基于STEM教育的高中生物項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)教學(xué)實(shí)踐

謝雪錦

摘要 以“雜交育種與誘變育種”課堂教學(xué)實(shí)踐為案例，闡述STEM教育理念下的高中生物項(xiàng)目“設(shè)計(jì)“搭載活體蝶蛹”實(shí)驗(yàn)方案”導(dǎo)學(xué)模式，通過(guò)項(xiàng)目問(wèn)題的解決，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，激活思維融合的潛能，提升高中生的生物學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 STEM教育 高中生物項(xiàng)目導(dǎo)學(xué) 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

高中生物項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)指圍繞某個(gè)高中生物知識(shí)或高中生物核心概念、實(shí)驗(yàn)過(guò)程或教學(xué)環(huán)節(jié)，以新情境下的項(xiàng)目活動(dòng)來(lái)引導(dǎo)，學(xué)生在完成項(xiàng)目任務(wù)的實(shí)踐過(guò)程中綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，學(xué)習(xí)掌握相關(guān)高中生物知識(shí)、理解生命現(xiàn)象和規(guī)律，將高中生物知識(shí)由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)知，構(gòu)建系統(tǒng)性、工程化的生物學(xué)概念的一種教學(xué)方式。

筆者在教授人教版高中生物《必修2·遺傳與進(jìn)化》第六章第一節(jié)“雜交育種與誘變育種”課堂教學(xué)中，結(jié)合“太空微重力環(huán)境下”空間站試驗(yàn)載荷約束條件的創(chuàng)意科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了“搭載活體蝶蛹”實(shí)驗(yàn)方案，嘗試以STEM教育，整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的理念，在復(fù)雜的項(xiàng)目情境中，以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)工具，利用生物學(xué)相關(guān)技術(shù)，通過(guò)項(xiàng)目問(wèn)題的解決認(rèn)知生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律，充分體現(xiàn)STEM教育的情境性和實(shí)踐性，構(gòu)建系統(tǒng)性的工程化的高中生物知識(shí)框架和高中生物模型體系，在項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中提高學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，系統(tǒng)地提高學(xué)生的各項(xiàng)能力，提升高中學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1創(chuàng)設(shè)情境、確定目標(biāo)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中課程目標(biāo)的要求是，學(xué)生能樹立生命觀念，形成科學(xué)思維的習(xí)慣，掌握科學(xué)探究的思路和方法，善于從實(shí)踐的層面探討或嘗試解決現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題：具有開展生物學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的意愿和社會(huì)責(zé)任感，能綜合運(yùn)用所學(xué)生物學(xué)知識(shí)及掌握生物學(xué)基本技能，創(chuàng)新性地解決生活及社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際情境中的問(wèn)題。STEM教育也正是在新情境下解決具體問(wèn)題，二者皆有情境性特征。

高中生物項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)首先要確定核心素養(yǎng)目標(biāo)，再進(jìn)一步細(xì)化項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)目標(biāo)，圍繞不同的項(xiàng)目目標(biāo)創(chuàng)設(shè)對(duì)應(yīng)的教學(xué)情境，思考如何在達(dá)成目標(biāo)的情境中鍛煉或培養(yǎng)學(xué)生相應(yīng)的生物學(xué)素養(yǎng)。

“搭載活體蝶蛹”方案設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)主要從方案設(shè)計(jì)和育種知識(shí)的學(xué)習(xí)圍繞STEM四個(gè)方面進(jìn)行目標(biāo)設(shè)置，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1科學(xué)性目標(biāo)：了解雜交育種與誘變育種的概念，理解雜交育種方法的優(yōu)點(diǎn)和不足等知識(shí)。

2技術(shù)性目標(biāo)：舉例闡述雜交育種與誘變育種技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，掌握遺傳和變異規(guī)律在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。

3工程性目標(biāo)：雜交育種與誘變育種知識(shí)體系模型構(gòu)建與空間站搭載蝶蛹實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)處理。

4數(shù)學(xué)性目標(biāo)：搭載實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)蝴蝶雜交實(shí)驗(yàn)遺傳比例、化蝶成功率等的測(cè)算。

2導(dǎo)學(xué)實(shí)踐、構(gòu)建體系

確立項(xiàng)目目標(biāo)后，教師要思考：達(dá)成相應(yīng)目標(biāo)需要解決什么問(wèn)題？解決這些問(wèn)題已具備哪些知識(shí)？還需學(xué)習(xí)哪些新的知識(shí)？這些知識(shí)對(duì)應(yīng)的情境如何設(shè)計(jì)？通過(guò)怎樣方式獲得并得到鞏固？如何促使學(xué)生的思維與能力得到提升？這些是項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)。

本案例主要通過(guò)四個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)，完成導(dǎo)學(xué)實(shí)踐。

2.1項(xiàng)目活動(dòng)一：巧獲蝶蛹

2.1.1課前學(xué)習(xí)指導(dǎo)，準(zhǔn)備資料

教師介紹搜集資料的途徑，引導(dǎo)學(xué)生搜集育種事例，從遺傳和變異角度了解我國(guó)育種實(shí)踐方面知識(shí)，初步認(rèn)識(shí)遺傳和變異原理在生產(chǎn)實(shí)踐上的應(yīng)用。

2.1.2課上引發(fā)回憶，導(dǎo)入新課

教師啟發(fā)學(xué)生復(fù)習(xí)、回顧前面已學(xué)習(xí)的遺傳和變異知識(shí)，接著提供學(xué)習(xí)資料：生物群體在沒(méi)有自然選擇作用下，一般是顯性個(gè)體數(shù)多于隱性個(gè)體數(shù)?，F(xiàn)有綠眼、紫翅蝴蝶與白眼、黃翅蝴蝶親本，已知綠眼、黃翅更適應(yīng)失重環(huán)境，且蝴蝶的綠眼和紫翅是顯性性狀，白眼和黃翅是隱性性狀。同時(shí)，提出問(wèn)題：

