基于STEM理念的初中生物學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)探索

孫蕾

摘 要 為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)和能力，落實(shí)實(shí)踐育人的理念，基于STEM理念和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求探索初中生物學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。在智慧農(nóng)業(yè)基地開(kāi)展“玉米的人工輔助授粉”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，將生物學(xué)教學(xué)與農(nóng)耕勞動(dòng)相結(jié)合，學(xué)生通過(guò)分析和解決農(nóng)耕中的實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)素養(yǎng)和探究實(shí)踐素養(yǎng)雙提升。

關(guān)鍵詞 項(xiàng)目式學(xué)習(xí) 人工授粉 勞動(dòng)素養(yǎng) 探究實(shí)踐素養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào) Ｇ633. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》建議開(kāi)展“植物栽培活動(dòng)”等跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)。人教版七年級(jí)上冊(cè)生物學(xué)教科書(shū)建議開(kāi)展“玉米人工授粉”活動(dòng)，讓學(xué)生在實(shí)踐中領(lǐng)悟傳粉和結(jié)果等重要生命過(guò)程。

初中生物學(xué) STEM 項(xiàng)目教學(xué)將 STEM 教育融于生物學(xué)教學(xué)，運(yùn)用數(shù)學(xué)、科學(xué)的知識(shí)解決真實(shí)情境中的實(shí)際問(wèn)題，基于工程知識(shí)的運(yùn)用、技術(shù)的使用達(dá)成任務(wù)目標(biāo)，從而有效提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

本研究于 2021 年獲批深圳市光明區(qū)軟科學(xué)研究項(xiàng)目“基于智慧農(nóng)業(yè)和無(wú)人機(jī)的 STEAM 教育科技研究”，并創(chuàng)建了“智慧農(nóng)業(yè)勞動(dòng)和教學(xué)基地”?；胤譃榧Z食、蔬菜、花卉、中草藥四個(gè)片區(qū)，其中多樣化的植物為相關(guān)學(xué)科教學(xué)提供了實(shí)踐場(chǎng)所。因此，本次教學(xué)基于 STEM 理念嘗試跨學(xué)科教學(xué)，指導(dǎo)生物學(xué)興趣小組完成“玉米的人工輔助授粉”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，以期使學(xué)生通過(guò)分析和解決農(nóng)耕中的實(shí)際問(wèn)題，提高綜合實(shí)踐素養(yǎng)。

1 項(xiàng)目選題

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸發(fā)展起來(lái)的，在解決真實(shí)情境中的實(shí)際問(wèn)題時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的價(jià)值觀、必備品格與關(guān)鍵能力。生物興趣小組從超市購(gòu)買(mǎi)一些玉米，發(fā)現(xiàn)購(gòu)買(mǎi)的玉米出現(xiàn)“缺?！爆F(xiàn)象，學(xué)習(xí)小組提出問(wèn)題：為什么玉米會(huì)出現(xiàn)“缺?！爆F(xiàn)象？怎么解決玉米“缺?！爆F(xiàn)象？小組學(xué)生通過(guò)“中國(guó)知網(wǎng)”搜索平臺(tái)查閱文獻(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有些玉米的果頂部花絲從苞葉中抽出時(shí)，已處于大田群體植的散粉末期，由于玉米粉源不足，容易造成禿頂現(xiàn)象。因此，為防止玉米出現(xiàn)“缺?！爆F(xiàn)象，在玉米開(kāi)花后期，可以通過(guò)人工輔助授粉減少禿頂缺粒。

2 規(guī)劃方案

跨學(xué)科實(shí)踐是以發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科應(yīng)用知識(shí)的能力，分析和解決問(wèn)題的綜合能力，動(dòng)手實(shí)踐的操作能力等綜合素養(yǎng)的實(shí)踐活動(dòng)。本次教學(xué)聚焦學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)，探索基于STEM理念的“玉米的人工輔助授粉”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)方案，并在教師的指導(dǎo)下，結(jié)合生物學(xué)知識(shí)修改和完善活動(dòng)方案，得出跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)計(jì)劃，見(jiàn)表1和表2。

3 項(xiàng)目執(zhí)行

3.1 探究玉米單性花的結(jié)構(gòu)

