劉東梅
STEM教育理念強(qiáng)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(shí)踐中獲得學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),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(shí)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(xì)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(jì)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(dòng),從學(xué)生已有的認(rèn)知水平和生活常識(shí)出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生利用苔蘚對某電子廠周圍空氣進(jìn)行監(jiān)測。
一、教學(xué)目標(biāo)
了解苔蘚植物的主要特征,認(rèn)識(shí)常見的苔蘚種類;通過STEM教學(xué)活動(dòng),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(shí)踐探究能力,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度;了解人類活動(dòng)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(shí)。
二、跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容
1.科學(xué):學(xué)會(huì)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(huì)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(jìn)行實(shí)踐探究的是八年級“感知生長”社團(tuán)的學(xué)生,他們對七年級所學(xué)的苔蘚植物有一定的認(rèn)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(shí)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(jì)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(zhǔn)備好關(guān)于苔蘚監(jiān)測方法和計(jì)算的資料發(fā)送給每個(gè)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(diǎn)、取樣的工具、計(jì)算公式。
學(xué)生實(shí)驗(yàn)(略)。
師(總結(jié)):取樣的地點(diǎn)是以某電子廠為中心,樣點(diǎn)選擇采用放射布點(diǎn)法,由某電子廠向市區(qū),按照由東向西方向沿軸布點(diǎn),共布8個(gè)樣點(diǎn),其中每個(gè)采樣點(diǎn)的樣本主要來自地面土生苔蘚和樹干附生苔蘚。每個(gè)樣點(diǎn)設(shè)置20個(gè)樣方,每個(gè)樣方大小為0.5m×0.5m。每個(gè)樣點(diǎn)需要調(diào)查苔蘚種類組成、分布格局、各樣點(diǎn)苔蘚頻度、蓋度,統(tǒng)計(jì)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(jì)算每種苔蘚植物在樣方中的蓋度和頻度。
【設(shè)計(jì)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(duì)引領(lǐng)學(xué)生到達(dá)各個(gè)取樣地點(diǎn),將記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與處理,教師協(xié)助處理。
通過統(tǒng)計(jì)到的苔蘚種類的總數(shù)、苔蘚的種類、苔蘚的蓋度和頻度計(jì)算IAP,得出該電子廠的大氣污染對苔蘚植物的影響。
IAP計(jì)算公式如下:
IAP=[i=1n(Q×f)]/10(n——一個(gè)地區(qū)附生苔蘚種類的總數(shù);Q——生態(tài)指數(shù),取該地區(qū)所有樣點(diǎn)樣方內(nèi)出現(xiàn)苔蘚植物的平均數(shù);f——某種苔蘚植物的蓋度與頻度的綜合值)。
各個(gè)小組完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),并進(jìn)行匯報(bào),將結(jié)果寫在表格中。小組內(nèi)成員就表格數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行記錄,同時(shí)對描述準(zhǔn)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(jì)意圖】學(xué)生通過自主合作,整合數(shù)據(jù)和匯報(bào)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(shí)到保護(hù)環(huán)境的重要性。
五、評價(jià)與反思
在整個(gè)調(diào)查實(shí)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(xiàng)目中的核心知識(shí)圖譜與驅(qū)動(dòng)性問題,準(zhǔn)備教學(xué)資源和工具,協(xié)助學(xué)生實(shí)踐探究,在環(huán)節(jié)后給予過程性評價(jià)和結(jié)果性評價(jià)等。學(xué)生是此次STEM項(xiàng)目的探索者、搭建者、完成者:根據(jù)問題情境確定項(xiàng)目主題;查閱相關(guān)資料,制訂探究計(jì)劃;劃分任務(wù),小組分工,組內(nèi)合作;小組間交流問題,進(jìn)一步修訂方案;各小組就探究的結(jié)果進(jìn)行分享討論等。
在本次實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生用實(shí)際行動(dòng)得出了一個(gè)有力的結(jié)論,也深深體會(huì)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(shí)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(shí)體系的同時(shí),也培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)踐探究能力。
(作者單位:江蘇省無錫市南長實(shí)驗(yàn)中學(xué))