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【STEM】以眼观察 用心探究——探究琼花物候期变化与环境变化之间的联系
发布时间:2020-12-30 作者/来源:昆山高新区西塘实验小学 采编:绿友小编 浏览:566次

方案名称:以眼观察 用心探究——探究琼花物候期变化与环境变化之间的联系
学校名称:昆山高新区西塘实验小学
辅导老师姓名:金玉燕   
参与学生代表姓名:曲俊帆、 成思涵等
参与学生总数:51

一、方案实施过程简述:
㈠.活动的背景:
  琼花是昆山的市花,市内许多地方种植了琼花。每年的琼花艺术节,更是吸引了国内外游客前来观赏。但是我发现,同样是在琼花艺术节期间,有地方的琼花还未盛开,有地方的琼花美丽怒放,而有地方琼花却开始凋谢,究竟是什么因素造成琼花这种不同的现象呢?为了寻找答案,我选择以观察校园琼花物候期为研究对象,探究校园环境下琼花物候期的生长变化,希望从中找到真相,解开疑惑。我的研究研究采用了观察记录法、文献查阅法、采访调查法等探究方法,通过观察琼花的休眠期、萌芽期、展叶期、开花期(始花期、盛花期、未花期)、果实成熟期琼花物候期变化现象,发现琼花物候期在校园环境里的生长变化 ,研究经历了琼花长出新叶、花蕾到开放、到怒放、结出果子等生长过程,寻找琼花物候期的生长变化与校园环境变化之间联系,从而解开我的疑惑,得出结论。利用科学的数据告诉小区居民,琼花物候期的变化与环境变化之间的联系,在提高广大市民的环保意识的同时,提高自己的科学调查能力,普及节能、低碳、减排的科学理念,争做节能减排的环保小卫士。
㈡.活动的目的:
  通过活动,希望通过探究,可以根据当年气温变化情况,预测琼花盛花期时间,以此为游客提供最佳观花时间,为琼花艺术节选择最佳时间点提供科学依据。然后再与以往琼花物候期相比,研究分析琼花物候期的变化情况,同时和气象局合作,调取最具有代性的年份的气温与2019的气温相比,找到琼花物候期变化 与气候环境变化之间的联系。从而以科学的依据告诉大家,从小养成良好的环保好习惯,使环保理念深入到每个孩子的心中,促使学生“行”、“知”并进,提升综合能力。
㈢.研究思路
  为了更好的开展调查探究活动,我采用了采访调查、观察记录、数据分析筛选、归纳总结、推理验证等方法来开展探究活动。活动前,我先在网上查找琼花的相关知识。从查阅的汪婷[1]的《昆山琼花花期预报初探》中了解到琼花的物候期包括:休眠期、萌芽期、展叶期、开花期、果实成熟期。开花期包括:始花期、盛花期(怒放期)、末花期(落花期)三个阶段。我们的研究思路是:一是选择好观察对象,为观察探究作好准备;二是观察琼花物候变化规律,分析琼花物候期变化与气候环境变化之间的联系;三是分析观察琼花的各个物候期的现象,并将观察现象与琼花以往物候期现象作对比,探究琼花的物候期是否会随着气候环境的变化而改变,从而解开我的疑惑。(见图1研究思路图)


㈣.具体研究过程
1.调查校园琼花分布情,选择实验样本
  琼花是昆山最著名的三宝之一,选择琼花为实验对象,探究物候期变化与环境气候关系的影响,具有一定的代表性。我详细了解校园内琼花种植分布情况,制作了校园琼花分布图,以便于选择观察实验样本。经过调查发现,学校里共有琼花18株,其中书香园4棵,翰墨园6棵,荷韵园4棵,琼花观察实验基地4棵。18棵琼花树中,书香园、翰墨园、荷韵园中的14棵树都是10年以上树龄,琼花观察基地的琼花树为去年刚种植的树苗。于是,我们就选择了14棵10 年以上树龄的琼花树为观察实验对象(其分布如图2所示),开始了观察琼花物候及探究物候期变化与环境气候关系的影响的过程,希望能从中找到其中的原因,解开我的不解之谜。
2.观察琼花植物候应有的幼芽萌动、开花、结实等物候现象
  由于前期已经在相关文献中了解到琼花的物候期包括休眠期、萌芽期、展叶期、开花期、果实成熟期。开花期包括:始花期、盛花期(怒放期)、末花期(落花期)三个阶段。于是,我的观察探究活动从2018年的12月份开始到2019年的10月底结束。活动前,我设计好观察记录表,准备好相机,每两天观察一次,每次观察都在早上7:30分左右。观察时把明显的琼花物候期现象用相机拍摄下来并用文字记录在观察日志中。整个观察过程经历了琼花的休眠期、萌芽期、展叶期、开花期(始花期、盛花期、未花期)、果实成熟期。观察从琼花长出新叶、花蕾到渐渐开放、到盛开怒放、再到结出果子,拍摄了大量的照片进行记录,为寻找琼花物候期变化与气候环境变化之间的关系收集第一手资料。