1選擇育種中“選擇”的定義是什么？2選擇育種有哪些優(yōu)點(diǎn)和不足？3搭載實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中如何選育相應(yīng)的品種

（蝶蛹）？依據(jù)的遺傳學(xué)原理是什么？為了實(shí)現(xiàn)選育目標(biāo)，應(yīng)如何操作？

學(xué)生小組交流、討論，教師引導(dǎo)學(xué)生代表上臺(tái)介紹說(shuō)明，進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生間的質(zhì)疑、互動(dòng)、交流，使學(xué)生逐步理解雜交育種概念，完成育種方案，形成共識(shí)。

教師繼續(xù)追問(wèn)：利用雜交育種獲得能穩(wěn)定遺傳的純合子蝶蛹至少需要多少年的時(shí)間？師生共同分析，得出雜交育種獲得穩(wěn)定遺傳的純合子的結(jié)論。

2.2項(xiàng)目活動(dòng)二：巧護(hù)蝶蛹

了解了蝴蝶的育種方案后，思考方案中需將蝶蛹送入太空應(yīng)如何保護(hù)，由小組匯報(bào)選擇的蝶蛹處理方案。教師啟發(fā)學(xué)生從生物學(xué)角度，如溫度、濕度、雜交類型等;或者從材料選擇角度，如經(jīng)濟(jì)性及適合太空運(yùn)行的材質(zhì)、包裹方式的選擇與設(shè)計(jì)等;或者從工程學(xué)角度，如整體協(xié)調(diào)性、考慮包裝的重量、水電等需求等進(jìn)行設(shè)計(jì)，增加知識(shí)的融合思考和思維的綜合性培養(yǎng)。

2.3項(xiàng)目活動(dòng)三：深究護(hù)蛹原理

教師追問(wèn)：蝶蛹處理方式的考慮因素主要是什么？并引導(dǎo)學(xué)生思考得出：蝶蛹運(yùn)送到太空中可能受到輻射、失重等影響的原因。教師順利拋出誘變育種的話題，引入誘變育種的探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生分析誘變育種的影響因素，歸納誘變育種包括物理因素和化學(xué)因素兩種方法，學(xué)習(xí)我國(guó)在農(nóng)作物誘變育種方面取得的成果，適時(shí)進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義思想教育。

2.4項(xiàng)目活動(dòng)四：構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)教師進(jìn)一步設(shè)置探究活動(dòng)：現(xiàn)有純系綠眼黃翅和白眼紫翅蝴蝶品種，其中綠眼（Y）對(duì)白眼（y）是顯性，紫翅（R）對(duì)黃翅（r）是顯性，根據(jù)空間站搭載活體蝶蛹的需要，如何利用這兩種親本從中選育純合綠眼紫翅蝶蛹。學(xué)生結(jié)合雜交育種的概念、雜交育種的優(yōu)缺點(diǎn)展開思考，用遺傳圖解表示并用文字、箭頭等簡(jiǎn)要?dú)w納總結(jié)雜交育種的流程圖（圖1）。

教師檢查，評(píng)析書寫過(guò)程和結(jié)果，進(jìn)一步構(gòu)建本項(xiàng)目相關(guān)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。師生共同分析聯(lián)系基因突變的特點(diǎn)。教師指導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出誘變育種的局限性并說(shuō)明克服這一局限性采取的辦法。

2.5項(xiàng)目活動(dòng)五：完成方案

通過(guò)前期四個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)，教師引導(dǎo)學(xué)生在課后復(fù)習(xí)本項(xiàng)目的相關(guān)知識(shí)，完善形成完整的搭載實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

3反饋評(píng)價(jià)、達(dá)成目標(biāo)

學(xué)生在順利完成相應(yīng)的活動(dòng)目標(biāo)后，教師引導(dǎo)學(xué)生拓展學(xué)習(xí)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握本項(xiàng)目的相關(guān)學(xué)科知識(shí)，提升高中學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.1評(píng)價(jià)反饋

教師提供本節(jié)課的導(dǎo)學(xué)案，組織學(xué)生完成課堂小結(jié)，及時(shí)予以反饋、對(duì)本節(jié)的學(xué)習(xí)進(jìn)行互動(dòng)交流評(píng)價(jià)，對(duì)幾種育種方法展開比較，總結(jié)雜交育種與誘變育種的原理與優(yōu)缺點(diǎn)。

3.2拓展延伸

教師組織學(xué)生課后學(xué)習(xí)美國(guó)太空蝴蝶資料：美國(guó)宇航局第一批進(jìn)入太空的帝王斑蝶幼蟲變成蛹后，于2009年11月30日在國(guó)際空間站上變成蝴蝶。學(xué)生在課后探究比較蝶蛹進(jìn)入太空后與自然狀態(tài)下的孵化情況、蛹孵化后獲得的孵化率、制作完成孵化率數(shù)據(jù)曲線圖，提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)，更好理解誘變育種等;開展實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)蝶蛹返回地球后的變化進(jìn)行定量和定性實(shí)驗(yàn)。另外，要求學(xué)生利用課后學(xué)習(xí)袁隆平雜交水稻的育種的相關(guān)成就，提升學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷。

參考文獻(xiàn)：

石進(jìn)德.項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)在“酶本質(zhì)的探索”科學(xué)史中的教學(xué)實(shí)踐[J].生物學(xué)教學(xué)，2019，44（1）：29-31.