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        基于STEAM教育理念的《無(wú)土栽培》選修課實(shí)踐

        2018-01-31 14:49:45李士杏
        中學(xué)生物學(xué) 2017年12期
        關(guān)鍵詞:無(wú)土栽培STEAM教育生物教學(xué)

        李士杏

        摘 要 以《無(wú)土栽培》選修課為例,闡述了如何基于STEAM教育理念進(jìn)行項(xiàng)目性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì),如何在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中推行STEAM學(xué)習(xí)模式,如何運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略促進(jìn)學(xué)生多方面能力提升。最后,對(duì)課程開發(fā)和實(shí)施中如何更好地滲入STEAM理念進(jìn)行了反思和探討。

        關(guān)鍵詞 STEAM教育 無(wú)土栽培 生物教學(xué)

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

        起源于美國(guó)的STEAM(Science,Technology,Engineering,Art and Mathematics)教育理念,正逐漸成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神的新興的教育實(shí)踐和研究范式。在STEAM課堂中,學(xué)生需要解決的問(wèn)題必須是生活中真實(shí)存在的,學(xué)習(xí)的形式為項(xiàng)目式學(xué)習(xí),學(xué)生需要運(yùn)用各種學(xué)科以及跨學(xué)科的知識(shí),通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐和科學(xué)探究,最終完成某一產(chǎn)品的制作或解決某一問(wèn)題。在這類課堂中,學(xué)生需要“做中學(xué)”,即從經(jīng)驗(yàn)中積累知識(shí),從實(shí)際操作中培養(yǎng)思維能力、解決問(wèn)題的綜合能力和創(chuàng)造力。學(xué)生真正成為課堂的中心,是參與者和創(chuàng)造者;教師則是幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)者、組織者和引導(dǎo)者。當(dāng)然,STEAM課堂最大的魅力在于能夠激發(fā)學(xué)生好奇的天性和主動(dòng)探索能力,有助于學(xué)生全身心的參與學(xué)習(xí)。如何設(shè)計(jì)適合我國(guó)學(xué)生的本土化STEAM課程是目前許多教育工作者積極探索的方向。下面以我校自主開發(fā)的選修課《無(wú)土栽培》為例,闡述了STEAM教育理念和教育方法在課程中的具體實(shí)踐運(yùn)用。

        1 基于STEAM理念的項(xiàng)目選擇

        無(wú)土栽培是一種用營(yíng)養(yǎng)液培育植物的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù),具有提高土地和水肥利用率、減少病蟲害、節(jié)省人力以及減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。這一技術(shù)不僅對(duì)于沙漠荒原等難于耕種地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義,也可以用于城市居民樓頂綠化。隨著航天事業(yè)的發(fā)展和人類進(jìn)駐太空的需要,無(wú)土栽培成為目前在太空中進(jìn)行食物生產(chǎn)最有效的方法。因此,無(wú)土栽培是來(lái)源于真實(shí)世界的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,這一情境將強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),激發(fā)他們的探索欲望。

        參與無(wú)土栽培實(shí)踐是一種典型的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式,學(xué)生的一切活動(dòng)都有明確的任務(wù)指向,學(xué)生必須親自完成各個(gè)種植環(huán)節(jié)。在栽培過(guò)程中,學(xué)生可能會(huì)產(chǎn)生疑惑、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,甚至進(jìn)行錯(cuò)誤操作,這就為學(xué)習(xí)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。這種基于動(dòng)手實(shí)踐和研究探索的活動(dòng)才能真正喚醒孩子與生俱來(lái)的創(chuàng)造力。