⑴.琼花的休眠期
  我从网络查阅的资料中了解到,琼花的休眠期约3 个月左右,一般从12月中旬,气温迅速下降后,进入越冬休眠期, 直至第二年新叶萌芽前。整个冬季大部分时间树叶均保持绿色,仅有少量叶片脱落,属于半常绿植物。1月下旬后叶片开始脱落一直持续到2月底,植株叶片最少。我观察到校园琼花的休眠期与上述描述基本相同,琼花在2019年2月下旬还在休眠期,树叶大多为仍保持绿色。树叶脱落从1月28日开始,到3月1日结束。1月28日到3月1日树叶脱落期间的平均气温在9.49℃。1号树首先开始,1月28日 树叶开始脱落,2月20日树叶脱落结束。13号树最晚,2月5日树叶开始脱落,3月1日脱落结束。大部分树叶脱落在2月底结束,少数树叶脱落一直延伸到3月初。叶片脱落结束后的琼花,树枝上叶片很少,越冬芽凸起明显,表面呈暗红色,高出树枝0.3—0.5 CM不等,还未开始生长。但随着气温的升高,越冬芽开始生长,琼花慢慢进入萌芽期。



⑵.琼花萌芽期:
  在观察中我还发现,随着气温的不断升高,琼花开始由休眠期进入生长阶段。琼花的萌芽期也有明显的特征。琼花开始时,暗红色的越冬牙开始生长变长,芽尖顶端长出嫩绿色的幼芽,一直到幼芽生长变长到半开结束。


  校园琼花的萌芽期从2月27日开始,到3月15日结束。琼花进入萌芽期时,此时气温升高加快,在2月27日到3月15日期间,平均气温从11℃升高到13.4℃,光照强度和长度增加,琼花越冬芽开始生长,变化明显。一是越冬明显变长,二是越冬芽从暗红色表皮顶端生长出嫩绿色幼芽, 0.3—0.5CM不等,经过3到4天后生长到0.9—1.1CM不等,4—5天后越冬芽从0.9—1.1CM不等生长变长到1.3--1.5CM不等,5—7天后越冬芽从1.3--1.5CM不等到生长到1.8—2.2CM不等,此时越冬芽已经半开,叶片嫩绿。校园最早进入萌芽期的是翰墨园6号树,2月27日越冬芽开始生长变长,3月4日越冬芽变长半开;其次是书香园的1号树2月27日越冬芽开始生长变长,3月5日越冬芽变长半开。最晚是荷韵园的14号树,3月7日越冬芽开始生长,3月14日越冬芽开始生长。琼花由休眠进入生长阶段是从2 月底越冬芽开始生长到3月初越冬芽大部分越冬芽逐渐半开结束,此时叶片上面有被簇状短毛,叶缘有小齿。随着温度回升加快,在3月20日这一天,最高气温已经达到了20℃,因此琼花也很快从萌芽期进入展叶期。



⑶.琼花展叶期:
  观察琼花展叶期前,我从网上了解到,琼花的萌芽期和展叶期分界限区分不是很明显,从越冬芽半开到完全展叶需要20多天的时间。校园琼花的展叶期是从越冬芽半开后到叶片全部展开结束。
  琼花叶片半开后,随着日平均气温不断升高,迅速进入展叶期。此时的日平均气温已达17.9℃,阳光充足,琼花通过光合作用,营养生长非常旺盛,3到5天后,琼花的新叶叶片从1.8—2.2CM不等生长到2.4—2.7CM不等,7到10天后,又从2.4—2.7CM不等2.7—3.1 CM不等,10到14天后又从2.7—3.1 CM不等长到3.2--3.4CM不等 此时新叶完全展开。新叶中脉有毛,背面被簇状短毛较多、密集。侧脉一对,中脉上面略凹陷,下面凸起。新叶经过一段时间的生长,到3月21日树上叶片全部展开,完全展开的新叶长3.2--3.4CM不等,宽2--2.2CM不等,满树一片翠绿,郁郁葱葱。校园琼花最早展叶的是书香园的1号树,从3月5日越冬芽半开到3月11日全部展叶。最晚是荷韵园的13号树,从3 月7日越冬芽半开,到3月21日全部展叶。从观察到的数据中,我发现校园琼花的展叶期最长的是13号树,从3月7越冬芽半开,到3月21日前后全部展叶,用时14天,比资料上描述的20多天缩短了一个星期左右。




