朱儒斌

活動背景

近年來，極端天氣頻繁出現(xiàn)，連續(xù)性強降雨極容易造成城市排水系統(tǒng)癱瘓，導致城市內澇，對人民的生命和財產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅。本方案設計來自于生活，具有很強的現(xiàn)實意義，可培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐能力及社會責任感。

活動目標

知識目標 學會數(shù)據(jù)測量并用數(shù)學圖表進行綜合分析；學習材料學、工程學相關知識，制作城市內澇簡易演示模型；通過撰寫調查報告提升寫作能力和語言表達能力。

能力目標 學會利用頭腦風暴多角度解決問題；培養(yǎng)一專多能、能跨學科深度融合、相互協(xié)作的專業(yè)輔導團隊。

態(tài)度目標 培養(yǎng)學生勇于克服困難及敢于向未知領域進軍的學術精神，進一步弘揚科學家精神；培養(yǎng)學生的批判思維，提升學生對事物的辨別能力。

情感目標 通過理解科學與環(huán)境的關系，感受科技的力量，培養(yǎng)團隊合作精神和社會責任感。

活動難點

活動需要外出探究，存在安全風險，需提前策劃好活動的各個環(huán)節(jié)，確?；顒佑行蛲七M；方案設計時間跨度較長，需統(tǒng)籌安排。

活動對象、時間、地點

活動對象：高一、高二年級“天翊”科技創(chuàng)新社團骨干成員約50 人，根據(jù)活動實施情況進行人員分組。

時間：2021 年1 月—2022 年9月，利用科學影像活動課、綜合實踐課、通用技術課，以及周末及寒暑假等空余時間。

地點：學?？萍紕?chuàng)新活動室、峨眉山市住建局、環(huán)境保護局、檔案局、圖書館，以及城區(qū)、河道及濕地公園等。

活動過程

儲備知識，準備實施（2021 年1—2 月）

任務1. 利用集中開題論證會向師生展示城市內澇現(xiàn)象，讓大家初步了解城市內澇現(xiàn)狀，為深入研究治理城市內澇做好分組及前期準備工作。

任務2. 組織主題班會或集隊活動，讓全校師生知曉此事，爭取師生最大的支持。

任務3. 安排科技輔導員提前自學城市內澇相關知識，為后續(xù)輔導學生作準備。

任務4. 組織學生從圖書館、互聯(lián)網(wǎng)獲取城市內澇相關知識。

任務5. 利用調查問卷或分發(fā)科普宣傳單等方式，在校園、城市公共場所向師生及市民普及城市內澇相關知識。

設計意圖 做好活動推廣，儲備充足的知識。

活動 1. 現(xiàn)狀調查，查找成因（2021 年3—4 月）

通過采訪當?shù)刈〗ň謱＜摇h(huán)境專家，網(wǎng)上查閱資料，在市圖書館查閱《峨眉山市志》，詳細了解城市管網(wǎng)建設現(xiàn)狀，組織學生實地測量雨水管粗細、雨水口數(shù)量、路面坡度及出水口水平落差。調研結果顯示：樂山市、峨眉山市的城市管網(wǎng)34% 建于20 世紀90 年代，66% 建于2010 年以后，1/3 的城市管網(wǎng)待整改，這些老舊管道使用雨污混流方式，同時還存在地下排水管管徑小、雨水管破損及堵塞嚴重等情況，經(jīng)常出現(xiàn)排水不暢的現(xiàn)象。

設計意圖 通過走訪專家、實地調查和測量相關數(shù)據(jù)，就存在的問題提出合理的整改措施和意見，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的綜合能力。

活動 2. 制作模型，實驗印證（2021 年4—5 月）

在前期城市管網(wǎng)建設調查的基礎上，準備材料制作城市道路仿真模型，通過模型對城市內澇現(xiàn)象進行研究，避免無法實地調查的缺點。

任務 1. 設計制作城市內澇簡易演示模型

學生根據(jù)調查情況， 首先繪制模型草圖，再準備制作模型所需材料（海綿、透明玻璃膠及膠槍、12 mm 直角彎頭、12 mm 三通、12 mm 轉6 mm 彎頭、礦泉水瓶、PVC 板、5 000 mL 量桶、人字梯、?6 軟管2 m、?12 軟管2 m），然后按草圖尺寸利用工具切割材料進行拼裝和粘接，最終完成城市內澇演示模型制作，并在后期演示過程中根據(jù)實際情況對模型進行修改。

設計意圖 考核學生對材料學、工程學、數(shù)學等知識的應用能力，培養(yǎng)學生動手、動腦等綜合能力。

任務 2. 探究排水管管徑、雨水口數(shù)量、道路坡度對城市內澇的影響

實驗1. 更換排水管（ 管徑6 mm 和12 mm）， 分別將16 mm的雨水開關開至2/3 和全開，測試排完5 000 mL 水所需時間，研究排水管粗細及開關開合程度對城市內澇的影響。結果表明，排水管徑越大，排水用時越短（表1）；雨水開關全開，6 mm 管徑的路面出現(xiàn)內澇，12 mm 管徑路面僅出現(xiàn)少量積水，說明排水管管徑是城市內澇的影響因素之一。

