融入STEAM教育理念的“免疫調(diào)節(jié)”5E教學(xué)設(shè)計

（福建省晉江市養(yǎng)正中學(xué) 福建泉州 362216）

STEAM教育以解決實際問題或完成項目為驅(qū)動，整合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多科關(guān)聯(lián)點(diǎn)，打破學(xué)科知識學(xué)習(xí)碎片化，注重學(xué)生的審辯式思維、溝通、協(xié)作以及創(chuàng)造等能力的培養(yǎng)，激發(fā)并保持學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。5E教學(xué)模式由吸引（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、遷移（elaboration）和評價（evaluation）5個環(huán)節(jié)組成，各環(huán)節(jié)間層層相扣，一環(huán)接一環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，把教學(xué)環(huán)節(jié)與學(xué)習(xí)過程聯(lián)系起來。教師若把STEAM教育理念融入5E教學(xué)模式中，可改變教的模式和學(xué)的方式，促進(jìn)學(xué)生對知識的應(yīng)用，誘發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，同時提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)?，F(xiàn)以人教版“免疫調(diào)節(jié)”（第一課時）為例，開展融入STEAM教育理念的生物課堂5E教學(xué)設(shè)計的教學(xué)實踐。

1 吸引：呈現(xiàn)真實情境，形成科學(xué)研究動力

在吸引階段，教師要注重激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知與學(xué)習(xí)動機(jī)，把學(xué)習(xí)動力與期待取得的成效相結(jié)合，明確學(xué)習(xí)的目標(biāo)，促使學(xué)生自覺將已有的認(rèn)知經(jīng)驗與新的學(xué)習(xí)任務(wù)密切聯(lián)系。STEAM教育始于真實情境，當(dāng)呈現(xiàn)的真實情境與學(xué)生已有知識經(jīng)驗相關(guān)性較大時，學(xué)生潛在的好奇心和學(xué)習(xí)興趣受到激發(fā)，于是就會產(chǎn)生探究的內(nèi)驅(qū)力，形成主動獨(dú)立探究問題的欲望。

例如，教師聯(lián)系當(dāng)前的新冠疫情，引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）新冠肺炎病毒的遺傳物質(zhì)是什么？（2）疫苗與抗體有何關(guān)聯(lián)性？（3）為何治療新冠肺炎時，疫苗研發(fā)至關(guān)重要？（4）科學(xué)家研發(fā)的新冠肺炎病毒快速檢測試劑能準(zhǔn)確檢測出新冠肺炎病毒的原理是什么？（5）疫苗的研發(fā)過程有什么特點(diǎn)？

STEAM教育重視真實情景設(shè)置，可有效地激發(fā)學(xué)生的探究興趣。打贏新冠肺炎疫情攻堅戰(zhàn)是當(dāng)前的熱點(diǎn)話題，與學(xué)生健康生活相關(guān)。了解新冠肺炎病毒傳播及致病機(jī)理、快速檢測試劑研究和應(yīng)用、疫苗和抗體研制、藥物篩選等知識，是高中學(xué)生應(yīng)該具備的生物學(xué)學(xué)科知識。初步了解新冠肺炎病毒傳播及致病機(jī)理能促進(jìn)學(xué)生形成正確的生命健康觀念，規(guī)范防御新冠肺炎病毒行為；了解新冠肺炎病毒疫苗和抗體的研發(fā)技術(shù)，可以促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成綜合各門學(xué)科的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生為科學(xué)事業(yè)而獻(xiàn)身的家國情懷。

2 探究：重溫研究歷程，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

在探究階段，由于面臨問題的復(fù)雜性，教師要開展運(yùn)用多學(xué)科知識解決問題能力的訓(xùn)練，使知識的習(xí)得和能力的形成相互滲透，使學(xué)生通過領(lǐng)會、掌握和遷移已有認(rèn)知，獲得新知。生命科學(xué)史是關(guān)于生命科學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展及其規(guī)律的科學(xué)。生命科學(xué)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新存在內(nèi)在邏輯聯(lián)系和共同發(fā)展規(guī)律，相互影響、相互制約。教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)生命科學(xué)史，落實STEAM教育理念，使學(xué)生重溫生命科學(xué)研究過程，像科學(xué)家一樣開展研究，從而啟迪學(xué)生思維、培養(yǎng)其探究能力。

