張銀霞 郭曉麗 魏銳 劉秀英

水對人類生存的重要性不言而喻。1977 年，聯(lián)合國曾向全世界發(fā)出警告，水資源危機(jī)不久將成為繼石油危機(jī)之后的下一個危機(jī)[1]。我國淡水資源人均占有率低，僅為世界人均淡水占有率的1/4，存在人均水資源匱乏、供需矛盾加劇、水資源利用率低、污染及浪費(fèi)嚴(yán)重等問題[2]。2019 年4 月15 日，國家發(fā)展改革委、水利部發(fā)布了《國家節(jié)水行動方案》，將“提升節(jié)水意識”作為國家節(jié)水行動的保障措施之一。然而，在現(xiàn)實(shí)生活中，我們依然發(fā)現(xiàn)學(xué)生的節(jié)水意識薄弱，不能自覺主動地發(fā)現(xiàn)生活中浪費(fèi)水的現(xiàn)象。

本案例正是基于“如何更好地節(jié)約用水”這一社會問題，通過解讀家庭水費(fèi)單的小入口，幫助學(xué)生了解國家層面的節(jié)水要求，調(diào)查發(fā)現(xiàn)家庭用水情況，以數(shù)據(jù)的視角層層深入分析，力求通過有形的數(shù)字在用水量方面給學(xué)生帶來更為直觀的感受刺激，激發(fā)其節(jié)約用水的責(zé)任感，形成家庭節(jié)水方案，以個人帶動家庭，以家庭帶動社會，形成全民節(jié)水意識。本案例屬于“開展調(diào)查，制訂方案”類的科技創(chuàng)新項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動，其開發(fā)與實(shí)施以期為該類型的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)提供借鑒。

項(xiàng)目簡介

本項(xiàng)目的核心驅(qū)動問題為“解讀家庭水費(fèi)單，了解自家用水情況，制訂合理的家庭節(jié)約用水規(guī)劃方案”。為了達(dá)成這一目標(biāo)，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動中，需要學(xué)生從自來水繳費(fèi)單入手調(diào)查自家用水情況，以班級為單位，通過對自來水繳費(fèi)單（如圖1）數(shù)據(jù)進(jìn)行家庭間各項(xiàng)使用情況的縱向、橫向?qū)Ρ龋源税l(fā)現(xiàn)自家用水的不合理之處，有理有據(jù)合理規(guī)劃家庭用水，制訂家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案，通過方案實(shí)施前后家庭用水?dāng)?shù)據(jù)的變化檢驗(yàn)方案的有效性，最終形成具有推廣價值的家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案。

除了凸顯“合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水”的主題外，此驅(qū)動問題的選擇主要考慮以下方面。驅(qū)動問題的選擇及項(xiàng)目成果的設(shè)計(jì)都緊密聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際 以解讀家庭自來水繳費(fèi)單為切入點(diǎn)，以生活用水的數(shù)據(jù)感受家庭自來水的使用情況；通過對自家自來水使用的溯源與情況調(diào)查，讓學(xué)生參與到家庭生活中，體會家庭責(zé)任感；以家庭節(jié)水方案的制訂作為項(xiàng)目成果，梳理家庭生活用水情況，形成每個家庭的特色用水方案。

將“調(diào)查與探究”技能納入目標(biāo)體系 讓學(xué)生經(jīng)歷調(diào)查內(nèi)容的確定、調(diào)查數(shù)據(jù)的收集、調(diào)查數(shù)據(jù)的處理與分析，以及調(diào)查結(jié)論的獲得等調(diào)查過程；在解讀家庭自來水繳費(fèi)單的過程中，讓學(xué)生調(diào)查與探究自來水繳費(fèi)單上的階梯水價的背景及其社會意義；匯聚班級學(xué)生各自家庭自來水費(fèi)單上的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過縱向、橫向?qū)Ρ?，讓學(xué)生調(diào)查與探究自家使用自來水是否存在浪費(fèi)、如何節(jié)約；在制訂合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水方案時，讓學(xué)生探究合理與節(jié)約的關(guān)系，探究家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃的原則，以便制訂出適合自家的節(jié)約用水合理規(guī)劃方案。

