基于STEM理念的生物園“無土栽培”主題活動(dòng)課

林妙云

（廣東省東莞市常平鎮(zhèn)振興中學(xué) 廣東·東莞 523573）

隨著STEM教育理念逐步被倡導(dǎo)，如何將STEM教育理念為初中生的科學(xué)與技術(shù)素養(yǎng)的提升實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，非常值得我們?nèi)L試、探索和研究。目前，STEM教育課程主要偏重理論上的研究及第一課堂的應(yīng)用，在生物園及校本資源開發(fā)利用方面的研究有限。為此，我們主要是將STEM教育指導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識和技能對學(xué)校生物園“無土栽培”室進(jìn)行科學(xué)探究，開展基于STEM理念的生物園“無土栽培”主題活動(dòng)課，提升學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)及綜合能力，籍以全面發(fā)展。

1 教學(xué)目標(biāo)

通過該活動(dòng)，使學(xué)生了解無土栽培的常見類型和常用方法。通過無土栽培活動(dòng)課的體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神，以及解決實(shí)際問題能力的跨學(xué)科思維。結(jié)合課本教材的內(nèi)容——“被子植物的一生”中的“無土栽培”聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，了解無土栽培的優(yōu)點(diǎn)和對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極意義，培養(yǎng)學(xué)生積極的情感態(tài)度和價(jià)值觀，使學(xué)生逐步樹立責(zé)任心和使命感。

2 場地器材

（1）場地條件：結(jié)合無土栽培技術(shù)設(shè)備最新的發(fā)展趨勢，我們學(xué)校采用了“水培管道式立體栽培架”，包括：方型管和圓形管兩種，分別進(jìn)行培養(yǎng)果菜和葉菜的植物，原因是：方型管適合瓜果枝條的攀爬，而圓形管的高度不足，一般只能培植葉菜。

（2）器材藥品：主要是損耗品的齊全和及時(shí)添置，包括：營養(yǎng)液、種子的購買、殺蟲劑、催果劑、測試營養(yǎng)液濃度的測試筆、管道清理問題、培育的技術(shù)咨詢問題等等。

（3）經(jīng)費(fèi)投入：前期大約需要一次性投入5萬元，后期開展活動(dòng)大約每學(xué)年投入5000元，并且要有生物園的專人進(jìn)行管理。

3 教學(xué)過程

3.1 準(zhǔn)備階段

3.1.1 設(shè)備儀器配置齊全

主要是上面（四、場地器材）提到的各種設(shè)備、儀器、營養(yǎng)液的購置（略）。

3.1.2 學(xué)生的選拔、組織和管理

此活動(dòng)，主要以學(xué)生自主參加為原則，從初一學(xué)生中挑選，主要要求是：學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、動(dòng)手能力強(qiáng)、有一定的分析判斷能力、善于解決問題、學(xué)業(yè)基礎(chǔ)比較扎實(shí)、不怕吃苦、不怕累、甘于奉獻(xiàn)、敢于質(zhì)疑、有團(tuán)隊(duì)合作意識。

選好小組長，是非常重要的一步。小組長頂半個(gè)老師，小組長可采取初選和終選的方式，在活動(dòng)開始之初，初選一位臨時(shí)小組長，通過幾節(jié)課的觀察，結(jié)合表現(xiàn)，再最終選出組長、副組長。這對活動(dòng)的開展、開放性問題的解決、成果的展示、小組組員的評價(jià)、期末資料的上交等等都是非常有幫助的。

3.1.3 評價(jià)體系的完善

根據(jù)這個(gè)活動(dòng)的指導(dǎo)思想之一：跨學(xué)科（STEM理念）解決問題。我們在活動(dòng)開始之初，就制定了“綜合實(shí)踐活動(dòng)表現(xiàn)性評價(jià)方案”，因此，在整個(gè)無土栽培實(shí)踐活動(dòng)開展期間，我們作為指導(dǎo)教師都要結(jié)合表格以及學(xué)生栽培的最終成果，來評價(jià)學(xué)生。

如在無土栽培實(shí)踐小組栽培的是青瓜，小組組員就有學(xué)生提出：怎樣解決傳粉問題？怎么解決枝條攀爬向上的問題？結(jié)果較少的原因是？并由小組長根據(jù)收集的問題，作為代表，向生物園的管理老師詢問或者查找資料一一解決，在這個(gè)過程中，小組長都一一做了記錄，期末評價(jià)的時(shí)候，作為教師，都詳細(xì)進(jìn)行了點(diǎn)評。

【注意事項(xiàng)】實(shí)踐活動(dòng)的指導(dǎo)老師一定要與生物園管理員溝通協(xié)調(diào)好，對實(shí)踐活動(dòng)有規(guī)劃，有具體的分工說明，確保實(shí)踐活動(dòng)順利開展。

