“STEMSOS”理念在生物教學(xué)中的實踐

鄭臻

在生物學(xué)的知識體系中，對于中學(xué)生，尤其是初中階段的學(xué)生而言，生物體的結(jié)構(gòu)及功能一直都是學(xué)習(xí)的難點：呆板的圖片、晦澀的概念，在理解上頗具難度。與傳統(tǒng)的生物課堂教學(xué)相比較，倡導(dǎo)學(xué)生登臺秀（展示）的“STEM SOS”教學(xué)理念，注重引導(dǎo)學(xué)生通過制作生物體結(jié)構(gòu)模型的方式感性認(rèn)識生物體的結(jié)構(gòu)，并且在過程中內(nèi)化相關(guān)的科學(xué)知識，在模型設(shè)計、制作的過程中完成科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多學(xué)科的學(xué)習(xí)。學(xué)生在登臺秀的過程中相互交流、評價，能深化理解“生物體的結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一”這一基本生物學(xué)觀點，同時鍛煉小組合作能力，提高表達(dá)能力，增強(qiáng)自信。

妙用課本圖片

一般地，《生物》課本上的圖片大多是重要知識點，往往也是考點。我們承認(rèn)，這樣的說法帶有明顯的應(yīng)試傾向，但是這也說明生物體的結(jié)構(gòu)圖在生物教學(xué)中的確是不可或缺的。課本上的圖片是簡化了的結(jié)構(gòu)示例，是平面呈現(xiàn)形式，教師深入研究圖片上的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)特點，變課本平面圖片為立體模型是“STEM SOS”教學(xué)理念基本的體現(xiàn)方式之一。

《植物的葉》這一課，教材中葉片的結(jié)構(gòu)圖片是縱切圖，氣孔、柵欄組織、海綿組織、葉脈等都有標(biāo)注，但它們的分布、數(shù)量比例、大小等在圖片上并不能清晰直觀地看出來（如圖1）。

教師可以提供簡單的制作材料，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察圖片，查找相關(guān)知識，用透明片、塑料吸管、軟陶、膠水等簡單的材料制作立體的植物葉片模型。

學(xué)生對照課本圖片及所查資料，通過小組合作，設(shè)計畫出葉片結(jié)構(gòu)的草圖；選取合適的透明塑料片進(jìn)行裁剪，分別作為葉片的上下表皮；將不同顏色的軟陶捏成柵欄組織和海綿組織；吸管剪成合適的長度作為葉脈插入相關(guān)位置；最后，在“上下表皮”上制作“氣孔”，使“氣孔”的分布數(shù)量更加合理（如圖2）。整個制作過程中，融合了STEM教育理念下的各種知識學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)。成品制作完成后，教師進(jìn)行評價，完善模型設(shè)計，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行展示并講解。

在這個課例中，學(xué)生只有對葉片結(jié)構(gòu)圖片進(jìn)行細(xì)致觀察，對葉片結(jié)構(gòu)的背景知識有詳盡了解，才可能設(shè)計制作出正確的立體模型。其中柵欄組織和海綿組織的區(qū)別，上、下表皮中氣孔數(shù)量的不同等都是學(xué)生在模型制作中必須關(guān)注到的。這樣的學(xué)習(xí)過程顯然比教師的講解更為有效。

融入生活實例

當(dāng)前，生命教育的重要性已經(jīng)引起全社會的廣泛關(guān)注。生物是生命教育的顯性學(xué)科，如何結(jié)合學(xué)科特點，在課程設(shè)計、課堂教學(xué)中對學(xué)生進(jìn)行潛移默化的生命教育，是教師需要思考的。教學(xué)中引入生活實例，是“STEM SOS”教學(xué)理念在實際教學(xué)中的重要表現(xiàn)途徑之一。

《紅細(xì)胞、血紅蛋白和煤氣中毒》這一內(nèi)容學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要了解紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點——呈圓盤微凹狀，其中的血紅蛋白可以和氧氣結(jié)合。那么，它們和煤氣中毒有什么關(guān)系呢？

教師可以拓寬學(xué)生知識面，拓展知識深度，融入生活實例，向?qū)W生講解煤氣中毒的原理。煤氣即一氧化碳的俗稱，它與血紅蛋白的親和力比氧氣與血紅蛋白的親和力高200—300倍，所以一氧化碳極易與血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白喪失攜氧的能力和作用，造成組織窒息。少量的一氧化碳即可與氧氣競爭，碳氧血紅蛋白不僅本身無攜帶氧的功能，并且阻礙氧合血紅蛋白釋放氧，從而導(dǎo)致組織雙重缺氧，最終導(dǎo)致低氧血癥。