以數(shù)據(jù)視角研究社會問題 通過匯總收集到的班級學(xué)生各自家庭自來水繳費(fèi)單上的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)學(xué)計(jì)算的方法獲得班級人均每月自來水使用量，再結(jié)合查閱資料獲取到的城市人均用水量、城市居住人數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)估算，使學(xué)生通過數(shù)字對比感受家庭節(jié)約用水對淡水資源消耗的影響，從而激發(fā)其節(jié)約和保護(hù)水資源的責(zé)任意識；合理規(guī)劃方案實(shí)施前后的對比，也是通過數(shù)學(xué)計(jì)算的方式以數(shù)字作為有效結(jié)果的例證。

項(xiàng)目規(guī)劃

對于以數(shù)據(jù)視角研究社會問題的PBL 項(xiàng)目，問題解決邏輯可以分為3 條主線，一條是“調(diào)查與探究”的主線，一條是“基于數(shù)據(jù)視角分析社會問題”的主線，這2 條是“調(diào)查與分析”的邏輯，而方案的設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)則是“達(dá)成目標(biāo)”的主線。

在調(diào)查與探究主線中，學(xué)生需要對問題及問題本身隱含的社會價值進(jìn)行調(diào)查和探究。在本項(xiàng)目中，學(xué)生需要調(diào)研家庭自來水繳費(fèi)單上的階梯水價，調(diào)查全球及我國的淡水資源情況，調(diào)查各省市行政區(qū)供水量、用水量、淡水資源總量，調(diào)查全球、全國及各省級行政區(qū)人口總數(shù)，周末自家用水總量和各項(xiàng)詳細(xì)用水量等。在調(diào)研過程中，學(xué)生需要關(guān)注調(diào)查目的、調(diào)查內(nèi)容、調(diào)查方式和調(diào)查結(jié)果等要素。

基于數(shù)據(jù)視角分析社會問題主線中，學(xué)生需要將調(diào)研的資料匯總外化成數(shù)據(jù)，并運(yùn)用數(shù)學(xué)思維搭建數(shù)學(xué)模型，通過尋找合適的數(shù)據(jù)方法對要探究的社會問題進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析，以達(dá)到通過有形的數(shù)字使學(xué)生感受抽象社會問題的目標(biāo)。學(xué)生在本項(xiàng)目中通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與比較、數(shù)學(xué)計(jì)算、數(shù)學(xué)估算等方法獲取數(shù)據(jù)，說明家庭用水對淡水資源消耗的影響。在這個過程中，還可以設(shè)計(jì)借助現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段和技術(shù)工具輔助數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)建模和數(shù)據(jù)運(yùn)算。在達(dá)成目標(biāo)主線中，需要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注方案的有效性、實(shí)施的可行性、方案結(jié)果的呈現(xiàn)形式等問題。

以上3 條主線的組成及相互關(guān)系如圖2 所示。

基于上述3 條問題解決的邏輯主線與PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)的核心思想，圍繞“合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水”這一核心驅(qū)動問題，繼續(xù)將任務(wù)拆解為子任務(wù)與子活動，并將子任務(wù)與項(xiàng)目成果之間建立聯(lián)系，如圖3 所示。

在項(xiàng)目導(dǎo)引中需要通過認(rèn)識家庭自來水繳費(fèi)單引導(dǎo)學(xué)生明確項(xiàng)目任務(wù)、規(guī)劃活動進(jìn)程；在任務(wù)1 中需要引導(dǎo)學(xué)生解讀階梯水價，發(fā)現(xiàn)節(jié)約用水的意義，包括具體應(yīng)該調(diào)研哪些內(nèi)容，如何基于調(diào)研數(shù)據(jù)估算家庭用水對淡水資源消耗的影響。

在任務(wù)2 中需要引導(dǎo)學(xué)生解讀家庭用水量、發(fā)現(xiàn)自家用水不合理之處，包括研討調(diào)查哪些內(nèi)容，如何記錄自家家庭用水?dāng)?shù)據(jù)，如何收集匯聚數(shù)據(jù)，如何以班級為單位進(jìn)行縱向、橫向數(shù)據(jù)的比對分析以發(fā)現(xiàn)自家用水的不當(dāng)之處。

