基于STEM理念的初中生物學(xué)教學(xué)實踐
——以“利用苔蘚監(jiān)測某電子廠周圍空氣”實驗為例

■劉東梅

STEM 教育理念強調(diào)將四門學(xué)科（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）整合，讓學(xué)生在實踐中獲得學(xué)習(xí)經(jīng)驗，在學(xué)科融合的過程中培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，在解決問題中創(chuàng)新思維，提高實踐能力。

蘇科版生物學(xué)七（下）第11 章第1 節(jié)教材介紹了苔蘚植物——植株矮小，葉片很薄，只由一層細胞構(gòu)成，對空氣污染程度非常敏感，常作為空氣污染的指示性植物。在教學(xué)中，筆者設(shè)計了以“苔蘚對空氣污染的監(jiān)測”為核心問題的STEM 教學(xué)活動，從學(xué)生已有的認知水平和生活常識出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生利用苔蘚對某電子廠周圍空氣進行監(jiān)測。

一、教學(xué)目標

了解苔蘚植物的主要特征，認識常見的苔蘚種類；通過STEM 教學(xué)活動，鍛煉學(xué)生科學(xué)觀察和分析能力、查閱資料和總結(jié)歸納能力、解決問題能力和實踐探究能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度；了解人類活動對環(huán)境的影響，掌握苔蘚植物對空氣的指示性作用，引發(fā)學(xué)生對空氣污染的深思，提升學(xué)生環(huán)保意識。

二、跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容

1.科學(xué)：學(xué)會科學(xué)探究的一般過程和方法；

2.技術(shù)：熟悉相關(guān)技術(shù)；

3.數(shù)學(xué)：學(xué)會數(shù)據(jù)的收集、整理、描述和分析；

4.工程：通過推理和研究，分析事物的特征，做出具體描述，完成相應(yīng)規(guī)劃。

三、學(xué)情分析

進行實踐探究的是八年級“感知生長”社團的學(xué)生，他們對七年級所學(xué)的苔蘚植物有一定的認知基礎(chǔ)，并且有查閱資料和歸納總結(jié)的能力。大部分學(xué)生對用苔蘚來檢測空氣污染存有疑惑，對方案的實施沒有頭緒。

四、教學(xué)過程

師：造成空氣污染的原因有哪些？

生：有汽車尾氣、工廠排出的廢氣等。

師：請你縮小調(diào)查范圍，以某電子廠為研究對象，調(diào)查電子廠對周圍空氣的影響。

【設(shè)計意圖】教師通過提問，讓學(xué)生思考空氣污染的原因，引出學(xué)生對某電子廠帶來的污染問題的探究。

教師提前準備好關(guān)于苔蘚監(jiān)測方法和計算的資料發(fā)送給每個學(xué)生，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)苔蘚監(jiān)測空氣污染的方法——建方取樣法，包括取樣的地點、取樣的工具、計算公式。

學(xué)生實驗（略）。

師（總結(jié)）：取樣的地點是以某電子廠為中心，樣點選擇采用放射布點法，由某電子廠向市區(qū)，按照由東向西方向沿軸布點，共布8個樣點，其中每個采樣點的樣本主要來自地面土生苔蘚和樹干附生苔蘚。每個樣點設(shè)置20個樣方，每個樣方大小為0.5m×0.5m。每個樣點需要調(diào)查苔蘚種類組成、分布格局、各樣點苔蘚頻度、蓋度，統(tǒng)計IAP（大氣凈度指數(shù)），并用面積為0.25m2帶格木框置于樣方上，以此計算每種苔蘚植物在樣方中的蓋度和頻度。

【設(shè)計意圖】通過生物檢測方法，教師引導(dǎo)學(xué)生以閱讀、交流和討論的形式完成對建方取樣的學(xué)習(xí)。

將學(xué)生分為4人一組，共兩組。組長分配組員工作，由教師帶隊引領(lǐng)學(xué)生到達各個取樣地點，將記錄的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與處理，教師協(xié)助處理。

通過統(tǒng)計到的苔蘚種類的總數(shù)、苔蘚的種類、苔蘚的蓋度和頻度計算IAP，得出該電子廠的大氣污染對苔蘚植物的影響。

IAP計算公式如下：

各個小組完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，并進行匯報，將結(jié)果寫在表格中。小組內(nèi)成員就表格數(shù)據(jù)進行記錄、整合，小組間相互討論，提出想法，發(fā)表建議。教師在此期間觀察學(xué)生的表現(xiàn)，進行記錄，同時對描述準確的小組給予肯定，對描述有誤的小組給予幫助和指正。

最終得出結(jié)果，如下表所示。學(xué)生根據(jù)結(jié)果總結(jié)出某電子廠周圍空氣的污染情況。

【設(shè)計意圖】學(xué)生通過自主合作，整合數(shù)據(jù)和匯報結(jié)果，真切地感受到該電子廠對空氣帶來的污染和破壞，意識到保護環(huán)境的重要性。

五、評價與反思

在整個調(diào)查實踐過程中，教師扮演著組織者、引導(dǎo)者和協(xié)助者的角色：創(chuàng)設(shè)問題情境，確定項目中的核心知識圖譜與驅(qū)動性問題，準備教學(xué)資源和工具，協(xié)助學(xué)生實踐探究，在環(huán)節(jié)后給予過程性評價和結(jié)果性評價等。學(xué)生是此次STEM 項目的探索者、搭建者、完成者：根據(jù)問題情境確定項目主題；查閱相關(guān)資料，制訂探究計劃；劃分任務(wù)，小組分工，組內(nèi)合作；小組間交流問題，進一步修訂方案；各小組就探究的結(jié)果進行分享討論等。

在本次實驗過程中，學(xué)生用實際行動得出了一個有力的結(jié)論，也深深體會到了科學(xué)探索的艱辛和科學(xué)的魅力，發(fā)現(xiàn)生物學(xué)課程不只是概念和常識的匯總。在這節(jié)STEM 教育理念引導(dǎo)下的初中生物學(xué)教學(xué)探究課程，教師以學(xué)生為主體引入課程，加深學(xué)生對問題的思考，在形成核心知識體系的同時，也培養(yǎng)了學(xué)生實踐探究能力。