在學(xué)習(xí)體液免疫機(jī)制的科學(xué)史時，教師提供材料：

（1）1890年，貝林證實白喉和破傷風(fēng)均由各自病原體產(chǎn)生的毒素引起的。經(jīng)過300多次實驗發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)感染過破傷風(fēng)后仍存活馬的血清中存在一種中和毒素的物質(zhì)——抗毒素（抗體的一種類型），可預(yù)防破傷風(fēng)病的發(fā)作，但抗白喉的抗毒素不能用于治療破傷風(fēng)患者。

（2）1956年，波特用蛋白酶處理抗毒素，發(fā)現(xiàn)抗毒素可分解成一些片段。

（3）生物學(xué)家克拉曼和米切爾從小鼠脾臟分離出純化的B細(xì)胞和T細(xì)胞，經(jīng)抗原刺激后，檢測到各實驗組產(chǎn)生抗體的情況（表1）。

表1 體外細(xì)胞培養(yǎng)情況

（4）1973年斯坦曼發(fā)現(xiàn)：吞噬細(xì)胞在特異性免疫反應(yīng)中能發(fā)現(xiàn)、攝取、處理、暴露抗原，并呈遞給T淋巴細(xì)胞。T淋巴細(xì)胞膜上的CD28蛋白可與抗原特異性結(jié)合，刺激T淋巴細(xì)胞釋放淋巴因子，進(jìn)一步激活B細(xì)胞并產(chǎn)生抗體，最終消滅入侵者。

教師引導(dǎo)學(xué)生討論以下問題：

（1）破傷風(fēng)抗毒素是怎樣產(chǎn)生的？它有何特點(diǎn)？

（2）如何區(qū)分抗毒素（抗體）與抗原？

（3）若實驗①與實驗③為對照實驗，自變量是什么？若實驗②與實驗③是對照實驗，可以得出什么結(jié)論？實驗③與實驗④結(jié)果不同的原因可能有什么？用流程圖把材料4信息中的核心概念聯(lián)結(jié)起來。

探究活動中，教師沒有把學(xué)習(xí)內(nèi)容核心概念間的聯(lián)系直接告訴學(xué)生，而是通過組織學(xué)生觀察、分析、交流、討論，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)知識鏈條的串聯(lián)點(diǎn)。在探究體液免疫步驟時，教師要挖掘生命科學(xué)史資源，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用工程學(xué)思維方式把免疫相關(guān)概念有機(jī)聯(lián)系起來形成完整的知識體系。在活動過程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，親歷思考與知識的重構(gòu)，理解技術(shù)手段的重要性，分析實驗設(shè)計的要領(lǐng)，對實驗現(xiàn)象及結(jié)果深度的交流和討論，提升科學(xué)思維能力。

3 解釋：立足生活實際，訓(xùn)練科學(xué)思維方法

在解釋階段，學(xué)生需要運(yùn)用先前習(xí)得的概念、原理解釋生活現(xiàn)象及其相應(yīng)的原理。在學(xué)生初步形成知識框架后，教師設(shè)置生活問題情景，促進(jìn)學(xué)生遷移運(yùn)用所學(xué)知識，學(xué)生通過充分交流、相互啟發(fā)，提高學(xué)習(xí)的興趣和應(yīng)用能力，使淺層思維轉(zhuǎn)變?yōu)樯疃人季S，構(gòu)建更為復(fù)雜的高階思維體系，促進(jìn)知識的建構(gòu)。

學(xué)習(xí)體液免疫后，教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：

（1）幼兒可通過注射人丙種球蛋白預(yù)防麻疹，可能的原因是什么？

（2）在血常規(guī)檢查時，發(fā)現(xiàn)某人白細(xì)胞數(shù)量超過參考范圍，醫(yī)生斷定此人可能有細(xì)菌性感染的炎癥，請說出醫(yī)生判斷依據(jù)。

（3）出過水痘的人以后不會再出水痘，出過水痘的人仍會感染其他傳染病，請給予合理的解釋。

STEAM課堂以解決真實問題情景為出發(fā)點(diǎn)，需要解決問題時思維邏輯嚴(yán)密，層層遞進(jìn)?；卮饐栴}時，學(xué)生必須具有扎實的科學(xué)知識、縝密的審辯式思維能力、有效的溝通和協(xié)作能力、良好的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。教師經(jīng)常性開展解決真實問題的思維訓(xùn)練，能培養(yǎng)學(xué)生良好科學(xué)思維的習(xí)慣。

