基于STEM理念的“制作泡菜并檢測亞硝酸鹽含量”教學設計

翟佳蕊

摘要：圍繞高中生物學科核心素養(yǎng)四個維度：生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任，融入STEM課程理念，通過創(chuàng)設情境、激發(fā)興趣→查閱資料、提出方案→歸納整合、交流分享→制定方案、解決問題→社會實踐、科學探究→思路創(chuàng)新、問題生成→創(chuàng)設情境、激發(fā)興趣的模式，既能實現(xiàn)知識的跨學科整合，又能促進學生生物學科核心素養(yǎng)的發(fā)展.本文以高中生物《制作泡菜并檢測亞硝酸鹽含量》為例開展教學設計.

關鍵詞：STEM理念;核心素養(yǎng);教學設計

STEM理念是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）四門學科跨學科的交叉整合，以促進學生高階思維的發(fā)展.基于SrIEM理念的高中生物學教學強調以學生為中心，創(chuàng)設真實問題情境，引導學生綜合應用知識，以小組為單位設計解決方案，開展科學探究活動，習得生物學知識，培養(yǎng)學生解決生產(chǎn)生活問題的創(chuàng)新精神與實踐能力[1].高中生物學科核心素養(yǎng)是高中階段的學生通過高中生物課程的學習，初步形成生命科學的核心素養(yǎng)，提煉出生物學科中關注個人發(fā)展和社會發(fā)展的必備品格及關鍵能力，堅持由育分目標向育人目標的轉變，提出了包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個維度.

STEM課程有助于生物觀念的建立.生物學科本身就建立在對于理工類各學科的巧妙的融合的基礎上，各學科間知識融合學習有利于學生建立多維的知識網(wǎng)絡，提升學生綜合運用知識的能力.STEM課程有益于科學思維、科學探究的發(fā)展.培養(yǎng)學生對于生物學的學習興趣和熱情，培養(yǎng)謹慎、科學的思維方式，勇于探索和學習，對核心素養(yǎng)的形成起著推動作用.STEM課程有利于學生社會責任的生成.其教育理念本質上就是實踐，從實踐中找出現(xiàn)實問題的答案，有助于學生主動去生成觀念上的認知與改變，參與個人與社會事務的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔當和能力，從而生成社會責任.

1 設計意圖

本次STEM課程設計選自人教版高中生物選修1專題l課題3《制作泡菜并檢測亞硝酸鹽含量》，本設計旨在將STEM課程跨學科理念和高中生物學科核心素養(yǎng)融入教學設計中.科學（S）解釋“是什么”“為什么”的問題，即泡菜制作過程中所蘊含的生物學原理，幫助學生樹立生命觀念;技術（T）與工程（E）則是在知識的指導下，通過科學手段來認識世界、改造世界，即解決制作泡菜究竟應該“做什么”“怎么做”的問題，旨在發(fā)展學生科學思維與科學探究;數(shù)學（M）作為基礎學科，一方面為其他學科實現(xiàn)跨學科整合奠定基礎，另一方面測定亞硝酸鹽含量本身也離不開圖像、計算等數(shù)理基礎，在此情境中，更好地幫助學生生成社會責任.在合作學習的過程中，學生可以了解到泡菜除了美味可口外，還可能不利于身體健康，養(yǎng)成健康生活的觀念，增強學習獲得感，在互利共贏的學習氛圍中發(fā)展生物學科核心素養(yǎng)，筆者根據(jù)對高中生物學科核心素養(yǎng)和STEM課程理念的理解，設計了基于STEM教育的高中生物學教學過程（圖1）.

2 明確課程主題和目標

通過情境導入本節(jié)課的主題和目標，教師介紹泡菜制作涉及到的乳酸菌發(fā)酵、亞硝酸鹽的理化性質等生物、化學知識，從物質與能量觀的角度，培養(yǎng)學生的生命觀念.通過合作學習，學生不斷調動頭腦中已有知識指導動手實踐，發(fā)展其科學探究與科學思維.學生在經(jīng)歷了以上過程后，能理解并主動向他人宣傳健康飲食的觀念，崇尚健康文明的生活方式，進而促進社會責任學科核心素養(yǎng)的生成.

3 教學過程

3.1 創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣

教師創(chuàng)設情境：同學們喜歡看韓劇嗎？韓劇有三寶：車禍、癌癥、醫(yī)不好，為什么韓劇的主人公經(jīng)常得癌癥呢？并配以資料：據(jù)世界癌癥研究基金會2018年發(fā)布的數(shù)據(jù)，韓國的發(fā)病率（每10萬人中的癌癥發(fā)病人數(shù)）高達307.8，居世界第八，其中胃癌的發(fā)病率高居世界第一，提問可能導致癌癥的原因？引導學生回答出飲食習慣致癌的可能性[2]，進而引出本節(jié)課的主題——泡菜制作并檢測亞硝酸鹽含量.教師布置學生課下查閱發(fā)酵工程相關知識.

學生通過教師創(chuàng)設的情境，將實驗內容與生活實際相結合，并通過課下查閱資料，提升自己的閱讀能力，完善自己的知識體系（S）.STEM課程理念強調的是學生的學習動機，往往越貼近生活的課程更能吸引學生的興趣，教師通過創(chuàng)設情境，引導學生理解本節(jié)課教學內容在現(xiàn)實生活中的意義，促進學生社會責任學科核心素養(yǎng)的生成.

3.2 查閱資料，提出方案

學生查閱資料、整理有關本實驗的資料.六人為一組合作學習，設計制定泡菜制作和檢測亞硝酸鹽含量切實可行的方案.

