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中学生如何开展环保科研?

2013-08-27 09:39:13      来源:南平环保局   责任编辑:林张清 我来说两句
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中学生如何开展科学研究?怎样选题立项?上海市南洋模范中学给我们提供了一个很好的借鉴。在第11届“赛莱默”杯全国中学生水科技发明比赛暨斯德哥尔摩青少年水奖中国地区选拔赛中,来自这所中学的钱大石等3名学生凭借“绿藻蓝藻清除漂浮遥控艇”项目,获得特等奖,并将代表中国学生于今年9月赴瑞典参加“斯德哥尔摩青少年水奖”全球总决赛,在世界舞台上展示中国青少年环保科技创新水平。

将拓展型、研究型课程融入协会活动,使学生学以致用

在南洋模范中学,水科技发明与创新已经成为学校的特色之一。12年来,拓展型、研究型课程与相应的校创新协会活动结合展开。新生入学时,学校就把愿意投入环保、奉献社会的学生吸引到创新协会的水科技类课题组中,形成了薪火相传的良性循环,产生了水环保工艺、设施、设备3大系列的发明。

在学校课程中,设置有初步、普及的水环境拓展课程。拓展课程的进一步深入就是学生自己确立课题,在老师与专家辅导下自主学习、探究的研究型课程。这些研究型课题很多不是一年就能做完的,需要经历失败或初步成功后的提高。这次的获奖课题——“绿藻蓝藻清除漂浮遥控艇”就是在经历两年失败后,又经过一年多的努力、克服许多困难才试制成功的。

3年前,上海市环境科学研究院某组室提出与南洋模范中学合作,配合研究院课题试制一种能够在不同深度汲取绿藻的机器人。此前,先后有两个课题组承担了设计与试验,结果都因没有解决机电自动控制问题而失败了。

钱大石所在课题组在科学调查基础上,对筛网打捞、多种过滤器、杀藻仪、人工曝气或喷水曝气等科学方法进行了分析,发现这些方法都存在较大的缺点,再联系成本、使用便捷性等目的,他们发明了水压过滤式装置,经过两年的设计、试验,终于试制成功了能够在小水域中清除绿藻蓝藻的半自动遥控浮艇。

将研究项目、竞赛等作为开放式学习的一部分,培养创新型人才

南洋模范中学将研究项目附着在创新课程的平台上,创新课程按照创新思维发展规律的4个发展阶段——预备期阶段、酝酿期阶段、成熟期阶段、验证期阶段来设计,同时也因人制宜安排进度。

在确立选题之初,在指导老师吴国华的带领下,课题组的同学们亲自参与了一些河道的治理,亲身体验了下水除藻的过程,在这些活动中学到了一些藻类生态规律,也了解了其盲目滋生之后带来的危害,越来越感受到环境保护的必要性和重要性。

“我们所看重的,并不是最后能有多少奖项,能有多少成就,而是我们从中真正感悟到了什么,学习到了什么,这才是老师教导我们的初衷。”钱大石说,“我们不仅仅是一名普通的高中生,更是这个社会的一员,生态环境的治理需要我们身体力行,而不仅仅是举旗呐喊。”

带着对环保的热情和好奇,同学们展开了对课题的热烈讨论和学习。依靠学校创新协会,同学们自己组织活动、选举负责人、自选课题,每个人都争当课题组长。

为了课题,同学们付出了许多。节假日,其他同学或许在补课、或许在休闲放松……课题组的同学们却在为课题奔波,有时整天都在实验室和试点来回奔波,计算数据,实验效果。虽然很艰苦,但是他们仍旧坚持了下来,从未想过放弃,这也是课题对同学们坚毅性格的培养。

学校借助徐汇区光启创新基地、交通大学和同济大学环境学院、徐汇区环境监测站、上海师范大学的试验设备与设施开展科研;同时把参与治理的7条河道、几个社区景观水域作为实验基地和教学基地。

借助上海市科学社的专家辅导、咨询,南洋模范中学将科技创新类竞赛、壳牌美境环保方案设计与方案实施、环境使者节能减排方案设计与实施等竞赛、评比,作为开放式学习的一部分,将环保课程与活动引入到以行动培养生态文明道德、培养创造人格的轨道。

——链接——

选题如何确立?

为美化城市小区环境,相当多小区都建造了小型景观水池。但是,由于景观水池的容积量小,又不与外界河道相通,仅靠自来水或雨水补充,自身的水循环能力差,容易造成景观水变质、恶化。上海市市区、郊区许多池塘中也存在绿藻泛滥的情况。绿藻蓝藻清除漂浮遥控艇项目的研究目的是设计出一种适用于景观水体的装置,自动对池塘、河道、小湖泊等景观水体进行维护,除去水中的藻类。

研究如何开展?

第一步:查找资料,确定研究方向

对新技术进行调查,主要通过上网和查找文献资料。对目前运用的景观水的藻类处理方法,如引水换水法、采用不同面积的筛网打捞或过滤、多种过滤器、使用杀藻仪、人工曝气、改变水生态等进行了解。之后,鉴于我国没有能够大范围推广的高效、简易中小型景观水专用除藻设备,在征询老师意见后,项目组同学决定自行设计一个简易除藻漂浮艇。

第二步:设计与具体实施过程

除藻技术路线:

(1)布朗运动方式

在小池塘等小范围水域中,在装置每个角上安装一个橡皮圈,利用橡皮圈与岸边的碰撞进行布朗运动反复在水池中移动。

(2)锚链布朗运动方式

在某块水域的底部中央扎下锚链,利用锚链牵引装置在水中改变方向,相比于(1)方案而言,不用碰触岸边即可改变方向。

(3)半自动电路控制运动方式

整体设计过程:自制过滤器—除藻漂浮艇的整体设计与制作—控制电路设计与实施—进行过滤装置实验—装置移到水池中进行进一步实验

第三步:进一步研究计划

本装置需进一步研究对漂浮艇运动方向的控制;还要设计与制作长度可伸缩的吸水口。最后,设想增加一套自动靠岸充电装置。

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