4 遷移：加大應(yīng)用跨度，形成創(chuàng)新思維意識

在遷移階段，教師提供新的學(xué)習(xí)資料，要求學(xué)生綜合各科知識，深入學(xué)習(xí)和討論，提高對原認(rèn)知的內(nèi)化和拓展，鼓勵學(xué)生積極地從不同角度解決實際問題。

在學(xué)生明晰體液免疫基本過程時，教師指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識二次免疫反應(yīng)概念后，要求學(xué)生在圖1中補(bǔ)充反映二次免疫的曲線。

圖1 免疫曲線

數(shù)形結(jié)合是科學(xué)成果經(jīng)常呈現(xiàn)的形式。曲線能形象地把生物生理變化過程用數(shù)學(xué)手段描述出來，并提供規(guī)律和原理的軌跡，加深學(xué)生對概念的理解。本環(huán)節(jié)中，學(xué)生只有理解漿細(xì)胞、記憶細(xì)胞、B細(xì)胞之間的區(qū)別和聯(lián)系，理解機(jī)體受到抗原刺激時，記憶細(xì)胞和B細(xì)胞分化產(chǎn)生漿細(xì)胞的反應(yīng)速度和劇烈程度的規(guī)律，才能正確畫出曲線。

學(xué)習(xí)的遷移過程就是把表征知識的外殼層層剝掉，呈現(xiàn)深層知識的強(qiáng)化過程，是學(xué)生鞏固提升到掌握知識的過程。知識只有放在具體的、情境的、可感知的活動之中才能被人真正理解。學(xué)生只有綜合多學(xué)科知識。多角度對知識進(jìn)行強(qiáng)化，才能建構(gòu)更牢固的知識體系，同時加大知識的運(yùn)用力度，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的靈活性。

5 評價：反饋學(xué)習(xí)成效，設(shè)計落實多元評價

評價往往穿插在學(xué)生學(xué)習(xí)活動各個環(huán)節(jié)。上課前評價可以摸清學(xué)生的知識和能力儲備，為學(xué)習(xí)活動奠定基礎(chǔ)；課中評價可以為學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成與學(xué)習(xí)任務(wù)的完成提供依據(jù)；課后評價可以全面了解學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成程度。

例如，在課前導(dǎo)入時，教師設(shè)置問題了解學(xué)生對新冠肺炎疫苗研發(fā)的關(guān)注度，摸清學(xué)生對疫苗與新冠肺炎抗體關(guān)聯(lián)度的認(rèn)識，開展師生評價。對科學(xué)史探究活動完成后，設(shè)計“猜猜我是誰”小游戲：隨機(jī)抽取甲乙兩位學(xué)生，請甲用一句話（這句話中不能出現(xiàn)細(xì)胞名稱）或一個動作，說明牌子（乙看不到牌子上內(nèi)容）上的細(xì)胞或物質(zhì)功能；乙根據(jù)甲的表述或動作猜出細(xì)胞名稱，開展生生評價。完成體液免疫學(xué)習(xí)后，教師播放“警察抓小偷”微課，幫助學(xué)生理清各細(xì)胞或物質(zhì)間關(guān)系，要求興趣小組學(xué)生模仿故事情節(jié)，角色扮演體液免疫課本劇，開展師生、生生、生組評價。在本節(jié)課結(jié)束時，教師要求學(xué)習(xí)小組設(shè)計保健品廣告場景及廣告語并評論，開展生生、師生、生組評價。

教學(xué)過程，教師采用診斷性評價、過程性評價和終結(jié)性評價等評價方式，全面摸查學(xué)情、注重知識的習(xí)得、解決過程的生成，交叉運(yùn)用多種評價手段，多角度鼓勵學(xué)生敢于善于回答問題、發(fā)表不同見解。學(xué)生通過相互評價，互學(xué)互啟，共同享受課堂的樂趣，從而達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

6 小結(jié)

融入STEAM教育理念的高中生物課堂5E教學(xué)模式注重學(xué)習(xí)生命觀念內(nèi)容、形成科學(xué)思維方式、提升科學(xué)探究能力、培養(yǎng)社會責(zé)任意識，幫助學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)知識嘗試解釋生活常識原理，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)。5E教學(xué)模式中5個教學(xué)環(huán)節(jié)層層推進(jìn)又相互交融，促進(jìn)學(xué)生主動、積極地投身STEAM活動中，通過個體探究和團(tuán)隊合作解決實踐中的問題、完成探究任務(wù)。