科学课堂如何促进学生的深度探究——以《空气能占据空间吗》一课的教学为例

探究活动是科学学科重要的学习方式。以《空气能占据空间吗》一课教学为例,说明引导学生开展深度探究的教学策略:核心问题的确定要注重唤醒与联结,探究活动的改进要突出体验与有效,知识内容的内化要明晰本质与变式,学习结果的外显要强调迁移与应用。

《空气能占据空间吗》教学片段与分析

《空气能占据空间吗》是"空气"单元中的一课。空气是否占据空间这个问题对于三年级的学生来说,会存在一些争议。本节课主要以聚焦问题、发现矛盾、证明矛盾、检验矛盾为主线进行整个流程的设计,根据学生的思维、立场进行教学,逐步展开讨论,让学生明白空气和其他物质一样,能够占据空间。

“空气占据空间吗”实验改进

经教学实践发现,小学科学苏教版教材研究“空气占据空间吗”的实验存在不足:“水会漏下去吗”实验容易失败,因为橡皮泥很难完全封住瓶口;“气球吹得大吗”实验用嘴去吹气球不卫生,不利于开展小组实验。为此,对以上两个实验进行改进,巧妙地将瓶盖与漏斗固定,保证实验密闭性,便于研究“水会漏下去吗”实验;将瓶盖与打气筒连接头进行固定,用打气的方式代替用嘴吹,以保证实验卫生、安全。同时,通过以上两个实验证明空气占据空间。

城市空间结构对空气质量的影响研究——基于GTWR模型

城市空间结构对空气质量有重要影响,但很少有研究从时空维度探讨其影响关系。论文基于2015—2020年WorldPop中国人口数据集,运用社会网络法从多中心度和集聚度识别城市空间结构,同时利用GTWR模型探讨其对空气质量的时空影响。研究结果表明:城市空间结构对空气质量改善起重要作用,其影响在不同城市中表现出明显的时空变化。整体来看,多中心度对AQI的影响在研究期由正转负,集聚度与AQI一直呈负相关。从异质性特征看,多中心城市空间结构对中东部城市AQI的抑制作用逐渐增强,对西部城市的促进作用逐渐减弱。城市空间结构集聚度对AQI的负向效应呈下降趋势,正向效应呈上升趋势。控制变量中,产业结构、人口密度、道路密度和人均GDP与AQI呈正相关关系,平均风速和平均气温与AQI呈负相关关系。因此,从多中心度和集聚度来看,建议政府根据各市具体发展水平及未来发展规划,布局城市空间结构,改善城市空气质量。

地下大空间变工作区贴附送风空气分布特性

针对地下大空间环控系统能耗大以及实际中空调控制区改变的问题,在贴附送风的基础上提出适用地下大空间的变工作区贴附送风。采用数值模拟的方法,首先进行正交实验研究了等温工况下导流板与墙壁间的缝隙宽度、射流特征厚度、矩形柱跨度对流量比的影响程度大小,并通过量纲分析得出流量比q关于缝隙宽度与射流特征厚度之比x/δ_(0.5)间的关系式,即导流板的流量分配规律;其次将变工作区贴附送风与混合通风、柱壁贴附送风的空气分布特性进行了比较,研究结果显示,相比于另外两种送风方式,变工作区贴附送风可有效降低呼吸区的空气龄,并具有更好的节能效果。

天津市五大道历史文化街区绿色空间空气质量和温湿度调查研究

绿色空间是历史文化街区的重要生态保障。为探究历史文化街区中绿色空间的生态价值,以天津市五大道历史文化街区为研究对象,针对绿色空间的类型及绿化指数、悬浮颗粒及负氧离子浓度、温湿度进行实地调研和数据分析。结果表明:良好的植被覆盖和复层植被结构对净化空气、增加负氧离子浓度、降低空气温度、提高相对湿度等具有积极影响。研究旨在为历史文化街区中绿色空间的规划与设计提供科学参考与指导。

“空气占据空间”探究实验整合分析

“空气占据空间”是儿童认识空气性质的一个重要内容，从小学《自然》教材到现在的新版本各《科学》教材都有该内容，教材中都设计了一些经典探究实验。多年来，许多教师也不断对该实验进行创新和改进，笔者试图对各版本教材中的实验以及老师们对这一实验的改进加以整合分析，例举如下。