⑷.琼花开花期:
  琼花盛开时形态为聚伞花序,外围多为8朵大型不孕花,中间密集着生125-190不等可孕花。我从3月开始,对不同发育阶段琼花进行对比观察。琼花花期从3月29日14号树开出第一朵不孕花开始,到5月7日13号树不孕花脱落结束,时间长达一个多月。期间经历了始花期、盛花期(怒放期)和落花期(末花期)三个阶段。我在观察校园琼花花期时发现,琼花在3月12日还无法分辨出不孕花和可孕花,3月18日开始,琼花包片逐渐展开脱落,大型聚伞花序外围靠近边缘的一花柄向外生长,柄上花蕾明显増大,为8朵,确定为不孕花花蕾,此时不孕花花蕾明显大于可孕花花蕾;3月22日开始,大型聚伞花序外围8朵不孕花花蕾生长迅速,其花蕾大小显著区别于可孕花花蕾,可孕花与不孕花都呈现绿色;4月3日琼花外围的8朵不孕花最先开放,最初开放时不孕花花瓣颜色从浅绿色逐渐转变为白色,可孕花花蕾逐渐也逐渐转白,但仍未开放;4月7日至4月19日琼花中间可孕花也逐渐完全开放,琼花进入盛花期。



⑸.琼花果熟期:
  我从网上查阅的资料中了解到,琼花果熟期自少数果实成熟(带红晕)到大部分果实成熟(鲜红色)止,到最后果皮变黑为止。这个时期是琼花果子成熟期。一般是在每年的9月底至11月下旬,约2个月左右。我在观察中发现,校园琼花从结出果子到成熟分为四个阶段。第一阶段是结果阶段,从5月2日结出第一粒果子开始到5月27日结出全部果子结束;第二阶段是果子生长饱满到慢慢全部泛黄结束;第三阶段是果子开始晕红到全部变成深红结束;第四阶段是从果子从深红到变黑结束。
  我观察到的校园琼花最先结出果子的是书香园的1号树,从5月3日结出第一粒果子到5月25日全部结出果子,最晚结出果子的是荷韵园的14号树,从5月4日结出第一粒果子到5月25日结出全部果子。此时的果子呈嫩绿色,扁扁的,两头尖尖的,果实不饱满。经过约1个月的时间后,果子经过生长逐渐饱满由绿泛黄,果子最早泛黄的是书香园的1号树,从6月25日果子开始泛黄到7月11日果子全部泛黄,最晚的是荷韵园的14号树,从7月3日果子开始泛黄到7月15日果子全部泛黄。果子真正进入成熟是在果子开始晕红到果子恋深红到黑色。最早进入果子 成熟期 是校园书香园的2号树,从7月24日果子开始晕红,到8月13果子开始变深红。最晚进入果子成熟期的是书香园的3号树,从7月27日果子开始晕红,到8月15日果子开始变深红。最早发现成熟的两颗颗实是在9月10日,是翰墨园的8号树,从9月10日果子两颗种子变黑,到10月27日果子全部变黑。



⑹. 分析与论证
  将近一年的观察实验结束后,我再次采访昆山琼花发现者----徐俊良老师,我把我观察到的琼花物候期现象和徐老师观察到昆山以往琼花斯现象进行对比。于是,我从徐老师对琼花物候期观察的记录中选取了1979年、1988年、1998年、2008年四个年份琼花的萌芽期、展叶期、开花期、果熟期现象作为样本,分别和2019年琼花的各物候期现象进行对比,发现这此事年份的琼花物候期与校园里的物候期现象存在一定的差异。我发现昆山琼花以往的各个物候期明显发生了改变,除了琼花的休眠期以外,琼花的萌芽期、展叶期、开花期、果熟期在这四十年中间不断提前, 1979年到2019年的四十年间,琼花的萌芽期提前了28天;琼花的展叶期提前了25天;琼花的始花期提前了23天,琼花的盛花期提前了20天,琼花的落花期提前了18天,果子成熟期提前近2个月。于是我又对2019年琼花各个物候期的气温进行分析统计,然后走访了昆山气象局,调查获取1979年、1988年1998年、2008、2019年的琼花各个物候期的平均气温,并与2019年的琼花萌芽期、展叶期、开花期、果熟期的平均气温进行对比,希望以上找到改变琼花物候期的因素。我从调取的各年份琼花物候期的平均气温中发现,昆山近四十年来的气温不断上升,如:琼花萌芽期平均气温从1979年的7.3℃升到2019年的11.8℃ ,平均气温上升4.5℃;琼花的开花期集中在4、5月份,而1979至2019年4月份的平均气温从14,5℃提升到17.1℃,平均升高了3.4℃,5月平均气温从19.5℃升高到21.7℃,平均气温上升了2.2℃,……从这些数据对比中我发现,之所以琼花在近四十年来其物候期逐渐提前,特别是盛花期提前了20天左右,原因之一是气温的不断上升。接着我又采访昆山园林局的相关植物专家,从专家的指导中我了解到植物的物候期是可以随着温度的改变而改变的。如果在同一时期,因气温改变导致气候环境的变化,特别是温度的相应升高,会使植物的物候期随之提前。由此,我进一步确认:琼花的物候期也会随着温度的高低变化而改变。


