初中社会实践活动海绵校园生态景观之智慧灌溉初体验教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

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初中社会实践活动海绵校园生态景观之智慧灌溉初体验教学设计学情分析教材分析课后反思

STEM教育项目教学案例--打造海绵校园智慧生态景观

一、项目导语：

今年夏季，我市受多个台风过境影响，城市部分地段出现“看海模式”。

引发同学对于海绵城市的思考。

海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾等方面具有良好的下雨时吸水、蓄水、渗水、净水需要时将蓄存的水释放”并加以利用。

而校园具有开放空间面积大、绿地比例高等特点，因此极其适合开展雨水管理利用系统的闭合循环建设，海绵校园则是进行雨水管理及利用的优良选择。

海绵校园就是将海绵城市的生态理念融入校园环境建设，利用雨水管理系统减少校园对水资源的消耗，改善校园内水生态环境，同时达到美化绿化校园环境的目的。

二、项目目标：

1.了解海绵城市和海绵校园的相关概念

2.理解海绵校园生态景观各子系统的重要性和关联性

3.能够在海绵校园生态景观项目中做出有意义解决问题的改进或者是批判性思考。

4.体会科学探究的流程，熟悉项目设计的流程

三、调查分析和活动体验：

古代海绵城市研究：

我们通过还原历史背景，让学生了解秦国统治者在蜀地面临的问题是水患重重，这就是发现问题。

变水患为水利，对秦昭王来说就是拜懂水的李冰为太守。

那么，李冰是如何分步解决问题的呢?

如何在当时的条件下实施工程?

过程中遇到了哪些问题?

三个核心水利设施的原理又是什么?

我们通过多学科工具还原它们背后的科学技术，如抽丝剥茧般一一还原历史、还原真相、还原科学、还原技术。

而学生也在学习过程中不断地思考：

问题在哪里?

他做了什么?

他为什么要这样做?

效果如何?

是否解决问题?

由此，习得面对问题、分析问题、提出方案、最终解决问题的思维方式与能力。

引入海绵校园景观打造计划：

明确选址地点---我们的校园海绵小景主要是通过收集地面或屋顶雨水，通过自然净化补给景观用水，所以考虑将景观建在低洼或者浅凹的区域。

地形决定了雨水的流向，是否可以将雨水尽可能的引到海绵景观中，使大部分雨水都可以通过海绵景观的过滤、渗透到地下水中，补充地下水。

海绵景观包含水循环的蒸发、下渗、流腾作动等过程，因此海绵景观应当与建筑相隔一段距离，一方面防止雨水的下渗造道路径流成建筑的问题，另一方面，尽量建在阳面，提高雨水的蒸发效率。

海绵景观的渗透性会使建筑基础发生一些变化，比如含水量升高，甚至造成沉降或者墙体变形。

根据选址，我们需要建立一套生态系统，需根据实地情况，选择合适的景观植物，并通过传感技术、物联网等技术生态环境，利用计算机及网络，收集处理、发布观測信息。

我们将其主要部分分为三大部分：

种植系统

信息系统

控制系统

思考

●对所选场地的环境要素是什么样的，各自合理控制范围?

●对所选景观植物生长特性是什么?

需要什么样的环境?

●如何根据土壤含水量，提示浇灌，甚至自动浇灌

●有关技术如何落实到位?

●对所选场地应该如何设计规划?

●实现某功能的控制系统应该如何选材，如何设计?

●如何对所选场地进行较为准确的计算?

●如何控制建造成本，做到最经济合理设计?

调查分析土壤渗水性

选择合适的景观植物实验：

在需要建设雨水小景的地方挖一个深约10cm的浅坑，看水下渗的速率，初略计算出渗水率。

尽量选用乡土植物，如果一定要用外来物种，也要是经过如果在24小长期的驯化的植物物种。

乡土植物可以更快地适应环境、成景时内，水可以入渗完毕，则较适宜。

快、管理粗放；选择具有完整根系的植物。

植物的根系是观察：

由于海绵景观本质是生物滞留设施，依靠生物进行过滤等功能，如果拟建设海绵景观的区域內植被较为健康使得植物更快地扎根于新的土壤中，茁壮成长；③采用耐旱但长势良好，则说明此地适宜建造雨水花园；如果长势不好又具有忍耐暂时性水浸（不超过48h的植物。

这样的植物环境则考虑换土。

可按以下比例配制:

50%~60%的砂土和碎应性强，可以更好地发挥其作用；④多利用香花植物。

芳香石；20%~30%的腐殖土；20%~30%的表层植物有助于吸引蜜蜂、蝴蝶等昆虫，创造更加良好的景观效果。

实践研究

在海绵景观生态系统中，“水”成为了最关键的因素，我们可以根据士壤中的水分含量来控制遥测系统自动预警，同时控制

系统自动控制开关水泵和阀门，以实现灌溉的自动化。

因此，我们需要配备土壤水分传感器。

四、设计与制作：

砾石层为各层的基础、净化后雨水的汇集以及排走汇集后的雨水，汇集后的雨水可由穿孔管排入与其相连的蓄水系统的水箱等设备径较小的砂石，防止土壤颗粒在雨水下渗过程中进入砾石层堵塞穿孔管。

种植土壤层是一种结构疏松、通气性能良好，保水保肥能力强，适宜于植物生长的优质土壤。

在雨水花园的结构组成中具有较强的过滤与净化雨水的作用。

覆盖层中的树皮可以提供良好的微生物环境，有利于微生物的生长和有机物的降解，有利于雨水的净化，可以保持土壞的湿度，避免表层土壞板结而导致渗透性能降低。

同时还有助于抵抗径流雨水的侵蚀防止水土流降雨时雨水优先滞留于蓄水层，为暴雨提供暂时的储存空间。

通过植物的渗透作用过滤雨水，同时将雨水中的沉淀物留在此层。

为了防止雨水过多时滋出雨水花园，所以应在雨水花园的最高水位线处安装溢流管。

土壤湿度检测系统：

1.传感器适用于土壤的湿度检测；

2.模块中设计电位器用于土壤湿度的阈值调节，顺时针调节，控制的湿度会越大，逆时针越小；

3.数字量输出与ardunio相连，通过其检测高低电平，由此来检测土壤湿度；

四、测试与优化：

对设计的作品或研制的方案进行测试，寻找问题与不足，不断优化设计。

检查模块各部分结构是否完整；

对运行情况进行检查（测试环境水、浸水、定量水等）；

记录问题并进行改进；

五、展示与评价：

一个完整的海绵小景，从场地的选定、植物的选择，到信息模块的制作与建，再到自动控制系统的计与组装，每一步都是紧相连的，各组在经历各个的设计与制作时，一定经历了或有趣或困惑或艰辛的过程，也应该非常有获吧?

现在，请你们组总本组分享经验与观点在实践过程中的收获、新发现，以及反思与教训介绍给大家。

六、拓展与应用：

在该项目的基础上引出更多的延伸和可拓展的问题，引导学生将研究成果应用到广泛的生活领域。

海绵校园改造项目重在水资源管理，目的是为了告别学校“看海”，实现“渗、滞、蓄、净、用、排”六位一体的综合排水、生态排水，有效集水用水是海绵校园的基础目标。

通过海绵校园因地教学、就地示范，进行相关课程设计、实验检测以及科普教育是校园雨洪管理的独特功能，更是发展可持续校园的重要组成部分。

教学过程中，我们也尽可能地还原背景、变异、思维、关系、自然与问题，同时采用多元评价方式，营造开放、宽松的评价氛围。

可以延伸“古代海绵城市研究”中的“中国古代四大水利设施”后，我们设计让学生画水利设施的平面图，并在平面图上以文字的形式写出自己对相关设施的结构与功能的理解。

《海绵校园生态景观》学情分析

七年级学生思维活跃，无论从生理还是智力等方面来说，都正处于发展的黄金时期，他们对外界事物都有着非常浓厚的兴趣，但尚处于一种懵懂阶段，对于知识的综合运用还有待提高，所以对现实生活中的一些应用无法迁移已习得的知识无法解释。

就本节课而言，对于海绵校园既熟悉又陌生，前者易引起兴趣，后者易激发好奇心。

教师应因势利导充分利用多种导入及多媒体课件等手段，加深学生对海绵校园及智慧校园的进一步认识。

学生在日常生活中对海绵城市已有一定的感性认识，如知道古代的朴素的海绵城市思想，如大禹治水，李冰治水等。

但并没有把对这些的认识迁移到自己的日常学习生活中。

另一方面他们的注意稳定性差，因此在教学中应尽可能运用多种手段将教学内容形象直观化，做好启发和铺垫的工作，使学生的探究活动生趣盎然。

本节课是一节新授课，尽管学生课前已经提前预习了本节知识，但由于这节知识难度较大，加上学生对已有的编程知识会有部分遗忘，所以还需通过视频、课件、模型等手段，充分调动学生的兴趣，发挥学生的积极主动性，通过学生合作与交流，增强对血液相关知识的理解和掌握。