3.2 實(shí)施階段

3.2.1 做好“兩會一課”的工作

兩會：無土栽培小組組員會議、無土栽培組長會議；一課：活動(dòng)開設(shè)的第一節(jié)課內(nèi)容要精心準(zhǔn)備。這都是為一學(xué)期活動(dòng)的開展打下基礎(chǔ)，做好鋪墊的。組長明確了職責(zé)，知道自己應(yīng)該做什么？怎樣發(fā)揮組員的力量？怎樣由活動(dòng)引發(fā)STEM的問題，并結(jié)合問題讓組員進(jìn)行有效討論?！耙徽n”能使全體組員理解本實(shí)踐活動(dòng)的指導(dǎo)思想是什么？讓學(xué)生逐漸從“學(xué)科學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把芯啃詫W(xué)習(xí)”，這一思維的轉(zhuǎn)變，在實(shí)踐過程中其實(shí)并不容易，因?yàn)榫C合實(shí)踐活動(dòng)課程以“主題、經(jīng)驗(yàn)、表達(dá)”的非線性單元結(jié)構(gòu)來替代“目標(biāo)、成就、評價(jià)”的線性單元結(jié)構(gòu)，這一定需要一個(gè)過程。

3.2.2 明確每一節(jié)課的內(nèi)容，設(shè)置好每一節(jié)課需要解決的問題

既然是基于“STEM”理念，因此，我們的實(shí)踐活動(dòng)一定要有比較明確的需要解決的問題，答案不一定要統(tǒng)一，不一定有標(biāo)準(zhǔn)答案，但問題一定要有，從而引發(fā)學(xué)生進(jìn)行小組合作、討論，跨學(xué)科地解決問題。

3.2.3 開展基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的《基于“STEM教育”的生物園無土栽培室項(xiàng)目學(xué)習(xí)》PBL課程

我們通過文獻(xiàn)研究、開展講座等方式，了解了當(dāng)前國內(nèi)外STEM的發(fā)展與實(shí)踐，根據(jù)STEM課程的學(xué)習(xí)方式首先是基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，即PBL，明確了基于“STEM教育”理念的學(xué)生研究方式的探索方向，故將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、場館學(xué)習(xí)（生物園）、實(shí)踐學(xué)習(xí)、創(chuàng)客學(xué)習(xí)（鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新）緊密結(jié)合，開發(fā)了基于“STEM教育”理念的生物園PBL教學(xué)課程資源。教師在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，以優(yōu)化項(xiàng)目為原則，以某一技術(shù)為核心，以某一問題為項(xiàng)目主題，對過教師隊(duì)伍之間的頭腦風(fēng)暴，優(yōu)化項(xiàng)目流程，使項(xiàng)目實(shí)施與可操作性更強(qiáng)。

《基于“STEM教育”的生物園無土栽培室項(xiàng)目學(xué)習(xí)》PBL課程案例：

（1）提出問題：如何充分開發(fā)生物園無土栽培室的功能？

（2）調(diào)查現(xiàn)狀：了解生物園無土栽培室的使用現(xiàn)狀。

（3）構(gòu)思解決方案：從栽培系統(tǒng)、室內(nèi)降溫、室內(nèi)燈光等方面著手。

（4）改進(jìn)與測試：設(shè)計(jì)更合理的無土栽培系統(tǒng)并進(jìn)行測試、記錄。

（5）改進(jìn)方案：與各模塊組合改進(jìn)方案。

（6）成果展示：班組交流與展示。

項(xiàng)目分解模塊如下：

“栽培系統(tǒng)”：

（1）提出問題：我校生物園“無土栽培系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)蓄水、節(jié)水、水流運(yùn)轉(zhuǎn)”？

（2）調(diào)查現(xiàn)狀：實(shí)地考察我校生物園“無土栽培系統(tǒng)蓄水、節(jié)水、水流運(yùn)轉(zhuǎn)”現(xiàn)狀。

（3）構(gòu)思解決方案：討論生物園“無土栽培系統(tǒng)蓄水、節(jié)水、水流運(yùn)轉(zhuǎn)”存在的問題并設(shè)計(jì)改進(jìn)方案及記錄表。

（4）改進(jìn)與測試：記錄一周內(nèi)用水情況。

（5）改進(jìn)方案：通過實(shí)踐改進(jìn)“無土栽培系統(tǒng)蓄水、節(jié)水、水流運(yùn)轉(zhuǎn)”。

（6）成果展示：交流自己的記錄，談自己的收獲和疑惑。

“室內(nèi)降溫”：

（1）提出問題：我校生物園無土栽培室夏天溫度過高怎么辦？

（2）調(diào)查現(xiàn)狀：實(shí)地測量我校生物園無土栽培室室內(nèi)夏天早、中晚的溫度。

（3）構(gòu)思解決方案：討論溫我校生物園無土栽培室室內(nèi)度高的原因（我校生物園無土栽培室室頂是玻璃，由于太陽的直射及溫室效應(yīng)）及解決辦法（加遮陽網(wǎng)、通風(fēng)、開增濕器等）。