（1）田間觀察玉米的單性花為人工輔助授粉，學(xué)習(xí)小組首先探究玉米的單性花結(jié)構(gòu)。學(xué)生能夠通過(guò)觀察分辨雌花與雄花，并總結(jié)兩種花在著生位置、花序、苞葉露出葉稍時(shí)間上的區(qū)別。

（2）借助解剖顯微鏡，觀察和解剖玉米的單性花學(xué)生利用解剖顯微鏡觀察和解剖玉米的單性花，發(fā)現(xiàn)雄蕊有花絲和花藥。雌蕊由兩個(gè)心皮組成，包括子房、花柱和柱頭三部分。雌花花絲實(shí)心，略扁狀，其上有兩條陷溝，表面密布茸毛，分泌粘液，有粘著外來(lái)花粉的作用，所以花絲任何部位都能接受花粉。通過(guò)解剖活動(dòng)，學(xué)生構(gòu)建“花中最重要的結(jié)構(gòu)是雄蕊和雌蕊”的概念，理解花的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。

3.2 玉米的人工授粉

教師隨機(jī)選擇玉米地的4行玉米作為實(shí)驗(yàn)材料，其中兩行的20株玉米作為實(shí)驗(yàn)組，進(jìn)行人工授粉；其余的兩行玉米作為對(duì)照組，自然授粉不做任何處理。教師組織學(xué)生開(kāi)展玉米人工輔助傳粉，授粉時(shí)間一般選在玉米雄穗盛花期早上8點(diǎn)到10點(diǎn)，因?yàn)榇藭r(shí)雄穗開(kāi)花最多、花粉生活力最強(qiáng)。學(xué)生取紙袋套住玉米的雄蕊，輕輕搖動(dòng)玉米莖稈收集花粉，接著將收集好的花粉，倒在雌蕊的柱頭上。為區(qū)分人工授粉和自然授粉的玉米植株，對(duì)完成實(shí)驗(yàn)的玉米掛牌登記，掛牌上書(shū)寫(xiě)時(shí)間、操作者等內(nèi)容。學(xué)生以“做中學(xué)”的方式理解植物的傳粉和受精過(guò)程，在實(shí)踐中思考以下問(wèn)題：① 在玉米人工授粉中，提供花粉的玉米作為父本還是母本？② 為同株和不同株的玉米授粉，都是自花授粉嗎？③ 玉米的雌花受精后，子房的各部分會(huì)發(fā)育成什么？

每隔一周，學(xué)習(xí)小組測(cè)量玉米棒的周長(zhǎng)和長(zhǎng)度、手摸玉米棒苞葉判斷玉米籽粒的飽滿程度，觀察一次授粉玉米的生長(zhǎng)狀況，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行記錄（表3）。觀察發(fā)現(xiàn)，授粉后第一周花絲停止生長(zhǎng)，開(kāi)始變色。經(jīng)過(guò)6周的時(shí)間，玉米棒的平均周長(zhǎng)由12.3厘米生長(zhǎng)為16厘米，玉米棒的平均長(zhǎng)度由21厘米發(fā)育為40厘米，玉米籽粒日漸飽滿成熟。同時(shí)，學(xué)習(xí)小組在玉米授粉2周后觀察發(fā)現(xiàn)玉米生長(zhǎng)緩慢，猜測(cè)可能原因?yàn)槭诜鄄蛔?，于是進(jìn)行第二、三次授粉。此外，學(xué)習(xí)小組還發(fā)現(xiàn)了新問(wèn)題：無(wú)法用肉眼觀察玉米“受精”和子房的發(fā)育情況。因此，信息技術(shù)教師指導(dǎo)學(xué)生利用AI技術(shù)直觀地呈現(xiàn)玉米“受精”和子房發(fā)育過(guò)程。學(xué)習(xí)小組第四周觀察玉米生長(zhǎng)狀況，發(fā)現(xiàn)部分玉米種子生長(zhǎng)緩慢，分析原因可能是玉米人工授粉較晚，部分玉米花粉的活性低，導(dǎo)致部分雌花“受精”不充分，影響了玉米種子的正常發(fā)育。

