科创实验室在教学中的深入应用

1.国际部初中段科创课程项目

初中段的科创课程分为科学、工程和科技艺术三个大类，科学和工程类课程在几年时间内相继建立了自己的课程实验室，来满足各自的课程需要。目前我校初中段主要建设的专门创新实验室如表5-3-2所示，其中部分课程未建设专门实验室，而是利用其他课程教室，例如机房、美术教室、电视台等。相关课程实验室让国际部初中段科创课程项目有专门的教学及活动场所，购置仪器设备让我校学生获得更多动手实践的机会，从而培养了学生从事科学研究的基本素养与能力。

表5-3-2　科创实验室与课程对应表

图5-3-1　创客空间实验室

图5-3-2　分子生物学实验室

与实验室结合的课程也设计出了成熟的实验课程体系，实验设计紧扣课程需要，同时兼顾创新性和趣味性。以生物科学课程为例，植物生理学、微生物学、动物与医学以及分子生物学实验，都是在生物科创实验室中开展的。环境科学实验室提供给七、八年级的环境科学课程，进行水体、大气、土壤、生态等全方位的创新实验。

【环境科学实验课程案例】

上海中学国际部初中段从2017学年起在科创课程中增设了环境科学科创课程，此课程兼具环境教育和研究性学习的目标定位，旨在培养学生的基础科学素养和科研技能。其主要教学内容涵盖观察、识别和分析各个尺度上的生态环境问题，搜集有关信息，表达个人观点，寻找解决方法。主要教学方法包括讲座、实验、田野调查和参观实习等。

环境科学实验室结合科创课程的授课内容，在水体、大气、土壤和生态等环境研究的主要方向上为学生提供多样的动手实践机会。除了配合科创课程的常规教学，结合我校教师的相关领域背景，实验室着重在水生态和水处理领域打造了具有一定特色的教学活动。学生在实验课程中收获了丰富的课程体验，以及科学素养的显著提升，也为之后投入相关方向的课题研究打下基础。以下简要介绍环境科学课程中的几个主要实验：

（1）水环境相关实验

●常规水质指标监测

此类实验与野外调查相结合，学习利用水质取样器采集地表水样品，并利用仪器对样品的pH值、溶解氧、氧化还原电位和透明度（塞氏盘深度）做现场测定。课程安排由教师带领学生参观苏州河梦清园环保主题公园并进行水样采集，水样带回实验室，保存于4℃环境中，尽快完成总悬浮固体量、总溶解固体量、生化需氧量BOD5、化学需氧量COD、氮、磷等水质指标的测试，并将测试结果与《地表水环境质量标准GB3838-2002》进行对比，评价水样的水质。

●净水装置制作

制作简易的净水装置——采用废弃物塑料瓶，剪去底部，倒置，依次放入膨松棉、纱布、活性炭、纱布、石英砂和小卵石等，形成一个简易的过滤净水装置。

制作生态净水柱——采用有机玻璃柱，模拟实际土壤分层结构，依次填充砾石、石英砂、黏土、壤土，表层土之上栽种绿色植物，蠕动泵连续进水，采样监测出水水质。

此版块的实验培养学生的动手能力并能够展示显而易见的成果，比较适合初中生学习简单的净水装置。

（2）大气环境相关实验

●霾表动态测量室内外PM 2.5浓度

利用激光霾表对室内外PM 2.5浓度进行动态监测。也可用便携式气体检测仪监测一氧化碳、二氧化碳以及臭氧的含量。并可探究点燃的香烟、固体蚊香、液体蚊香、地面清扫及使用空气加湿器对室内PM 2.5浓度的影响。学生在家中完成此项目。(www.xing528.com)

●温室气体实验

通过设计受控对比试验对导致气体温度升高的因素进行探究，证明二氧化碳是否会产生温室效应。用带双头胶塞的锥形瓶收集制取的二氧化碳气体，使瓶内CO2的含量分别为20%、50%、80%和100%。用带温度计的胶塞塞紧玻璃瓶。把玻璃瓶置于100 W的灯泡下照射，每隔1分钟记录一次温度，共记录10分钟内的读数。在不同初温时重复实验，观察不同CO2含量下瓶内温度变化情况。

（3）土壤环境相关实验

●探究污染物对植物种子萌发的影响

为探究不同的土壤属性对小麦种子萌发的影响，实验设计在培养皿中放入盆栽土，随后加入不同的盐水，调整土壤至不同pH值，以及加入不同浓度的洗洁剂。与对照组进行对比，进行五天的观察并做记录，以此来观察土壤污染物对小麦种子发芽的影响特点。

●植物固土实验

植被生态恢复是防止水土流失和土壤侵蚀的重要手段。对比有植物覆盖的土壤和无植物覆盖的土壤在模拟雨水冲刷下的土壤流失情况，研究植物的固土效果和机制。对比种植不同植物条件下土壤受水冲刷流失情况，筛选固土效果优良的植物品种。

（4）生态相关实验

●生态瓶实验

在小瓶有限的空间内，融合水生植物、底栖动物、鱼类等，依据生态学原理，将生态系统具有的基本元素进行组织，构建人工微型生态系统，观察其运行，加深对生态系统中物质循环和能量流动的理解。此实验帮助学生探究生态环境平衡要素。

●食物残渣制备生物气

生活垃圾中的有机物（例如食物残渣）厌氧分解可产生甲烷，甲烷可作为燃料回收利用。本实验探索如何制造厌氧环境使蔬菜和水果等食物残渣分解产生甲烷，以及哪种果蔬产甲烷效率最高。可选取生活中常见的果蔬，如生菜、洋葱、胡萝卜、苹果、香蕉、蓝莓等，将果蔬打碎研磨，分别称取同等质量的果蔬汁液加入准备好的若干塑料瓶中，其中包括一瓶空白对照和一瓶加入漂白剂的对照，瓶口套上聚酯薄膜气球并用布基胶带密封确保不漏气。观察不同实验装置中气球体积的变化。

（5）结合校园环境的调查与实验

●校园植物多样性调查研究

物种多样性是评价生态系统健康程度的重要指标。在该活动中，我们带领学生在校园中对植物进行识别，并进行树高和树径的测量。基于观察到的植物数据，计算香农多样性指数，并书写报告以此评价校园内的生态系统健康程度。

●校园与周边环境噪声监测

图5-3-3　环境科学实验室

使用噪声测试仪对校园中指定地点的噪声指数进行测量，并与《城市区域噪声标准》进行对比，观察校园内的噪声污染情况。

2.科技竞赛

除校内科创课程以外，实验室也为我校学生参与各类科技竞赛（如全国青少年科技创新大赛、上海市青少年科技创新大赛、上海市青少年明日科技之星等），开展各科目科创课题研究提供训练场所和硬件支撑。学生可通过设计和开展实验、分析和处理数据并撰写研究报告提升科研能力，增强科创竞争力。