        如何實(shí)現(xiàn)無(wú)土栽培是一個(gè)需要綜合多學(xué)科知識(shí)才能解決的問(wèn)題。植物的生長(zhǎng)規(guī)律和影響因素涉及生物學(xué)知識(shí),營(yíng)養(yǎng)液配制涉及化學(xué)知識(shí),保證營(yíng)養(yǎng)液持續(xù)供應(yīng)涉及工程學(xué)知識(shí),培育期間的監(jiān)測(cè)和管理涉及傳感器等技術(shù)手段的運(yùn)用。在整個(gè)實(shí)踐過(guò)程中,學(xué)生需要想辦法通過(guò)多種學(xué)習(xí)途徑獲得所需的相關(guān)知識(shí),并且在知識(shí)交互運(yùn)用中,在相互的碰撞中,實(shí)現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí)、理解性學(xué)習(xí)和綜合性學(xué)習(xí)。

        另外,種植植物本身就是一件令人愉悅的事情,蔬菜和花卉的優(yōu)美的外形和色彩能帶來(lái)美的享受,植物的成長(zhǎng)能激起人們內(nèi)心對(duì)生命和自然的熱愛(ài),收獲的喜悅讓人們更能體會(huì)勞動(dòng)帶來(lái)的成就感和樂(lè)趣。這一過(guò)程能幫助學(xué)生提升審美情趣、增強(qiáng)人文素養(yǎng)。

        綜上,無(wú)土栽培實(shí)踐活動(dòng)是一個(gè)具備STEAM教育特征的項(xiàng)目選題。

        2 課程實(shí)施的準(zhǔn)備

        植物的栽培往往需歷時(shí)幾個(gè)月,我校為初高中年級(jí)都預(yù)留了選修課時(shí)間,所以該項(xiàng)目主要利用每周1節(jié)選修課的時(shí)間開展??紤]到植物生長(zhǎng)的延續(xù)性,學(xué)生還需利用平時(shí)的一些休息時(shí)間進(jìn)行觀察和管理。

        項(xiàng)目開設(shè)所需要的場(chǎng)地和設(shè)備等條件必不可少。為了充分利用空間,同時(shí)兼顧美化環(huán)境,教師將兩幢教學(xué)樓之間第三層的通道作為栽培場(chǎng)所,并在通道中加裝了電源插座和自來(lái)水管。在校方的大力支持下,購(gòu)買了一些多層槽式水培架,并配備了相應(yīng)的儲(chǔ)液箱、水泵、上水管道、出水管道。還需準(zhǔn)備的其他設(shè)備,如定植杯、育苗盤、電導(dǎo)率儀、pH計(jì)、電源定時(shí)器、電子天平等。另外,配制營(yíng)養(yǎng)液的化學(xué)試劑、育苗用的基質(zhì)和合適的植物種子也是必不可少的。

        3 課程實(shí)施流程與教學(xué)策略

        本課程的項(xiàng)目可以拆分為多個(gè)環(huán)節(jié),每個(gè)環(huán)節(jié)所需要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)也有所不同,學(xué)科綜合的情況也存在差異,需運(yùn)用的多元智能側(cè)重點(diǎn)也有所不同。因此,教師依據(jù)各環(huán)節(jié)的任務(wù)特點(diǎn)可以采用不同的學(xué)習(xí)方式,學(xué)習(xí)時(shí)間也依具體情況而定,可以是1個(gè)課時(shí),也可以用多個(gè)課時(shí)。

        課程開設(shè)的對(duì)象可以是初中生,也可以是高中生。教師不必?fù)?dān)心各年級(jí)的學(xué)生存在認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力的差異,對(duì)于同一個(gè)環(huán)節(jié),只需要調(diào)整任務(wù)的難度水平就可以適應(yīng)不同層次的學(xué)生。

        3.1 了解無(wú)土栽培技術(shù)

        首先教師通過(guò)資料講解、播放視頻等,向?qū)W生簡(jiǎn)要介紹無(wú)土栽培的含義、類別、基本原理和發(fā)展歷程。然后提出一些問(wèn)題讓學(xué)生思考并討論:無(wú)土栽培技術(shù)有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?如何看待無(wú)土栽培技術(shù)的發(fā)展前景?在本地區(qū)(你的家鄉(xiāng)),無(wú)土栽培技術(shù)可能帶來(lái)什么幫助?……或者請(qǐng)學(xué)生提出一些自己感興趣的問(wèn)題,進(jìn)行討論。