同时，教师在授课过程中，还应该充分利用每一个时机，在引导学生分析具体问题的同时，树立正确的人生观以及热爱生命、积极创新的观念。

《海绵校园生态景观》效果分析

我们通过生活化的场景入手，如校园内涝和校园绿化网格田管理入手，设计本课。

我们通过还原历史背景，让学生了解秦国统治者在蜀地面临的问题是水患重重，这就是发现问题。

变水患为水利，对秦昭王来说就是拜懂水的李冰为太守。

那么，李冰是如何分步解决问题的呢?

如何在当时的条件下实施工程?

过程中遇到了哪些问题?

三个核心水利设施的原理又是什么?

我们通过多学科工具还原它们背后的科学技术，如抽丝剥茧般一一还原历史、还原真相、还原科学、还原技术。

而学生也在学习过程中不断地思考：

问题在哪里?

他做了什么?

他为什么要这样做?

效果如何?

是否解决问题?

由此，习得面对问题、分析问题、提出方案、最终解决问题的思维方式与能力。

接着引入海绵校园景观打造计划：

明确选址地点---我们的校园海绵小景主要是通过收集地面或屋顶雨水，通过自然净化补给景观用水，所以考虑将景观建在低洼或者浅凹的区域。

地形决定了雨水的流向，是否可以将雨水尽可能的引到海绵景观中，使大部分雨水都可以通过海绵景观的过滤、渗透到地下水中，补充地下水。

海绵景观包含水循环的蒸发、下渗、流腾作动等过程，因此海绵景观应当与建筑相隔一段距离，一方面防止雨水的下渗造道路径流成建筑的问题，另一方面，尽量建在阳面，提高雨水的蒸发效率。

海绵景观的渗透性会使建筑基础发生一些变化，比如含水量升高，甚至造成沉降或者墙体变形。

根据重难点，本节课作了很好的处理，在教学过程中老师充分挖掘出学生自身的知识、直接经验等重要的课程资源，遵循学生的认知规律，精心创设问题情境，设置系列思考题，激发学生的求知欲望，激活学生进一步探究所需要的知识和经验，使学生通过观察、实验、分组合作讨论、亲身实践的学习方式，在主动探索和合作交流的过程中，自主构建起对硬件和软件相关功能等相关知识。

新课程注意情感、态度、价值观的教育，老师在教学中注意了带领学生挖掘出课标中的隐性课程资源，积极引导学生明确创新思维的有利影响，积极引导学生把创新融入自己的学习生活。

应该说，本节课对于面向全体学生、提高全科素养、倡导探究性学习的新课程理念作了很好的实践。

在本节课的教学活动中，学生总体表现良好、思维活跃、表现积极，注重了小组的合作与交流，充分发挥了学生的积极主动性，学生对本节课的重点和难点、对硬件和软件的理解掌握比较好，并能灵活解决相关问题。

通过组内交流、生生互动，共同分享集体智慧，集思广益，促进了学生整体素质的提高，同时培养了学生与人合作交流的能力。

在本堂课中，有几点设计还存在可以改进之处。

在校园智慧灌溉项目初体验子项目设计中，可以从简单功能实现入手，逐步增加功能，那么这堂课的设计趣味性还可以增加，比如增加自动报警功能，那碍于时间篇幅等，并未实现类似功能，如果增加此项功能，该设计的趣味性会更加增加，更能激发学生的学习兴趣，同时，我们也看到这样的功能实现存在照虎画猫的嫌疑，希望能增加一个脑洞大开环节，让学生们自主构思并能够根据构思逐步实现自己的设计。

《海绵校园生态景观》教材分析

二、项目导语：

今年夏季，我市受多个台风过境影响，城市部分地段出现“看海模式”。

引发同学对于海绵城市的思考。

海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾等方面具有良好的下雨时吸水、蓄水、渗水、净水需要时将蓄存的水释放”并加以利用。

