邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[NSTA专栏]碳循环和气候变化 ——使用积极、基于问题的方法理解碳循环和气候变化

Katherine Street Hoover 翻译_熊 侃

2020-05/总第290期

阅读数3

随着社会努力应对诸如气候变化和生物多样性丧失等挑战,对所有学生进行环境教育正变得越来越紧迫。教师在定义新一代的环境知识、理念及行动方面起着重要的作用。与一般的科学教育不同,环境教育的目标包括增进学生对环境的认识和促进有利于环境的行为。

如果我们要培养有环保意识的公民,了解造成全球碳循环变化的人为因素至关重要。如果学生首先充分地了解了碳循环,那么就能更好地理解人类活动对大气的碳排放与气候变化之间的关系。本文的3个部分活动中,学生将研究并绘制碳循环图,互相提供建设性的同伴反馈,然后小组团队合作应用这些新知识作一场关于气候变化社区解决方案的报告。

碳是地球上所有生命最重要的元素。它平均占人体总重量的20%,是细胞膜和细胞壁的一部分,构成人体必需的蛋白质的一部分,并储存能量供以后使用(Friedland、Relyea和Courard-Hauri,2011)。除了在生物体中的作用,碳还存在于岩石、沉积物、土壤、海洋和大气中,当碳元素在地球上的生物和非生物元素之间时而快、时而慢地移动时,这些便是碳循环移动时的储存库。

碳从一个储存库移动到另一个储存库的主要机制是光合作用、呼吸、沉积和掩埋、提取、燃烧,以及大气和海洋之间的碳交换。在食物链中,碳在储存库之间移动的速度更快,植物以二氧化碳的形式从大气中吸收碳,并与水结合生成糖。当动物消耗植物时,它们消化糖分子,并通过呼吸、排泄和分解过程将碳返还到大气或土壤中。碳长期储存在海洋,以及深埋在地下的岩石和化石燃料中。

人类活动——比如开采和燃烧化石燃料,分解石炭纪的岩石(例如用石灰石生产水泥),以及砍伐森林——对全球碳循环产生了巨大的影响。因此,自工业革命开始以来,全球大气中的二氧化碳含量一直在上升(参见网络资源)。碳循环的相关知识,极大地促进了学生对气候变化和人类在大气变化中所起作用的理解。

本文中描述的活动,使用了积极、协作、基于探究的学习技巧,让学生参与构建碳循环模型,并开发基于社区的解决方案。探究提供了一种途径,让学生可以成为更专注的学习者,并积极主动寻找答案(Barrow,2006)。数据表明,探究式教学对学生的学习有显著的积极影响,同时让学生参与提出、论证、证明的解释过程,作为其他科学活动的一部分,也是帮助学生学习科学的1个重要因素(Furtak等,2012)。

进一步的证据表明,由教师主导的探究式课程比完全由学生主导的探究式课程,或那些使用传统方法教学的课程(如讲授),对学生学习的影响更大(Furtak等,2012)。


教学计划

课程以一段名为“气候变化——地球的巨型俄罗斯方块游戏”的3分钟TED视频开始,它将碳循环与气候变化相关联,并对由于人类的影响导致全球变暖加剧的几种方式进行了描述(详见网络资源)。TedEd网站还提供了5道多选题和3道简答题,让学生思考碳循环、气候变化和人类影响。

然后,教师可以指导学生从碳库(长期吸收和储存碳的区域)和碳通量(碳在储存库之间移动的机制,如光合作用和细胞呼吸)的角度考虑碳循环,从而为学生的研究提供框架。

学生4或5人一组。教师应该运用自己对学生能力的了解创建小组,并提供相应的架构支持。英语语言学习者(ELLs)和参与个性化教育方案的学生将从教师提供的词汇表或笔记中受益。


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