        學(xué)生可以在課后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查閱資料,請(qǐng)教相關(guān)專業(yè)人員等方式收集信息,最后經(jīng)綜合整理形成觀點(diǎn)。對(duì)于研究結(jié)果的呈現(xiàn)和展示,初中生可以采用宣傳小報(bào)、PPT等形式,而高中生建議采用小論文、調(diào)查報(bào)告、小視頻等形式。

        3.2 認(rèn)識(shí)無(wú)土栽培的相關(guān)設(shè)備

        教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察學(xué)校的水培設(shè)施,介紹各部分的名稱,然后請(qǐng)學(xué)生完成以下任務(wù):

        ① 認(rèn)識(shí)水培設(shè)施各個(gè)部分的功能;

        ② 明確水培設(shè)施中液體的流動(dòng)路徑;

        ③ 估算一個(gè)水培架的儲(chǔ)液量;

        ④ 該設(shè)施怎樣通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)滿足其產(chǎn)品功能、質(zhì)量和效益方面的要求?

        ⑤ 對(duì)于該設(shè)施,你認(rèn)為設(shè)計(jì)方面有哪些不足之處?應(yīng)該怎樣進(jìn)行改進(jìn)?

        教師可以將學(xué)生分成小組,以合作的形式完成任務(wù)。學(xué)生可以通過(guò)觀察、測(cè)量、試驗(yàn)、討論、請(qǐng)教老師、查閱書籍資料等方法完成任務(wù)。前兩個(gè)任務(wù)的結(jié)果可采用繪制水培設(shè)施的示意圖的方式呈現(xiàn),在圖上標(biāo)注各部分的名稱,用注釋說(shuō)明各部分的功能,用箭頭表示液體的流動(dòng)路徑。第三個(gè)任務(wù)可以采用多種方法完成,教師應(yīng)要求學(xué)生在研究過(guò)程中詳細(xì)的記錄測(cè)量方法和相關(guān)數(shù)據(jù),過(guò)程記錄是一個(gè)重要的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)依據(jù)。第四和第五個(gè)任務(wù)可以讓學(xué)生用口頭匯報(bào)或者書面匯報(bào)的方式呈現(xiàn),通過(guò)交流能夠激發(fā)學(xué)生更多的思考,產(chǎn)生出更多的創(chuàng)意。endprint

        3.3 無(wú)土育苗

        育苗是將植物從種子培育成便于移栽的幼苗的過(guò)程。育苗過(guò)程歷時(shí)較長(zhǎng),約為1~2月。對(duì)于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的中學(xué)生來(lái)說(shuō),育苗很容易失敗,所以育苗環(huán)節(jié)的關(guān)注點(diǎn)在于實(shí)踐和研究,而不需要強(qiáng)求產(chǎn)品的產(chǎn)出。教師可以購(gòu)買一些現(xiàn)成的幼苗直接進(jìn)行移栽,既節(jié)省時(shí)間又能保證后續(xù)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)正常進(jìn)行。