而校园具有开放空间面积大、绿地比例高等特点，因此极其适合开展雨水管理利用系统的闭合循环建设，海绵校园则是进行雨水管理及利用的优良选择。

海绵校园就是将海绵城市的生态理念融入校园环境建设，利用雨水管理系统减少校园对水资源的消耗，改善校园内水生态环境，同时达到美化绿化校园环境的目的。

五、项目目标：

5.了解海绵城市和海绵校园的相关概念

6.理解海绵校园生态景观各子系统的重要性和关联性

7.能够在海绵校园生态景观项目中做出有意义解决问题的改进或者是批判性思考。

8.体会科学探究的流程，熟悉项目设计的流程

海绵校园之智慧灌溉项目学案

一、课前作品展示（略）

二、海绵校园知多少

渗、蓄、滞、净、用、排

三、海绵校园之自动灌溉

（一）操作提示（10分钟）

认识主控板

arduino起源于意大利一个项目，最初是为一些非电子工程专业的学生设计的。

设计者最初为了寻求一个廉价好用的微控制器开发版从而决定自己动手制作开发版。

Arduino一经推出，因其开源、廉价、简单易懂的特性迅速受到了广大电子迷的喜爱。

几乎任何人，即便不懂电脑编程。

利用arduino也能做出炫酷有趣的东西。

认识编程

“程序流程图”常简称为“流程图”，是一种传统的算法表示法，是人们对解决问题的方法、思路的一种描述。

它利用图形化的符号框来代表各种不同性质的操作，并用流程线来连接这些操作。

在程序的设计阶段，通过画流程图，可以帮助我们理清程序思路。

认识软件

认识传感器

传感器的作用

传感器是人类通过仪器探知自然界的触角，它的作用与人的感官类似。

如果将电脑视为识别和处理信息的”大脑“，将执行器比作人的肌体的话，那么传感器就相当于人的五官。

人类五大感觉器官，如果用传感器相比拟的话，可以简单做一些归类：

视觉——光敏传感器；

听觉——声敏传感器；

嗅觉——气敏传感器；

味觉——化学传感器；

触觉——触碰传感器。

认识元器件

三、自动灌溉电路DIY

（一）操作提示

1．要求：

（1）使用各种材料搭建自动灌溉模型。

（2）小组合作根据需要每组完成1-2张自动灌溉DIY记录表。

建议：

此环节需分工合作（15分钟）。

不同材料作品图，仅供参考：

电路连接图

接线

实物线

AO口接主板AO口，DO不接，VCC接正极，CND接地；

继电器VCC接5VGND接地，IN口接主板D6；继电器com口接电池红线；

水泵红线接继电器NO口水泵黑线接电池盒黑线；

蓝色线连接主板和电脑

（二）加油站

思考：

怎样查看传感器的数值大小？

提示：

com口监视

2.分享展示

老师双击掌作为信号，停下来小组全体成员展示、分享。

请按照以下几个方面来介绍：

（1）作品名称；

（2）一位同学将作品巡展（从讲台走至同学们）；

（3）一位同学介绍作品创新点在哪里；

（4）制作过程中有什么困难。

（二）加油站

小组展示时，各组组员思考：

展示组作品好在哪?

可以从结构、性能、便民性、创意等去评价。

海绵校园提案书

（搜索完成以下表格）

海绵校园知多少

我的海绵校园提案书

学校当前的问题（如道路、景观等）

我的改进提案（可以用文字表述，也可以插入绘制的图片。

）

可行性分析

注：

可以自备素材

课后反思—打造海绵校园智慧生态景观

其实对于教育来说，术重要，但道更重要。

做面向未来的教育，并不意味着我们就要教会孩子们掌握各种炫酷的科技产品的使用技能；我要做的面向未来的教育，是要让我们的孩子们能够从小感知人类对于未来的思考以及人类在试图解决未来社会发展问题方面的探索。

除了要学习这些新东西、新趋势，我们这些想要做面向未来的教育的人，还应该深挖人文通识中那些超越时代和岁月的情感表达与人文关怀，以及对于人性以及人与自然、科技的关系的思考。

所以在该项目的基础上引出更多的延伸和可拓展的问题，引导学生将研究成果应用到广泛的生活领域。

海绵校园改造项目重在水资源管理，目的是为了告别学校“看海”，实现“渗、滞、蓄、净、用、排”六位一体的综合排水、生态排水，有效集水用水是海绵校园的基础目标。

通过海绵校园因地教学、就地示范，进行相关课程设计、实验检测以及科普教育是校园雨洪管理的独特功能，更是发展可持续校园的重要组成部分。

教学过程中，我们也尽可能地还原背景、变异、思维、关系、自然与问题，同时采用多元评价方式，营造开放、宽松的评价氛围。

可以延伸“古代海绵城市研究”中的“中国古代四大水利设施”后，我们设计让学生画水利设施的平面图，并在平面图上以文字的形式写出自己对相关设施的结构与功能的理解。

《海绵校园生态景观》课标分析

本课程的设置是为了适应技术迅猛发展的信息时代对人才培养提出的新要求而设置的课程，是以培养学生的信息素养和信息技术操作能力为主要目标，以操作性、实践性和探究性（创新性）为特征的指定学习领域。

