研究性学习优秀案例介绍之七
南京师大附中开设研究性学习及类似活动的历史由来已久。"责任·创造"一直是我校的光荣传统，自 1902 年诞生之日起，我校就一直走在引领基础教育创新之路的前列，是中国教育教学实验研究基地，是中国基础教育十大名校之一。上世纪八十年代以来，我校的研究性学习在多年的摸索探究之后已成一定规模，多项发明创造获得国家及省一等奖，更有我校学生组成研究性活动课题小组代表国家参加国际大赛。二十多年来，我校研究性学习取得令人瞩目的成就，学生的作品多次被推荐参与国际交流，得到了高度的肯定和赞扬，为我校赢得了很大的国际声誉。
我校的研究性学习活动涉及到中学所有的学科，如语文、英语、数学、物理、化学、政治、历史、地理、生物、艺术（音乐或美术）、体育、信息（或通用技术）等十多个学科，甚至包括了心理健康等校本选修课程中的学习研究内容。不仅有单独学科的研究课题，也包括了综合两个及以上学科的综合性课题。在我校已经进行的研究性学习评比中，每次都涌现出一批批优秀论文和典型案例，我们将逐步展示一些不同类型的典型案例和研究过程，供后来的同学参考借鉴。
说明：以下案例均非完整论文原文。
案例7、系统动力学课题
——Eco-machine与池塘水质改善课题的研究
一、问题的提出
我们有一个美丽的校园，校园内有一个池塘，池塘里养了一些可爱的鱼，我们喜欢在池塘边读书、交谈，喜欢与小鱼嬉耍。但是，每到夏天，池塘的水总是散发出阵阵难闻的气味。是什么使我们池塘的水质变坏？我们希望改善池塘的水质，把池塘水质的改善作为研究性学习的课题。我们研究性学习小组对池塘水质进行检测，对照中华人民共和国《地表水环境标准》发现池塘水中DO低于正常标准，水中的N、P也超标。我们知道许多学校、社区、公园都有这样的池塘，也存在着和我们学校池塘相类似的问题。
二、问题的界定和目标
我们研究的问题是“封闭的小型池塘”水质改善问题。
“封闭的小型池塘”具有如下特征：水面面积较小（通常小于
我们关注影响水质的两个主要因素，一为水中的N、P的含量；二为水体的溶解氧。因此，我们将水质改善的目标定为：降低水中过量的N、P含量，同时增加水中的溶解氧。
三、问题的研究方法
目前，人们常常利用人工湿地(Constructed Wetland)来处理污水，改善水质。人工湿地去除的污染物范围广泛，包括N ，P ，S ，有机物，微量元素，病原体等，污水经过人工湿地的自然处理后，大部分有机物最终被转化为微生物体及CO2 、H2O。我们通过Eco-machine来模拟人工湿地的污水处理过程，从而深入的研究人工湿地的运行机理，用建造人工湿地的方法来改善校园池塘的水质：一方面通过水泵使“封闭的小型池塘”水流动，让水与空气充分接触，增加水体溶解氧（当然这样要消耗电能，因此，需要寻求最经济的运转时间），另一方面，利用湿地中生长的植物和浮游生物来吸收水中的N、P，并分解有机物，由于植物的光合作用还可产生氧气，因此，水生植物的存在还可以增加水中的溶氧量。
可是，人工湿地是一个复杂的生态系统，包括浮游植物、挺水植物、沉水植物，水生动物等，水生生物的数量变化随环境条件的不同也具有复杂性、非线性和延迟等特点，在考虑各个因素之间相互复杂的关系时，人类大脑的思维往往具有局限性，因此，我们运用系统思考的理论，借助系统动力学的研究方法，利用Eco-machine，用STELLA软件来建立模型，模拟人工湿地，寻求解决池塘水质的有效途径。
在老师的帮助下，我们确定了影响溶解氧的主要因素：植物的光合作用和呼吸作用、微生物的呼吸作用、水生动物（鱼）的呼吸作用、水流的速度、温度等。
四、Eco-machine的建立
Eco-machine由一个水族箱和3个水槽组成。如下图所示：
其中水族箱模拟的池塘，里面有观赏鱼；物理处理箱用于对水体的过滤；挺水植物（芦苇）主要吸收水中的N、P；沉水植物（黑藻）增加水中的溶解氧。水泵的功率决定了水循环的速度。
五、研究过程和步骤
1．Eco-machine的水循环系统研究
Eco-machine首先是一个水循环系统，水体流动促进了各部分水体之间的溶解氧和N、P的交换，水流速度也影响了其交换的速度。因此，必须研究水的循环。
在Eco-machine系统中，由于达到平衡的时间较短，因此我们不考虑虹吸管速度的变化，认为平衡后的水循环的速度由水泵的速度决定。
2．溶解氧随水流如何变化？
如果流入的水的溶解氧高于流出的水的溶解氧，则本水槽的溶解氧提高，反之降低。
3．增养泵如何影响水中的溶解氧？（水温
4．沉水植物一天中如何通过光合作用和呼吸作用影响水中的溶解氧？（水温
5．水族箱中的鱼怎样影响水中的溶解氧？（水温
6．微生物如何影响水中的溶解氧？
7． N、P的含量