”活動(dòng),首先帶領(lǐng)學(xué)生查看物理光學(xué)模塊激光使用情況,結(jié)論是光學(xué)學(xué)習(xí)中激光應(yīng)用接近 100%。然后考察激光儀器安全情況,初中使用激光演示儀較安全,高中階段學(xué)習(xí)光的干涉時(shí)使用激光筆概率大,下課時(shí)會(huì)發(fā)生拿激光筆晃人的現(xiàn)象。同時(shí)調(diào)查發(fā)現(xiàn)家庭中也有光污染,如家庭燈具照明度過高;墻面的光反射過亮,反射系數(shù)高達(dá) 90%,對(duì)身體造成影響。大家組織宣傳活動(dòng),建議關(guān)注光污染,避免強(qiáng)光照射眼睛。在眾多儀器中,雙縫干涉測(cè)波長實(shí)驗(yàn),儀器操作復(fù)雜,成功率低,市場(chǎng)上存在采用強(qiáng)激光污染源現(xiàn)象,我們確定開展《雙縫干涉新型實(shí)驗(yàn)儀》的主題活動(dòng)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,主要解決光源和新增智能控制以及廢舊儀器再利用問題。經(jīng)過大量測(cè)試,光源選取高亮發(fā)光二極管,新增無線遙控技術(shù),達(dá)到不同顏色光源的自動(dòng)切換,新零件與原儀器零件接口相同,實(shí)現(xiàn)新舊部件通用。經(jīng)過課堂上試用,新型儀器現(xiàn)象顯著,操作簡單,已在實(shí)驗(yàn)課推廣使用。此項(xiàng)目
在北京青少年科技創(chuàng)新大賽獲得二等獎(jiǎng)。新型儀器的制作是關(guān)愛學(xué)生眼睛健康的創(chuàng)作,是環(huán)境保護(hù)與學(xué)生近距離接觸的過程,學(xué)生深切地領(lǐng)悟“愛護(hù)環(huán)境,就是愛護(hù)自己”的道理。師生經(jīng)歷了“新途徑、新出路、在眼前”科技制作的活動(dòng),體驗(yàn)了科技創(chuàng)新的過程,沒有追求高大上的成果,真正目的是通過活動(dòng)提升學(xué)生多角度看問題的能力,因地制宜地落實(shí)節(jié)能減排,為科學(xué)插上綠色翅膀!此時(shí)我們已發(fā)展新的一屆學(xué)生,投入“多功能磁卡”“電動(dòng)車電池預(yù)燃報(bào)警器”環(huán)??萍紕?chuàng)作中。綠色科創(chuàng)之行是師生將為之奮斗不息的主題。
(作者單位:北京市第十五中學(xué))
原載于《環(huán)境教育》雜志2024年7月刊