在国家规定的必修课程领域外，各省、市、自治区在保证最低要求的基础上，在课程内容、培养目标、课时安排等方面有一定的自主权。

学会运用常用远程通讯工具进行合作学习，开展健康的社会交往。

学会使用在线讨论工具或已有的学习网站，讨论课程相关问题或开展持续深入的主题研讨。

这节课我们就通过生活化的场景入手，让学生参与海绵校园的全程设计，学生可以分享自己的学习想法，发表积极向上、充满正能量的作品，通过共享信息、发表看法、发布成果、交流思想，支持合作探究或其他有意义的社会活动。

了解更多人的生活，享受每种人生，让视野变广，让生活变宽！

基于学科核心素养的课堂学习，要求注重学生学习活动过程的设计。

学习目标作为课堂学习的指南针，要用目标引领学生的学习过程，目标落脚点在核心素养上，要体现学习知识、应用知识解决问题的过程和应该达成的高度。

完整的学习目标包括“认知内化”、“实践生成”、“迁移提升”三个维度，即学什么，怎么学，学到什么程度。

一、课标要求

《新课程标准》最突出的特点之一，就是变“追求学习的结果”为“强调学习的过程”。

知识的学习过程是课堂教学的核心环节。

因此，我们要把学习的过程还给学生，由注重结果向注重过程转变。

只有关注学生的学习过程，关注学习过程中的学生，才能促进学生的可持续发展。

二、目标的叙写

课堂层面的学习目标是学习结果的表现形式，他们是具体的，可直观观察测量的行为表现。

学习目标的表述要体现“认知内化、实践生成、迁移提升”的要求。

表述时应站在学生学习的学习角度表述，要体现学生思维加工的过程，要具体、可操作，可评价。

从学习目标中能读出课堂学习的核心内容、学生思维的路径、学习方式和学习效果。

作为教师，必须明确以下三点：

第一点,目标，要把学生带到哪里去？

（非常具体：

核心知识、核心能力、素养体现）

第二点，教学，怎样带他们去？

（通过什么活动？

怎样的过程方法？

）

第三点，评价，怎么知道他们已经到走到哪里了？

（学生达成的标准，可测量、可评价）

学习目标叙写

构成要素

明确要素

表述的要求

行为主体

谁学？

行为主体学生化：

每项目标描述成学生行为，主体为学生。

行为表现

行为动词+核心概念

学什么？

行为动词多样化：

可观察可测量的具体行为

如：

写出、背出、列出、选出、认出、辨别、比较、解决、设计、对比等。

行为条件

学习环境

怎么学？

行为条件情景化：

影响学习结果的特定限制或范围等，有辅助手段或工具提供信息。

行为程度

表现程度

学到什么程度？

行为程度具体化：

学生达到目标的最低表现水准测量学生表现或学习结果所达到的程度。

例如：

通过……学习，形成…3种方案？

列举……3个影响？

根据图示至少列举出3种信息表示方式。

三、以具体的课堂实例为例：

（一）学习目标的叙写方式（以初中信息技术课为例）

第一种行为表现行为动词+核心概念 描述的是学什么？

从海绵城市到海绵校园

第二种行为表现+行为条件 描述的是学什么和怎么学？

阅读“导学案”，从李冰治水入手总结海绵校园的理念

第三种行为表现+表现程度 描述的是学什么和学到什么程度？

仿照电路图完成校园智慧灌溉项目的初体验。

实践生成：

做任务。

要体现通过怎么的路径、方法，运用所学的知识，去完成任务。

（任务完成的程度—学生运用知识去学习的程度）

设计制作智慧灌溉项目：

（考虑学生的基础层次不一，进行分层目标的设计）

基础：

能够实现基础灌溉功能

创新：

能够在基础之上加入个人的创意（智能时间提醒、可视化等……）

迁移提升：

联系生活，可以做哪些改变？

应用？

（学生迁移、创新思维的培养）