二、方案实施效果:
  通过活动,参与活动的同学在少年科学院小研究员的带领下,以观察探究为依据,了解到琼花的物候期是随着气温的高低而改变的。昆山琼花艺术节期间有时出现琼花已经过了盛花期的现象,是由于气温升高,使得琼花的盛花期 提前。我们以此实验为依据,和气象局合作,可以为广大市民作花期预报,既可以让市民如期观花,又可以宣传环境与物候之间的联系,促使广大市民保护环境,让昆山的青山绿水变为明天的金山银山。
  活动的开展,足以证明这是一项实实在在的“以小见大”的美境活动。通过调查走访的,我们充分了解到昆山城市环境的日渐变化,也知道了我们作为一个新时期小市民身上的责任。我们自己找资料,采集样品,自己准备材料。虚心向环保部门的叔叔学习取经,发现问题后并不是在第一时间内去请教老师和专业的人士,而是先行在小组内部进行讨论研究,发挥团队精神,分析问题、解决问题,终于使我们的实验圆满完成。在整个调查过程中,我们分工明确,相互帮助,不但体现自己的特长,也能反映出整个研究小组的合作精神,使我们的科学探究能力得到了进一步的提高,也增强了我们的动手能力,知道了科学探究是一件非常精细的工作,不能有一点的差错。所以我们要在今后的学习中,不断提高自己的研究能力,为自己成为社会主义的接班和建设者打好扎实的基础。

三、解决身边的环境问题:
  我们以此实验为依据,和气象局合作,可以为广大市民作花期预报,既可以让市民如期观花,又可以宣传环境与物候之间的联系,促使广大市民保护环境,因为乱排乱放,可以使得本地的环境不断恶化,使得本志区的物候 发生变化。因此我们还和气象局合作,可以为广大市民作花期预报,促使广大市民保护环境,让昆山的青山绿水变为明天的金山银山。

四、动经费及耗材的使用情况:
学校由总务处统筹管理活动经费,各中队负责统计宣传,宣传资料的发放、观察实验资料的形成,都由少年科学院的小研究员负责。
活动宣传材料费:1000元;
交通费:2000元;
资料费:3000元
通讯费:300元

五、方案实施过程中的精彩回放:(见文末)

六、方案参与体会及校方点评:
学生:
  我叫曲俊帆,是一名五年级的学生。自从参加了学校的科技环保社团以后,和同学们一起开展了校园琼花物候观察之探究物候期变化与环境气候关系的影响的研究。活动中,我和同学们一起相互合作,一起观察研究,一起对校园内琼花微环境的变化进行观察,使我懂了观察是一个长久的过程,及时的记录,分析数据,要有足够的耐心和细心开展科学探究,为美化昆山的环境作出自己的努力。
老师:
  通过这次活动,我和孩子们一起经历了整个体验过程,看到孩子们在活动中不断成长,使他们在活动中不断提高自己的科学素养,作为老师的我真的由衷的高兴。我希望我们这样的活动能为孩子们提供更多的空间,让他们在这样的空间里拓展自己的思路,将课堂延伸到社会,使他们真正成为新一代的小主人!
家长:
  自从我的孩子参加这次科学调查活动以来,对身边的事物观察更加细致了,孩子的科学素养养成有时候并非来自书本上的知识,在他们素养养成的初级阶段,培养孩子的独立思考能力和创造力显得尤为重要,在活动中,我看到了我孩子的变化,会观察、会思考、懂研究了,感谢老师和活动方给予我们的机会。
校领导:
  通过这样的活动,学生能拓展课堂知识面,加入校本田园课程,传承昆山琼文化与学校的田园课程相结合,传承昆山琼文化,以点带面,老师能更好地为学生提供体验的舞台,相辅相成,带动昆山更多的学生一起感受琼文化,宣传昆山文化的精神内涵。不但提高学校的办学声誉,也提高了学生的科学调查能力,使学生的综合素质得到提高。

















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