任務(wù)2 中需要借助“調(diào)查與探究”“基于數(shù)據(jù)視角分析探究社會問題”的邏輯主線完成。

在任務(wù)3 中則由基于現(xiàn)狀的調(diào)查轉(zhuǎn)向“達(dá)成目標(biāo)”類任務(wù)，從家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃的原則，如何衡量方案的有效性等核心角度出發(fā)，思考合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水所要達(dá)到的目標(biāo)，進(jìn)而在任務(wù)3 中引導(dǎo)學(xué)生分階段完成方案的制訂、方案的優(yōu)化、方案的實(shí)施等。

在成果展示環(huán)節(jié)，需要引導(dǎo)學(xué)生驗(yàn)證方案的有效性，并最終形成有推廣價值的家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案，進(jìn)行成果展示。不僅如此，在成果展示中，外顯學(xué)生“調(diào)查與探究”“基于數(shù)據(jù)分析社會問題”的理解過程。

各子項(xiàng)目及其任務(wù)的組成結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

活動設(shè)計(jì)

項(xiàng)目導(dǎo)引：開啟合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水行動

項(xiàng)目導(dǎo)引被分成3 個活動。

在活動1 中，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識和讀取自家的自來水繳費(fèi)單，并自己動手制作一個家庭月用水信息統(tǒng)計(jì)的電子表格，作為該活動的產(chǎn)品輸出。通過對這些數(shù)據(jù)的匯總，有意識地引導(dǎo)學(xué)生了解自家每個月的淡水消耗情況，結(jié)合自來水繳費(fèi)單上的信息，引導(dǎo)學(xué)生提出感興趣的問題，例如階梯水價是什么？為什么實(shí)施階梯水價？水資源費(fèi)改稅是什么？為什么要繳納這項(xiàng)稅費(fèi)？水費(fèi)單上顯示家庭用水量，這些水都用在了哪里？通過對問題進(jìn)行梳理形成解讀水費(fèi)單的子任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注自來水繳費(fèi)單上不同的數(shù)據(jù)分類，輔以交流討論和自主思考，啟發(fā)學(xué)生思考使用不同數(shù)據(jù)類型的原因，從而引出本項(xiàng)目的活動主題。

在活動2 中，利用“方法導(dǎo)引”欄目幫助學(xué)生明確本次合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水的任務(wù)和意義，并對問題進(jìn)行拆解，動手制作問題框架結(jié)構(gòu)圖作為本活動的產(chǎn)品輸出。

在活動3 中，通過“活動探究”欄目幫助學(xué)生對活動環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)化，并對解決問題的關(guān)鍵步驟進(jìn)行梳理歸納，動手制作關(guān)鍵步驟實(shí)施圖作為本活動的產(chǎn)品輸出。

任務(wù)1：解讀階梯水價，發(fā)現(xiàn)節(jié)約用水

本任務(wù)主要分為3 個活動，其活動設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

在活動1 中，通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行信息檢索，了解階梯水價及其背后的意義。在學(xué)生進(jìn)行資料查閱的過程中，通過“方法導(dǎo)引”欄目給出閱讀提示，學(xué)生可以在問題引領(lǐng)下將閱讀材料作為問題素材進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析。最后，學(xué)生會完成一個階梯水價資料閱讀記錄表，記錄閱讀的內(nèi)容、對內(nèi)容的思考及感悟，作為本次活動的產(chǎn)品輸出。

在活動2 中，通過“自主思考”欄目引導(dǎo)學(xué)生思考如何有序地開展這項(xiàng)活動，關(guān)注哪些信息，以及選用何種信息技術(shù)處理工具能夠更加簡便地匯總?cè)嗉彝ビ盟y(tǒng)計(jì)。本次活動的產(chǎn)品輸出是一個全班可以在線共享編輯的電子統(tǒng)計(jì)表，得出的全班人均用水量作為任務(wù)2 和任務(wù)3 對比參考的依據(jù)。