（4）改進(jìn)與測試：記錄一周內(nèi)采用不同方法室內(nèi)溫度。

（5）改進(jìn)方案：通過測試確定室內(nèi)降溫的改進(jìn)方案。

（6）成果展示：交流自己的記錄，談自己的收獲和疑惑。

“營養(yǎng)液濃度”：

（1）提出問題：無土栽培室瓜果和蔬菜的營養(yǎng)液充足嗎？

（2）調(diào)查現(xiàn)狀：了解并用測試筆測量記錄無土栽培室內(nèi)瓜果和蔬菜的營養(yǎng)液的配制方法、濃度變化對植物生長的作用。

（3）構(gòu)思解決方案：討論無土栽培室內(nèi)瓜果和蔬菜的營養(yǎng)液的配制方法、濃度變化對植物生長的作用，存在的不足并設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。

（4）改進(jìn)與測試：通過實(shí)踐總結(jié)適合的營養(yǎng)液濃度，記錄植物生長的狀況并與之前作對比。

（5）改進(jìn)方案：通過測試確定營養(yǎng)液的配制方案。

（6）成果展示：交流自己的記錄，談自己的收獲和疑惑。

【注意事項(xiàng)】這里要強(qiáng)調(diào)的是“測試筆的使用”是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，雖然瓜果和蔬菜的營養(yǎng)液所包含的物質(zhì)不完全一致，但測出數(shù)值能比較有效地反映出營養(yǎng)液是否充足。如參考數(shù)值為：s值：葉菜果菜均為：1800-2500；PH值：果菜：PH6.5—7.5左右、葉菜：6.3-6.8左右。

3.3 交流展示

（1）對于實(shí)施過程的展示，可以結(jié)合手機(jī)的微信朋友圈分享的功能，既可以對活動(dòng)的步驟進(jìn)行一一列舉，也可結(jié)合圖片，用提問的方式，對圖片中的問題進(jìn)行有獎(jiǎng)提問?；卮鹫_的，獎(jiǎng)勵(lì)的當(dāng)然是無土栽培的瓜果蔬菜若干。

（2）每學(xué)年11月份，我校校慶系列活動(dòng)都有科技節(jié)，實(shí)踐活動(dòng)小組要出一個(gè)展示宣傳欄，總結(jié)開學(xué)至今，活動(dòng)開展的情況。

【注意事項(xiàng)】交流展示與當(dāng)次的產(chǎn)量是有關(guān)系的，但是筆者認(rèn)為并不影響展示，因?yàn)楫a(chǎn)量高，可以開展（2），產(chǎn)量不足時(shí)，可以主要開展（1），也可以開展“為什么我們無土栽培的產(chǎn)量下降了？”的研究性題目進(jìn)行研究。

4 教學(xué)效果與反思

4.1 活動(dòng)亮點(diǎn)與創(chuàng)新

4.1.1 活動(dòng)場地、資金有保障

首先無土栽培活動(dòng)，在初級中學(xué)開展的情況就不多，的確要面對很多困難，不管是資金上、人力上都需要做很多部署。我校能夠在2016年開始，每學(xué)期都有條不紊地進(jìn)行開展無土栽培實(shí)踐活動(dòng)，這是學(xué)校著眼于學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)展，培育學(xué)生核心素養(yǎng)的明智之舉。

4.1.2 將“分學(xué)科內(nèi)容的教學(xué)方式”轉(zhuǎn)變成以“解決問題為核心”的跨學(xué)科教學(xué)形式

在實(shí)踐活動(dòng)課中，筆者結(jié)合“STEM教育”理念，進(jìn)行學(xué)科校本資源開發(fā)，嘗試將“分學(xué)科內(nèi)容的教學(xué)方式”轉(zhuǎn)變成以“解決問題為核心”的跨學(xué)科教學(xué)形式，指導(dǎo)學(xué)生開展有效研究，從而初步讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的方法和過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維，且有利于挖掘無土栽培活動(dòng)的跨學(xué)科融合教育的新功能。

4.2 實(shí)踐活動(dòng)反思

4.2.1 教師的指導(dǎo)方式不能只注重活動(dòng)形式

指導(dǎo)行為往往存在著一系列問題：偏重活動(dòng)形式，忽略具體活動(dòng)方法的指導(dǎo)；偏重學(xué)生活動(dòng)方案，忽略教師指導(dǎo)方案；偏重活動(dòng)過程與階段，忽略活動(dòng)的具體落實(shí)程度。增強(qiáng)教師指導(dǎo)的有效性，是實(shí)施無土栽培綜合實(shí)踐活動(dòng)的一個(gè)基本要求。因而，研究和探討該實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施過程中的教師有效指導(dǎo)策略是目前我們需要注意的最大問題。

4.2.2 評價(jià)一定要在實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施過程中落實(shí)

從理論上說，關(guān)注過程，兼顧結(jié)果，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐活動(dòng)課評價(jià)主體多元、評價(jià)形式多樣、評價(jià)項(xiàng)目多元，是綜合實(shí)踐活動(dòng)課程本質(zhì)規(guī)定性的內(nèi)在要求，但從實(shí)踐看，如果綜合實(shí)踐活動(dòng)課程學(xué)生發(fā)展評價(jià)的具體指標(biāo)體系或評價(jià)要點(diǎn)、評價(jià)制度、評價(jià)機(jī)構(gòu)不落實(shí)，那就難以為綜合實(shí)踐活動(dòng)課程的實(shí)施提供有力的支持。