教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生理解煤氣中毒的過程，用合適的材料模擬紅細(xì)胞、血紅蛋白、一氧化碳、氧氣等。這其中，模擬一氧化碳比氧氣更容易和血紅蛋白結(jié)合的過程是難點。教師可以提供紅色紙片、紅色軟硅膠管來制作紅細(xì)胞，通過彩色細(xì)吸管纏繞來模擬其中的血紅蛋白。再讓學(xué)生思考：用什么材料來模擬氧氣和一氧化碳？“結(jié)合”這個過程如何來表達(dá)？

學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動下分工合作，查找資料，設(shè)計圖紙，尋找合適的材料模擬煤氣中毒的原理：有些小組用大小來區(qū)分氧氣和一氧化碳，有的小組用靜電來模擬“血紅蛋白”吸引“氧氣”或“一氧化碳”的過程，有的小組用磁鐵的吸引作用來模擬。教師全程參與各個小組的討論和設(shè)計，進(jìn)行評價，并幫助他們完善設(shè)計，尋找材料。對于可行性得到認(rèn)可的設(shè)計，教師則在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中提供相關(guān)材料，和學(xué)生一起完善制作。

在這個課例中，由于不同的小組采用了不同的設(shè)計和制作，在煤氣中毒原理的登臺秀環(huán)節(jié)中會有完全不同的表達(dá)方式，學(xué)生能夠在這一過程中取他人之長，內(nèi)化知識本身。這一方面體現(xiàn)了STEM教育理念下所提倡的學(xué)科融合，另一方面又做到了生命教育的潛移默化。

探究日常食材

在社會高速發(fā)展和人們認(rèn)知水平長足進(jìn)步的今天，越來越多的人認(rèn)識到生命科學(xué)的重要性。生物教師要善于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，最簡便有效的方法之一便是關(guān)注日常食材。

“羊膜卵的結(jié)構(gòu)和功能”是生物課中一個重要的知識點。鳥卵是一種典型的羊膜卵，這是脊椎動物適應(yīng)陸生的一種進(jìn)化：羊膜卵的外層有一層薄薄的而又堅固的卵殼，起到保護(hù)作用，內(nèi)有提供營養(yǎng)的卵黃；在發(fā)育過程中，胚胎外部形成羊膜，膜內(nèi)充滿羊水，保證胚胎一直處于穩(wěn)定的水環(huán)境中，也保證了生物在胚胎期就可以擺脫對水域環(huán)境的依賴；正是這種卵模式的出現(xiàn)，使脊椎動物有了完全陸生的可能性。

雞蛋是一種常見的鳥卵，是多數(shù)人日常生活中非常熟悉和喜愛的一種食材。在科學(xué)課中，可以不用“炒雞蛋”的方式打開雞蛋，而是用生物解剖的方法來“解剖”雞蛋，再由外而內(nèi)、由表及里地進(jìn)行觀察，然后對照圖片找出實物中的結(jié)構(gòu)并標(biāo)明，最后結(jié)合生活中的常識來探究這些結(jié)構(gòu)的功能。學(xué)生尋找雞蛋結(jié)構(gòu)并不費力，雞蛋的仿生學(xué)應(yīng)用、蛋殼表面的氣孔以及卵黃、卵白的功能也不難推斷，但對系帶功能的理解卻有些困難。

教師可以引導(dǎo)學(xué)生動手，利用塑料瓶、透明塑料紙、乒乓球、橡皮筋、曲別針、剪刀、砂紙、直尺等制作雞蛋模型（如圖3），體現(xiàn)出主要的結(jié)構(gòu)，更好地認(rèn)識系帶。

在這個模型中，橡皮筋有效模擬了雞蛋結(jié)構(gòu)中的系帶。在雞蛋模型搭建的過程中，很多同學(xué)已經(jīng)能夠解釋系帶的作用：減震。在最后的展示、演示環(huán)節(jié)中，幾乎所有學(xué)生都理解了這一難點：系帶能牢牢地將卵細(xì)胞固定在中央位置，起到很好的保護(hù)作用和減震的作用，利于雞蛋的孵化。

這個課例中，“STEM SOS”教學(xué)理念的優(yōu)勢得到了非常明顯的體現(xiàn)：鳥卵中“系帶的結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一”。這一難點得到突破，學(xué)生展示環(huán)節(jié)增強(qiáng)了課程的趣味性，激發(fā)了他們對生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

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