4 項(xiàng)目展示

玉米授粉后三十五天（5周）成熟，第六周學(xué)生采摘人工授粉的玉米棒，觀察玉米的結(jié)實(shí)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)玉米仍有“缺?！爆F(xiàn)象，但與同一片自然授粉的玉米相比，“缺?！睜顩r不明顯，一個(gè)玉米棒的玉米平均重量0.16千克，較對(duì)照組重量增長(zhǎng)6.67％，說(shuō)明對(duì)玉米人工授粉確實(shí)可以彌補(bǔ)玉米自然授粉的不足（表4）。學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想的原因及對(duì)策主要有以下三點(diǎn)：① 首次開(kāi)展人工授粉活動(dòng)的時(shí)間太晚，導(dǎo)致玉米花粉活性低，授粉過(guò)程不規(guī)范，因此要把握授粉時(shí)間、加強(qiáng)授粉技術(shù)；② 部分小花或籽粒由于蟲(chóng)害被吃掉造成禿尖、缺粒，要加強(qiáng)授粉后玉米病蟲(chóng)害的防治；③ 缺?？赡苁怯捎谠谟衩卓焖偕L(zhǎng)和玉米灌漿時(shí)水肥需求增加而供應(yīng)不足導(dǎo)致的，因此授粉后要加強(qiáng)水肥管理，適量補(bǔ)充鋅肥，可以減少“缺?！钡鹊陌l(fā)生。

學(xué)生總結(jié)活動(dòng)成果、完成實(shí)踐成果總結(jié)報(bào)告，并制作海報(bào)將項(xiàng)目成果在校園內(nèi)宣傳。為了與更多人分享項(xiàng)目成果，讓更多人了解玉米人工授粉，學(xué)生們將授粉活動(dòng)的視頻進(jìn)行剪輯，制作成科普視頻在“抖音”“B站”等平臺(tái)發(fā)布，達(dá)到了較好地宣傳效果。

5 教學(xué)反思

“玉米的人工授粉”雖然是教科書(shū)建議開(kāi)展的活動(dòng)，但能夠開(kāi)展的學(xué)校卻不多，原因是大部分學(xué)校不具有種植玉米的場(chǎng)地。2022年教育部出臺(tái)《義務(wù)教育課程方案》和《義務(wù)教育勞動(dòng)課程標(biāo)準(zhǔn)》，勞動(dòng)教育正式成為中小學(xué)的必修課程，農(nóng)耕勞動(dòng)是勞動(dòng)教育的重要內(nèi)容，學(xué)校開(kāi)始建設(shè)農(nóng)耕勞動(dòng)教育基地，基地的生物資源可以為生物學(xué)實(shí)驗(yàn)提供材料，如“玉米人工授粉”、 “豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)”等實(shí)驗(yàn)。

《義務(wù)教育課程方案》指出“為充分發(fā)揮實(shí)踐的獨(dú)特育人功能，要加強(qiáng)課程與生產(chǎn)勞動(dòng)、社會(huì)實(shí)踐的結(jié)合。”《義務(wù)教育勞動(dòng)課程標(biāo)準(zhǔn)》要求“提高學(xué)生創(chuàng)造性勞動(dòng)能力、合作能力?！被赟TEM理念的“玉米的人工授粉”項(xiàng)目讓學(xué)生參與創(chuàng)造性勞動(dòng)，較好地落實(shí)了以上文件的精神，在提高學(xué)生勞動(dòng)素養(yǎng)的同時(shí)提高生物探究素養(yǎng)。學(xué)生在參與玉米地田間管理的過(guò)程中，掌握了基本的農(nóng)耕技能，培養(yǎng)了積極的勞動(dòng)態(tài)度；養(yǎng)成了不怕困難、堅(jiān)持勞動(dòng)的勞動(dòng)品質(zhì)。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施中遇到了很多的困難，如：如何判斷玉米雄花的成熟期，怎樣保障“玉米的雌穗”充分授粉等。學(xué)生們通過(guò)查閱資料尋找答案，教師請(qǐng)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，解決困難，在該項(xiàng)目中學(xué)生切實(shí)在解決真實(shí)情境的實(shí)際問(wèn)題中逐漸地培養(yǎng)了生物探究素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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