例談STEM教育視角下的青少年生物科技教學(xué)

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)及功能一直以來都是學(xué)習(xí)的難點。呆板的圖片，晦澀的概念，在理解上頗具難度。校外教育是對學(xué)校教育的有效補充，相對于學(xué)校教育而言，校外教育更富開放性，更具活動，更能激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。與傳統(tǒng)的生物課堂教學(xué)模式相比較，融合STEM理念，在模型設(shè)計、制作的過程中相互交流、欣賞、評價，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，增強學(xué)生自信心。

一、妙用課本圖片，培養(yǎng)學(xué)生的細(xì)致觀察力

生物課本上的結(jié)構(gòu)圖片大多是重要知識點。但是，圖片畢竟是干癟的，是簡化了的結(jié)構(gòu)示例。因此，細(xì)化圖片上的結(jié)構(gòu)特點，變課本圖片為立體模型是STEM理念融合生物科技教學(xué)的一種基本體現(xiàn)方式。

【例】植物的葉片

葉片是植物的主要部分。校內(nèi)生命科學(xué)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。

因此，我們提供簡單的制作材料，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀看圖片，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制作立體的植物葉片模型。

學(xué)生小組合作，對照課本圖片及所查資料，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;吸管剪出合適的長度作為葉脈插入合適的位置;最后，在“上下表皮”上制作“氣孔”，注意氣孔的分布數(shù)量。整個制作過程中，融合了STEM教育理念下的知識學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)。成品制作完成后，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行展示并講解，教師進(jìn)行評價，完善模型設(shè)計。

在這個課例中，學(xué)生最主要的收獲在于對結(jié)構(gòu)圖片的細(xì)致觀察，對葉片相關(guān)結(jié)構(gòu)背景知識的詳盡了解。只有做到了這些，才可能設(shè)計制作出正確的立體模型。尤其是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。

二、融入生活實例，踐行無痕化的生命教育

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。生物學(xué)作為生命教育的顯性學(xué)科，如何結(jié)合學(xué)科特點，在課程設(shè)計、課堂教學(xué)中進(jìn)行無痕化的生命教育，是我們需要思考的。生活實例的利用，是STEM 教育理念在實際教學(xué)中的重要表現(xiàn)途徑。

【例】紅細(xì)胞、血紅蛋白和煤氣中毒

煤氣中毒大多數(shù)中學(xué)生都有聽說過，到底什么是煤氣中毒呢？煤氣即一氧化碳的俗稱，它的中毒機理是一氧化碳與血紅蛋白的親合力比氧與血紅蛋白的親合力高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。

在教學(xué)中，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。教師將提供紅色紙片、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。那么用什么材料來模擬氧氣和一氧化碳呢？“結(jié)合”這個過程如何來表達(dá)呢？這幾個問題正是學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴時需要解決的點。

學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動下，自覺分工合作，尋找合適的材料來模擬煤氣中毒的原理。有些小組覺得可以用大小來區(qū)分氧氣和一氧化碳兩種物質(zhì)分子;有的小組想用靜電來模擬“血紅蛋白”吸引“氧氣”或“一氧化碳”的過程;有的小組想到用磁鐵的吸引來模擬這個過程。

在這個課例中，由于不同的小組采用了不同的材料完成設(shè)計和制作，因此會有完全不同的表達(dá)方式，學(xué)生能夠在這個過程中取他人之長，內(nèi)化知識本身。這樣的過程一方面體現(xiàn)了STEM教育理念下所提倡的學(xué)科融合，另一方面，還做到了生命教育的無痕化。

三、探究日常食材，關(guān)注生活中的生命科學(xué)

“生活即教育”，在社會高速發(fā)展和人們認(rèn)知水平長足進(jìn)步的今天，這一點更是深入人心。對于中學(xué)生而言，這個觀點也許能夠被認(rèn)同，但是真正發(fā)自內(nèi)心地理解生命科學(xué)的重要性，還需要教師引導(dǎo)他們關(guān)注生活，先從日常生活關(guān)注起，首當(dāng)其中的便是日常食材。

STEM 教育發(fā)端于美國，但現(xiàn)在已經(jīng)不斷地出現(xiàn)在其它國家的教育改革中。STEM教育從最初關(guān)注或集中在高等教育，到逐步下移到中小學(xué)教育，從國家競爭力人才的培養(yǎng)擴(kuò)展至學(xué)習(xí)方式的變革。在STEM教育的視角下嘗試摸索青少年校外生物科技教學(xué)，對于激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)都起到了積極作用。