“空气占据空间”实验的改进与拓展

“空气”属于“地球与宇宙”领域中“地球的物质”的内容。科学（3-6年级）课程标准要求“能用一定办法征明空气的存在”，提出的活动建议为“自行设计证明空气存在的方法”。

空气占据空间实验改进

一、教材实验不足之处 教材中的第一个实验是在瓶子里装一些水，用几根吸管和一块橡皮泥，在不倾斜瓶子的情况下，利用空气把水从瓶中挤出来。教学中笔者发现，学生在做此实验时，常常闪插入瓶子里的吸管太短，接触不到水面或因肺活力不够，使水不能从瓶中被挤出来，导致实验难以成功，既影响对空气占据空间的认识，又常常弄得满桌是水、一塌糊涂。

深地空间长距离空气输送系统方案比较及优化研究

以某深地空间长距离送风系统为例,采用Ventsim软件计算了4种风量调节方案的系统风机风压与管道阻力的变化,提出了增加干管风机数量和改变进风竖井位置2种优化方法,分析了送风系统管网阻抗与等积孔面积的变化。结果表明,优化后送风系统的管网阻抗和等积孔面积分别最大降低0.102 kg/m^(7)和0.030 m^(2),科学的送风方案既能满足风量需求,又能降低长距离送风系统的阻力,具有较好的节能与经济效益。

绿色技术创新遏制空气污染的机制与空间效应研究——基于空间计量与社会网络的分析

基于2005-2020年覆盖中国275个地级市的面板数据,构建空间计量模型从本地效应与空间溢出效应双重视角研究绿色技术创新对空气污染的影响,并结合Louvain社区发现算法分析不同社区下该影响的异质性,同时借助中介效应模型与Bootstrap检验探究该影响的作用机制。研究发现:绿色技术创新总体上对空气污染具有显著的本地抑制效应与负溢出效应,该结果在更换权重矩阵后依然具有稳健性;绿色技术创新对空气污染的影响具有明显的社区异质性,对社区2、社区4与社区5内空气污染具有显著本地抑制效应,对社区2、社区3与社区4内空气污染具有显著负溢出效应;绿色技术创新可以通过推动产业结构转型升级、促进公共交通绿色化和优化城镇化发展方式间接抑制空气污染。

有限空间空气稳定性下人员呼吸过程暴露风险分析

以人体呼吸微环境为研究对象,通过全尺寸双人实验与数值模拟方法对有限空间空气稳定性下人员在其呼吸过程中暴露风险进行分析.研究表明:在呼吸气流的初始释放阶段,个体暴露水平主要取决于呼吸活动.随着污染物距离污染源越远,有限空间空气稳定性与通风方式对呼吸微环境中的人员暴露情况的影响越来越重要,且这种影响具有时间无关性.在稳定型中,由于周围分层空气的限制作用,呼出的污染物具有更强的保持其沿初始惯性力方向传播的能力,不易扩散;不稳定型易破坏污染物沿其初始惯性力方向传播的能力,加快污染物的扩散,可以减少室内人员对呼吸微环境中污染物的暴露情况.本研究在控制污染物传播,降低疾病传播风险,保证人体健康方面具有理论及实际意义.

基于CIELab色空间的空气炸锅烹饪薯条颜色评价研究

为了研究空气炸锅烹饪薯条的性能好坏,同时兼顾消费者的直观视觉感受,科学评价空气炸锅的烹饪性能,以荷兰马铃薯加工工业协会(V.A.V.Ⅰ)开发的色卡(shade chart)为基础,结合CIELab色空间并参考GB/T 7921—2008《均匀色空间和色差公式》标准,对空气炸锅烹饪薯条颜色进行研究。通过上色能力指标建立色卡与色值间的联系,通过颜色均匀度反应整体颜色情况,将感官颜色转化为数值表达。结果显示,大部分空气炸锅烹饪薯条上色能力可达到75%以上,部分空气炸锅烹饪薯条的上色能力可接近90%;空气炸锅烹饪薯条整体颜色均匀度均在90%左右。上色能力与颜色均匀度指标易于消费者理解,同时为空气炸锅烹饪性能研究奠定颜色评价基础,为相关研究领域提供参考。