實驗2. 增加路面雨水收集口的數(shù)量（由2 個增至4 個），研究雨水口數(shù)量對排水的影響。研究發(fā)現(xiàn)，用12 mm 管徑的水管排水，在雨水開關全開的情況下，2 個雨水孔和4個雨水孔的排水時間相差不大（表2），說明排水管排水能力已達到峰值，也即是說，如果雨水量大于排水量，雨水孔數(shù)量對排水效果的影響將降低。

實驗3. 選取一段封閉城市道路描點實測坡度，對模型進行修改，探究路面坡度對排水的影響。

儀器測量發(fā)現(xiàn)，道路從中間到兩邊存在3 ～ 5°的坡度，室內實驗也表明帶坡度的路面排水用時更少（表3），說明在不影響行車安全的情況下，路面帶一定坡度的設計更利于雨水向雨水口匯集，提升排水效果。

實驗結論：排水管粗細、路面坡度、雨水口數(shù)量均會對城市內澇產(chǎn)生一定的影響。

設計意圖 學生以現(xiàn)有模型為依托，通過對照實驗獲取相關數(shù)據(jù)，進行深入分析后得出科學的實驗結論，模型法是中學生科學探究活動中最常用、最直觀、最高效的方法。

活動 3. 實地研學考察，探秘海綿城市（2021 年6—7 月）

在研究過程中提出新問題：城市是否能像海綿一樣吸水呢？師生通過網(wǎng)上查閱資料，學習海綿城市相關知識，了解到海綿城市在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”——下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時再將蓄存的水釋放并加以利用。由于海綿城市只在我國部分城市試點，比如重慶、青島，需安排學生利用暑期研學進行實地考察。調查發(fā)現(xiàn)，海綿城市涵蓋城市道路、公共建筑、住宅、廣場、公園綠地、下凹綠地、雨水濕塘、透水路面等吸水設施，當大量雨水被吸收后，可有效避免城市內澇。在舊城區(qū)建設海綿城市存在局限性，但借鑒海綿城市元素，與舊城區(qū)地下管網(wǎng)改造相結合，具有較高的可行性。

設計意圖 通過研學活動，激發(fā)學生學習的主動性。

活動 4. 生態(tài)濕地，調水防澇（2021 年7—8 月）

研究過程中有學生提出疑問，濕地公園和城市內澇治理有沒有直接聯(lián)系？帶著這個問題，師生對峨眉山市東湖濕地公園進行了調查，發(fā)現(xiàn)濕地公園有調蓄雨澇的作用，濕地公園湖邊種植的水竹、浮萍等水生植物還可凈化湖水。另外，從城建局、環(huán)保局了解到，由于資金、技術等問題，峨眉山市尚未進行海綿城市建設，但可對現(xiàn)有綠地、河流、排水管網(wǎng)等進行整合，通過建設濕地公園，利用低洼地承接、過濾雨水，形成蜂窩狀的海綿系統(tǒng)，減少城市路面積水，避免城市內澇發(fā)生。

調查結論：濕地公園可為城市提供水源、調節(jié)徑流、補充地下水、保護生物多樣性，與海綿城市建設相比，局限性少，建設成本較低，值得大力推廣。

設計意圖 通過調查活動，讓學生將書本所學知識遷移到生活實踐中，培養(yǎng)學生的觀察能力和分析能力。

活動 5. 河道治理，以疏為主（2021 年8—10 月）

暴雨時，經(jīng)常遇到河道里的水漫過路面的現(xiàn)象，個別地方還會出現(xiàn)雨水口返水現(xiàn)象，如何有效避免出現(xiàn)這些現(xiàn)象呢？安排學生熟悉城市內河道分布，測量河道寬度和深度，收集整理相關數(shù)據(jù)，并在汛期觀察河道水位，做好記錄并分析原因。調查發(fā)現(xiàn)，峨眉河上有3 座橋梁、3 座攔水壩，枯水季時，攔水壩關閉，河水可達4 ～ 5 m 深；豐水季時，打開攔水壩提前放水，當暴雨來臨時，河道可讓更多的水量安全通過。利用城市河道調節(jié)蓄水量，在保證水資源充分利用的前提下，還可起到預防城市內澇的作用。

調查結論：需拓寬河道狹窄段，確保水流通暢；定期清淤，增加河道容積率；盡量增大雨水出水口落差梯度，防止河水倒灌；完善河長制，安排河段長定期巡河，發(fā)現(xiàn)隱患及時整改。

設計意圖 讓學生量一量、測一測，學會測繪基本技巧，并提出應對措施，進一步增強學生分析問題、解決問題的能力。

活動 6. 頭腦風暴，完善舉措（2021 年11 月）

根據(jù)前期研究成果，策劃一場辯論會，利用頭腦風暴方式找出城市內澇治理的有效辦法，形成定案，為向當?shù)卣嚓P職能部門建言獻策作好準備。

成果形成與展示階段（2021年12 月—2022年9月）

撰寫科學調查報告、制作PPT進班推廣研究成果；由學?！疤祚础笨茖W影像社團負責收集整理視頻素材，制作科學探究紀錄片參加全國青少年科學影像節(jié)， 進一步推廣研究成果。

由峨眉山市吳勇科技教育工作室科技教師組成考核小組，根據(jù)各小組完成情況、取得的創(chuàng)新成果，以鼓勵為主，評選出優(yōu)秀個人和優(yōu)秀小組。

該項目參與了第36 屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導員科教創(chuàng)新成果線上交流活動