在活動3 中，通過“方法導(dǎo)引”欄目引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查閱最具權(quán)威的資料，獲取最新公布的全國、全球的淡水資源情況和人口數(shù)，各省城鎮(zhèn)居民供水、用水情況等信息，引導(dǎo)學(xué)生完成家庭用水對淡水資源消耗影響的估算，并動手制作估算過程表，作為此次活動的輸出產(chǎn)品，完成的過程就是學(xué)生通過數(shù)字感受家庭用水及合理規(guī)劃家庭用水對淡水資源使用影響的過程。該活動是通過有形的數(shù)字讓學(xué)生感受淡水資源的珍貴，感受家庭節(jié)約用水的重要性，建立“節(jié)約用水，從我做起”責(zé)任感的一個很重要的環(huán)節(jié)。

在活動2 和活動3 中體現(xiàn)了以數(shù)據(jù)視角研究社會問題的設(shè)計(jì)思路。

任務(wù)2：解讀家庭用水量，發(fā)現(xiàn)用水不合理之處

本任務(wù)主要分為3 個活動，其活動設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

活動1 和活動2 圍繞家庭用水的詳細(xì)調(diào)查?；顒? 利用“交流研討”引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識和學(xué)會讀取水表，并且選擇周末兩日學(xué)生全天在家的時間段為觀察周期，讓學(xué)生記錄、統(tǒng)計(jì)家庭周末單日用水總量，并動手制作電子統(tǒng)計(jì)表作為該活動的產(chǎn)品輸出。

活動2 中，通過“方法導(dǎo)引”欄目引導(dǎo)學(xué)生思考如何確定家庭周末單日用水情況的詳細(xì)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)、如何計(jì)量那些無法通過刻度計(jì)量的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)等問題；引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)表，并動手制作電子統(tǒng)計(jì)表和統(tǒng)計(jì)圖作為該活動的產(chǎn)品輸出。

在活動3 中，通過“活動探究”方式，引導(dǎo)學(xué)生將自家的人均用水量和班級家庭的人均用水量及所在省份的人均用水量進(jìn)行對比，以發(fā)現(xiàn)自家的人均用水量處在什么樣的消耗等級上。引導(dǎo)學(xué)生在班級的不同家庭間對比相同項(xiàng)的用水量、不同項(xiàng)的用水及其存在的合理性，以啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自家用水的不當(dāng)之處，分析整理并動手制作自家用水情況分析表作為活動的產(chǎn)品輸出。

任務(wù)3：合理規(guī)劃家庭節(jié)約用水方案

本任務(wù)主要分為3 個活動，其活動設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

在活動1 中，通過“活動探究”欄目引導(dǎo)學(xué)生討論合理與節(jié)約之間的關(guān)系，如何在它們之間尋求平衡，找出家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃的原則。與家人共同觀察并記錄自家當(dāng)前的各項(xiàng)用水量，分析自家節(jié)約和浪費(fèi)用水的原因，規(guī)劃自家預(yù)期的合理用水量，并由學(xué)生動手制作記錄表，作為本次活動的產(chǎn)品輸出，為自家合理規(guī)劃家庭用水找方向。

在活動2 中，通過“活動探究”欄目引導(dǎo)學(xué)生了解制訂規(guī)劃方案時的注意事項(xiàng)，并指導(dǎo)學(xué)生動手制作家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案設(shè)計(jì)表，作為此次活動的產(chǎn)品輸出。

在活動3 中，通過“活動探究”欄目引導(dǎo)學(xué)生采訪家人、朋友、教師，對方案可行性進(jìn)行優(yōu)化，并指導(dǎo)學(xué)生動手制作家庭用水合理規(guī)劃方案優(yōu)化意見征集表，作為此次活動的產(chǎn)品輸出。