隐性的环境:空气作为媒介在盲人艺术空间设计的应用研究

现当代强调提升盲人群体文化艺术生活,然而盲人艺术空间却面临资源有限且形式单一的发展困境,亟须探索更多形式。文章指出空气作为非视觉化的隐性环境要素对于盲人群体有特殊意义,进而基于人体空气感知的舒适度、触觉与嗅觉三种维度,探索空气作为媒介在盲人艺术空间设计的应用方法,推动未来盲人艺术空间的新范式发展。

基于空间计量模型的城市用地结构与空气质量关联性研究——以粤闽浙三省市县为例

文章以粤闽浙三省204个市县为例,利用探索性空间数据分析方法揭示空气质量指数(AQI)时空分布特征,应用空间计量模型探讨自然环境、社会经济和城市形态等因素对空气质量的影响。结果表明:(1)粤闽浙三省年空气质量指数在空间上呈现“北高南低”的特点,空气污染热点主要集中在浙江省北部、中部及东部沿海地区,空气质量较好的冷点主要在福建省东北部。(2)季节尺度上,AQI呈现“春冬高、夏秋低”的季节变化特征。(3)回归模型显示:城市用地结构越均衡越能显著改善空气质量;城市绿化覆盖率对空气质量改善作用不明显;城市化水平越高的市、县,空气质量越容易得到改善,且城市空气质量改善效应优于县城地区;第二产业生产总值占比、交通因子、建成区用地规模对空气质量产生消极影响;夏季高温将加剧空气污染;年最高温平均值、年降水总量、植被覆盖指数对空气质量有改善作用。

封闭空间CO_(2)浓度限值及呼吸空气供应

通过分析封闭空间内CO_(2)浓度限值及其与呼吸空气供应量的关系,确定了紧急情况下向空调系统提供的呼吸空气量,并结合项目实例介绍了呼吸空气系统方案。

空间插值视角下北京人口与空气质量指数的相关性研究

随着全球城市化的加速,空气污染已经成为一个突出的公共健康问题,尤其在高度城市化的地区,如北京。鉴于北京的人口密度与社会经济层面存在的显著差异,传统的空气质量指数难以精确反映空气污染对居民的实际影响。通过对北京市的人口和空气质量指数(AQI)进行深入的空间插值分析,考察了普通克里金插值、简单克里金插值和反距离权重插值3种方法。结果显示,普通克里金插值在核心统计指标上,如误差平均值和均方根误差,展现出了显著的优势。然而,在评估空间数据的相关性时,简单克里金插值对于北京市的人口与AQI数据显示了最强的正向关系。综合研究发现,虽然普通克里金插值在数据准确性和稳定性上具有优势,而简单克里金插值在秩次相关性评估上更为优越。

基于STM32的图书馆学习空间空气质量监测与净化系统研究

高校师生室内活动的时间明显增加,室内空气质量对人体健康的影响越来越大。因此,设计一款基于微控制器的空气质量监测与净化系统,该系统主要用于图书馆学习空间,所提系统基于STM32F103C8T6核心板以软硬件相结合的方式实现了对空气质量参数的实时监测、显示、传输以及净化操作,可以为图书馆学习空间的环境改善提供一定的技术参考。

城市某交通主干道周围空气污染的空间特征分析

为了表征2021年某城市主干道交通导致的PM_(2.5)和NO_(x)浓度的空间变异性,将排放率相关参数和预处理后的气象参数输入研究线源色散模型进行模拟。研究发现:与交通相关的PM_(2.5)主要由重型卡车排放,而与交通相关的氮氧化物则由重型卡车和小型汽车排放;在20 m道路缓冲带内,PM_(2.5)质量浓度平均值为0.90μg/m^(3),NO_(x)质量浓度平均值为29.23μg/m^(3);在距离主要道路500 m范围内,两种污染物的质量浓度下降了近40%;与交通相关的PM_(2.5)和NO_(x)污染水平在冬季高于其他三个季节;该交通主干道的上午高峰时间较早,下午高峰时间相对较晚。