學生合作學習，查閱資料進行歸納和整理，獲取有效信息（S）.STEM課程理念注重學科的整合和學生的主觀能動性.學生要在課前查找相應的資料，開啟頭腦風暴，積極的思索與本課相關的問題;教師也要在課前融入學生當中，了解學生可能有的奇思妙想，以便于提前做好準備，防止課堂上突發(fā)問題時手足無措.在此基礎上，通過學生主動的學習能很好的豐富學生的知識，培育學生的生命觀念和科學思維學科核心素養(yǎng).

3.3 歸納整合，交流分享

學生經(jīng)過查閱相關資料，組內自行討論，總結歸納，擬定一個可行性的方案.教師組織學生在課上交流分享查閱到的資料，展示各組擬定的方案及其生成的過程.

3.4 制定方案，解決問題

全班同學進行互評，并參考GB5009. 33 - 2016中所給的實驗方法，制定本次實驗的實驗方法（圖2）.

活動一：泡菜的制作

將洗凈的大白菜撕成小塊，適量加入干凈的小型玻璃泡菜壇內，各組學生還可以根據(jù)自己的喜好適當添加不同的調味料;分別配制3%、5%、7%的鹽水，將鹽水煮沸冷卻后加入小型玻璃泡菜壇內，沒過白菜即可.蓋好壇蓋，在壇蓋邊沿的水槽中注滿水，以保證壇內乳酸菌發(fā)酵所需的無氧環(huán)境.在發(fā)酵過程中要注意經(jīng)常補充水槽中的水，將小型玻璃泡菜壇置于100C左右的溫度發(fā)酵即可[3].

活動二：測定亞硝酸鹽含量（ GB5009.33 - 2016：鹽酸奈乙二胺分光光度法）

在泡菜腌制過程中，對3%、5%、7%鹽水濃度的腌制的泡菜每隔24h測定一次亞硝酸鹽濃度，連續(xù)測量14d.記錄對應的亞硝酸鹽含量，并按照公式進行計算[4].

3.5 社會實踐，科學探究

學生將實驗結果記錄在表1中，繪制亞硝酸鹽含量隨腌制時間而變化的曲線圖.

學生在教師的指導下親歷實踐過程完成泡菜的制作（E），根據(jù)全班共同制定的實驗方案，完成亞硝酸鹽含量的檢測（T）.這大大提升了學生的學習興趣，學生領悟到學校學到的知識其實是可以用來指導生產(chǎn)生活實踐的。STEM課程理念關注分享與創(chuàng)造，讓學生感受到創(chuàng)造分享過程中的快樂和成就感，并很好的培養(yǎng)了學生的動手實操能力，讓原本停留在課本上的知識鮮活起來，幫助解決實際問題習得道理.學生親自動手操作，較好的詮釋了生物實驗課堂的趣味性，從方案實施的角度，培養(yǎng)學生的科學探究學科核心素養(yǎng).

3.6 思路創(chuàng)新，問題生成

在實驗進行之后，教師提問：①為什么泡菜壇內有時會長一層白膜？你認為這層白膜是怎么形成的？②隨著泡菜的腌制時間的延長，三只泡菜壇中亞硝酸鹽含量的變化趨勢如何？與鹽溶液的濃度是什么關系？你能分析形成這種趨勢的原因嗎？③通過實驗結果，同學們可不可以從飲食習慣方面提出一些建議呢？對于由其他食品原因帶來的安全問題，同學們可不可以設計一個類似的實驗進行研究呢？

學生經(jīng)過教師的引導，進行實驗的總結，再次對實驗中涉及到的知識（S）進行深化，促進自身生命觀念核心素養(yǎng)的發(fā)展;在親身經(jīng)歷實驗的過程中（T），加深對科學探究學科核心素養(yǎng)的理解;將實驗數(shù)據(jù)進行整理和處理（M）得到合理化的結論，發(fā)展自身科學思維學科核心素養(yǎng);基于以上的活動不斷完善對于發(fā)酵工程（E）的認識，并通過實驗結果養(yǎng)成合理飲食、健康生活的觀念，完善社會責任學科核心素養(yǎng)的認知.

在課程實施的基礎上，教師還應對全體學生的知識理解、課堂表現(xiàn)、實驗操作規(guī)范、實驗結果進行評價，評估學生解決能力、創(chuàng)新能力、參與度，具體可采用過程記錄、隨堂測驗等[5]，發(fā)展高中生物學科核心素養(yǎng)關乎學生個人乃至家庭未來發(fā)展.SrIEM課程的開發(fā)給發(fā)展生物學科核心素養(yǎng)帶來了機遇，具有廣泛的應用前景，我國應用起步較晚，課程體系還有很多不完善的地方，在后續(xù)研究中將進一步探討STEM課程與生物學的深度融合，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和深入探索的能力，為學生開辟發(fā)展生物學科核心素養(yǎng)的新思路.

參考文獻：

[1]權秀媛，王鵬嬌.STEAM背景下高中生發(fā)展核心素養(yǎng)模型的構建一以高中通用技術《紙橋的設計》教學設計為例[J].軟件導刊（教育技術），2018 （12）：7-11.

[2]聶愛英，梁麗娟，雷超，劉娜，時永全.飲食和生活習慣與胃癌的相關性研究進展[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學進展，2017，17（03）：578 -581.

[3][4]韓玉平.“制作泡菜并檢測泡菜中亞硝酸鹽含量”教學設計[J].生物學通報，2009，44（08）：40 -41.

[5]趙占良基于核心素養(yǎng)的聽評課[J].中學生物教學，2017 （13）：4-7.