項(xiàng)目總結(jié)：家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案交流展示

項(xiàng)目總結(jié)主要分為3 個活動。在活動1 中，引導(dǎo)學(xué)生記錄周末2 天家庭用水量在實(shí)施方案前后的對比，分析反思實(shí)施方案前后的節(jié)水有效性。在活動2 中，引導(dǎo)學(xué)生先計(jì)算全班節(jié)約方案實(shí)施后人均節(jié)約用水量，再以當(dāng)前省份的人口為標(biāo)準(zhǔn)，估算出節(jié)約方案實(shí)施后對節(jié)約淡水資源的影響值，通過這個計(jì)算過程獲得的數(shù)字感受家庭用水合理規(guī)劃后對淡水資源的影響力。在活動3 中，幫助學(xué)生了解撰寫家庭節(jié)約用水合理規(guī)劃方案報告和制作海報的注意事項(xiàng)。

項(xiàng)目特色

選題貼近生活，研究內(nèi)容有形具體 通過最常見的家庭自來水繳費(fèi)單，使學(xué)生能夠具體了解到各家每個月的用水情況，以小見大，從個人的節(jié)水意識帶動家庭，從每個家庭帶動社會，激發(fā)全民節(jié)水意識。

基于PBL 思想設(shè)計(jì)多種類型的學(xué)生活動

有動手操作、實(shí)驗(yàn)觀察，也有信息化技能的訓(xùn)練；既有宏觀層面的關(guān)注，也有具體實(shí)施的環(huán)節(jié)；在整個過程中還有不同程度的思維訓(xùn)練，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考，例如通過階梯水價引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識社會層面節(jié)約用水的意識和措施，引導(dǎo)學(xué)生對家庭用水產(chǎn)生自我認(rèn)知，通過觀察實(shí)驗(yàn)、尋找家庭用水的不合理地方，在不影響日?；旧畹那疤嵯潞侠硪?guī)劃家庭節(jié)約用水，并形成具有可推廣價值的報告。

以數(shù)據(jù)視角研究社會問題 通過統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、估算等數(shù)學(xué)方法獲取數(shù)據(jù)，用外顯的統(tǒng)計(jì)表體現(xiàn)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力的不斷發(fā)展變化。基于數(shù)字化的分析與對比，通過數(shù)字的直觀性使學(xué)生形象具體地感受到我國和全球淡水資源的緊缺狀況，以及家庭合理規(guī)劃用水對淡水資源消耗的影響。

使用建議

本項(xiàng)目適用于小學(xué)高年級和初中學(xué)生，在實(shí)施時，教師可以適時在相關(guān)課程規(guī)劃中添加此項(xiàng)目活動，引發(fā)學(xué)生對水資源的感受與認(rèn)識。在學(xué)生實(shí)施項(xiàng)目時，教師要充分外顯調(diào)查的方法與技能，培養(yǎng)學(xué)生基于調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的能力，累積科學(xué)探究的基礎(chǔ)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的信息化素養(yǎng)和信息技術(shù)工具的使用能力。

項(xiàng)目成果中可以利用多樣化的方式呈現(xiàn)家庭節(jié)約用水方案，如flash 動畫、海報或者其他信息化產(chǎn)品。而且在表達(dá)時不應(yīng)只關(guān)注方案本身是什么，還要關(guān)注用水方案的形成與論證過程，在個人論證、生生論證的基礎(chǔ)上，形成節(jié)約用水的一般策略，也啟發(fā)學(xué)生對工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等相關(guān)用水的研究興趣。

參考文獻(xiàn)

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（本案例為北京師范大學(xué)科學(xué)教育研究院、中國科協(xié)青少年科技中心聯(lián)合開展的“科創(chuàng)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)示范課程開發(fā)”課題研究成果，課題主持人為魏銳、鄭永和；同時為中國教育科學(xué)研究院中國STEM 教育2029 行動計(jì)劃課題“基于小學(xué)科學(xué)單元整合的STEM 課程建設(shè)研究”（2020STEM191）研究成果，課題負(fù)責(zé)人為郭曉麗，郭曉麗系本文通訊作者；感謝郭曉麗、魏銳、趙瑛、魏威、唐紫薇、施冰、陳征、曾箏等老師為本案例開發(fā)提供的指導(dǎo)和幫助）