        教師先通過(guò)視頻和講解讓學(xué)生了解育苗的基本步驟和操作注意事項(xiàng),然后請(qǐng)各小組學(xué)生選擇自己喜歡的植物種子進(jìn)行育苗,并要求學(xué)生認(rèn)真記錄在育苗過(guò)程中觀察到的現(xiàn)象、遇到的問(wèn)題以及尋求解決方法的途徑。育苗過(guò)程中的影響因素非常多,基質(zhì)成分、種子類型、種子的處理方式、育苗過(guò)程中的光、溫、水、氣等條件都會(huì)影響種子萌發(fā)和植物生長(zhǎng)。因此這一環(huán)節(jié)也是進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)的好機(jī)會(huì)。學(xué)生可以選擇自己感興趣的因素設(shè)立小課題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于初中生,可以研究“種子的萌發(fā)是否需要光照” “溫度是否會(huì)影響種子萌發(fā)的速度”等。對(duì)于高中生,可以研究“提前浸種是否會(huì)加快種子的萌發(fā)” “不同的基質(zhì)的配比對(duì)種子的萌發(fā)有何影響” “晝夜溫差對(duì)于幼苗生長(zhǎng)的影響”等。在這一過(guò)程中,學(xué)生需要自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察、記錄和處理數(shù)據(jù),將實(shí)驗(yàn)結(jié)果用文字或圖表進(jìn)行呈現(xiàn),最終得出結(jié)論。

        3.4 營(yíng)養(yǎng)液的配制

        教師先要通過(guò)講解的方式讓學(xué)生了解營(yíng)養(yǎng)液中所需的元素類型和濃度范圍,以及營(yíng)養(yǎng)液配制的原則。因?yàn)槌踔猩透咧猩诨瘜W(xué)知識(shí)儲(chǔ)備方面的差異較大,所以教師要分別設(shè)置不同層次的學(xué)習(xí)任務(wù)。對(duì)于初中生,重點(diǎn)學(xué)習(xí)化學(xué)溶液的配制方法,任務(wù)如下:

        ① 按照提供的清單取出所需要的化學(xué)試劑;

        ② 按照提供的試劑用量進(jìn)行準(zhǔn)確的稱量;

        ③ 按照提供的配制方法進(jìn)行溶液的配制;

        ④ 記錄在配制溶液中遇到的問(wèn)題及解決方法。

        對(duì)于高中生,需重點(diǎn)學(xué)習(xí)營(yíng)養(yǎng)液配方的選擇以及各種化學(xué)試劑的需要量計(jì)算。任務(wù)如下:

        ① 查找資料,了解營(yíng)養(yǎng)液配方的類型及特點(diǎn),根據(jù)所種植的植物選擇一種適合的營(yíng)養(yǎng)液配方;

        ② 根據(jù)配方中的元素濃度和需要配制的幾種母液量計(jì)算出各種化學(xué)試劑的需要量;

        ③ 擬定營(yíng)養(yǎng)液配制的步驟,注意避免配制時(shí)試劑混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng);

        ④ 完成溶液的配制;

        ⑤ 記錄在配制溶液中遇到的問(wèn)題及解決方法。在整個(gè)無(wú)土栽培的過(guò)程中,可能需要多次配制營(yíng)養(yǎng)液,所以學(xué)生可以通過(guò)多次完成任務(wù)更加熟悉這一環(huán)節(jié),甚至還能提出一些改進(jìn)的措施。

        3.5 水培植物的移栽和日常管理

        移栽是將幼苗從育苗盤中移入水培架進(jìn)行培育的過(guò)程,對(duì)于幼苗的成活有著重要的影響。教師需要先講解幼苗移栽時(shí)的操作方式和注意事項(xiàng),然后讓學(xué)生親手移栽幼苗。在這個(gè)過(guò)程中,學(xué)生要思考以下問(wèn)題:幼苗根部的基質(zhì)是否清洗得越干凈越好?如何保證幼苗的根部能接觸到營(yíng)養(yǎng)液?如何根據(jù)幼苗的類型選擇合適的定植杯?……

        水培植物生長(zhǎng)情況的好壞與日常管理是分不開的,日常管理的內(nèi)容主要涉及水培營(yíng)養(yǎng)液的濃度、成分、pH、溶解氧等方面。隨著植物的生長(zhǎng),水培液會(huì)不斷消耗,溶液的pH可能發(fā)生改變。植物根系的生命活動(dòng)需要足夠的氧氣,對(duì)于不耐澇的地植物進(jìn)行水培時(shí),營(yíng)養(yǎng)液中含氧量充足與否是成敗的關(guān)鍵因素之一。教師可以給每個(gè)小組分配一個(gè)水培架,讓學(xué)生負(fù)責(zé)日常管理。學(xué)生需要完成的任務(wù)如下:

        ① 學(xué)會(huì)使用電導(dǎo)率儀測(cè)定水培液的電導(dǎo)率,學(xué)會(huì)使用pH計(jì)測(cè)定水培液的pH;

        ② 學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)電源定時(shí)器對(duì)水泵的抽水頻率進(jìn)行控制;

        ③ 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀察摸索出營(yíng)養(yǎng)液的添加規(guī)律和合適的抽水頻率;

        ④ 經(jīng)常觀察水培設(shè)施運(yùn)行情況,檢查是否存在漏液、堵塞、運(yùn)行不正常等情況;

        ⑤ 觀察并記錄植物的生長(zhǎng)情況,可以用文字、照片或者繪畫等形式。

        4 基于STEAM理念的教學(xué)反思

        本課程作為生物類STEAM課程的初步探索,筆者積累了一些經(jīng)驗(yàn),同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。例如,大多數(shù)學(xué)生都十分喜愛(ài)這種輕松有趣的學(xué)習(xí)模式,非常愿意動(dòng)手參與實(shí)踐過(guò)程,但是在完成一些開放性較強(qiáng)的任務(wù)時(shí),他們就顯得有些無(wú)所適從,力不從心。這種現(xiàn)象與學(xué)生長(zhǎng)期以來(lái)所形成的封閉式被動(dòng)式的學(xué)習(xí)習(xí)慣有關(guān)。因此,教師應(yīng)該循序漸進(jìn),給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo),強(qiáng)化同伴間的互助互學(xué),幫助學(xué)生盡快適應(yīng)開放式學(xué)習(xí)。另外,學(xué)生往往會(huì)認(rèn)真記錄教師講授的內(nèi)容,卻很少記錄自己在探索過(guò)程中的收獲、想法和問(wèn)題。其實(shí),研究過(guò)程日志是十分重要的學(xué)習(xí)資料,研究者利用它可以有助于理清思路、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、獲得靈感等。同時(shí),日志也可以作為過(guò)程性評(píng)價(jià)的重要依據(jù),有助于教師調(diào)整教學(xué)策略。最后,教師應(yīng)該特別重視每個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)束后小組間的匯報(bào)交流。結(jié)果展示是項(xiàng)目性學(xué)習(xí)中最精彩的部分,是一種十分重要的評(píng)價(jià)機(jī)制。同伴間的評(píng)價(jià)對(duì)于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和改進(jìn)學(xué)習(xí)方法具有巨大的推動(dòng)作用。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生充分準(zhǔn)備,認(rèn)真對(duì)待。

        依托特色校本課程來(lái)研發(fā)STEAM校本課程是從學(xué)校層面發(fā)展STEAM教育的重要途徑。教師在進(jìn)行課程開發(fā)時(shí),不應(yīng)該僅僅看重課程的形式是否具有綜合性、跨學(xué)科、趣味性等特點(diǎn),更應(yīng)該從STEAM課程理念的角度去進(jìn)行評(píng)判。例如,學(xué)習(xí)的情境是否能真正激發(fā)學(xué)生好奇的天性和主動(dòng)探索的能力?學(xué)習(xí)過(guò)程中主動(dòng)權(quán)是否真正交給學(xué)生?問(wèn)題的解決過(guò)程是否有助于深層次思維的鍛煉?動(dòng)手過(guò)程是否有助于開發(fā)創(chuàng)造性潛力?同伴合作是否實(shí)現(xiàn)了有效的交流和智慧的碰撞?STEAM教育不僅僅是一種教育形式、教育方法,而是一種文化、一種態(tài)度。學(xué)習(xí)STEAM教育,不是仿其形,而是要學(xué)其神。endprint

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