吳洪

摘要：STEM是基于項(xiàng)目和問(wèn)題學(xué)習(xí)的理念，具有探究性，能解決“是什么”、“為什么”、“做什么”、“怎么做”的問(wèn)題。生物學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中引入STEM理念具有重要意義。本文將以蘇科版生物學(xué)教材（八年級(jí)上冊(cè)）中“蒸騰作用”概念教學(xué)為例，談?wù)勅绾卧O(shè)計(jì)、實(shí)施基于STEM的初中生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

關(guān)鍵詞：初中生物；STEM；蒸騰作用；實(shí)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2018）05-083-2

在傳統(tǒng)教育的評(píng)價(jià)制度下，初中生物教學(xué)與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)、生活、科學(xué)、技術(shù)等脫節(jié)。STEM教育理念集科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)于一體，能解決“是什么”、“為什么”、“做什么”、“怎么做”的問(wèn)題。筆者在“綠色植物的蒸騰作用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中嘗試引入STEM教育理念，設(shè)計(jì)問(wèn)題串，讓學(xué)生開(kāi)展基于STEM的生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，在系列活動(dòng)中建構(gòu)生物重要概念，提升生物學(xué)素養(yǎng)，收了良好的效果。

一、問(wèn)題的提出

“綠色植物的蒸騰作用”是蘇科版八年級(jí)上冊(cè)《生物學(xué)》第十八章“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定”第1節(jié)“綠色植物與生物圈的水循環(huán)”第一課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容。隸屬于“人與生物圈”課程主線中“生物圈中的綠色植物”的二級(jí)主題“植物的生活需要水和無(wú)機(jī)鹽”。這是一個(gè)植物生理學(xué)概念，有其特定的生理過(guò)程和特有的生理現(xiàn)象。筆者設(shè)計(jì)通過(guò)測(cè)定植物的蒸騰作用和觀察植物葉表皮氣孔的實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)植物進(jìn)行蒸騰作用的主要場(chǎng)所——葉片，理解葉片上與蒸騰作用直接相關(guān)的結(jié)構(gòu)——?dú)饪椎淖饔?，初步形成生物體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的基本觀點(diǎn)。整個(gè)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)感知入手，歷經(jīng)思維加工，進(jìn)而上升到理性高度，從而建構(gòu)概念。

二、“綠色植物的蒸騰作用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。

①選取兩枝粗細(xì)相近的枝條，一枝去掉葉片，一枝保留葉片，分別插入規(guī)格為50mL的兩只量筒內(nèi)（量筒內(nèi)盛水各40mL，液面上滴加一薄層食用油）。枝條露出量筒外的部分用保鮮袋罩住，袋口用橡皮筋扎緊。將該裝置放到有陽(yáng)光的地方照射1～2h，以備在課堂中進(jìn)行觀察。②選取新鮮的芹菜（莖和葉）8～10根，其中4～5根插入裝有紅墨水的燒杯中，靜置，其余備用。

2.問(wèn)題導(dǎo)入——水分去哪里了？

一株玉米，從出苗到結(jié)實(shí)，一生所需的水分約200kg，其中作為植物組成成分的水分約09%，維持植物生理過(guò)程的水分約01%，兩者的水量加起來(lái)僅占玉米吸入體內(nèi)水分總量的1%，那其余的99%的水分去了哪里了呢？讓學(xué)生產(chǎn)生疑惑，形成認(rèn)知沖突，并萌發(fā)濃厚的興趣，引出課題。

3.觀察思考——水分通過(guò)植物的哪些器官散失？

組織學(xué)生觀察課前準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)裝置（如下圖），找出實(shí)驗(yàn)裝置的異同之處，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象原因，提出一系列問(wèn)題：①為什么要在清水中加少量食用油。②為什么瓶?jī)?nèi)的水面下降了，水到哪去了？③塑料袋內(nèi)壁上的水來(lái)自哪個(gè)器官？④水以什么形態(tài)到達(dá)塑料袋內(nèi)壁上？⑤塑料袋內(nèi)壁上的水是從植物的哪些器官散失到植物體外？設(shè)計(jì)系列活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考，并逐一解決。

活動(dòng)一：觀察植物水分運(yùn)輸?shù)钠鞴?/p>

為了讓學(xué)生有直觀感性認(rèn)識(shí)，筆者指導(dǎo)學(xué)生用解剖刀切開(kāi)插入裝有紅墨水燒杯中的芹菜莖，與備用芹菜進(jìn)行比較，觀察現(xiàn)象。學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)插入紅墨水燒杯中的芹菜莖內(nèi)部組織變紅色，能分析得出水分可以通過(guò)芹菜莖內(nèi)的輸導(dǎo)組織運(yùn)輸，到達(dá)葉片部位。

活動(dòng)二：觀察植物葉片的結(jié)構(gòu)

在燒杯中加入溫水，將新鮮青菜葉片放入燒杯中，觀察現(xiàn)象（如圖1）。學(xué)生能觀察到放入燒杯中的葉片正反面都有小氣泡，由此判斷葉表面有散失水分的特殊結(jié)構(gòu)，由此過(guò)渡到下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

4.觀察植物葉表皮氣孔。

活動(dòng)一：觀察植物葉下表皮氣孔

指導(dǎo)學(xué)生分組展開(kāi)實(shí)驗(yàn)：①明確目的要求；②閱讀方法步驟；③講解操作要領(lǐng)；④合作展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。教師通過(guò)數(shù)碼顯微鏡展示植物葉下表皮氣孔的圖像。讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)明確氣孔確實(shí)存在，進(jìn)而通過(guò)植物葉片上下表皮氣孔的數(shù)目對(duì)比，總結(jié)氣孔主要分布在下表皮。通過(guò)圖片分析，使學(xué)生明確氣孔是由一對(duì)半月形的保衛(wèi)細(xì)胞圍成的空腔。保衛(wèi)細(xì)胞控制氣孔的張開(kāi)和閉合。

活動(dòng)二：比較不同狀態(tài)植物葉片的氣孔

選取新鮮、萎蔫兩種狀態(tài)的植物葉片，繼續(xù)觀察、比較表皮氣孔。指出不同狀態(tài)的植物葉片表皮的氣孔，有的張開(kāi)，有的閉合，繼而引導(dǎo)學(xué)生思考?xì)饪椎膹堥_(kāi)和閉合的原理。

活動(dòng)三：模擬氣孔開(kāi)閉

①取兩個(gè)長(zhǎng)條形的氣球，一側(cè)粘貼透明膠帶，分別用塑料管插人將兩氣球用透明膠帶粘緊；②向塑料管內(nèi)吹氣，兩氣球空隙增大停止吹氣，空氣從氣球內(nèi)跑出，氣球癟了，兩氣球間的空隙減小甚至合攏③討論：氣球相當(dāng)于什么？?jī)蓺馇蜷g的空隙相當(dāng)于什么？吹氣相當(dāng)于什么狀態(tài)？放氣相當(dāng)于什么狀態(tài)？④結(jié)論：當(dāng)細(xì)胞吸水膨脹時(shí)氣孔張開(kāi)；反之，氣孔閉合。

5.建構(gòu)蒸騰作用概念，闡述蒸騰作用意義

讓學(xué)生以概念圖（如圖2）的形式進(jìn)行梳理歸納，引導(dǎo)學(xué)生闡述氣孔與蒸騰作用的關(guān)系，初步樹(shù)立生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀點(diǎn)，并歸納總結(jié)出氣孔的作用“蒸騰失水的門(mén)戶，也是氣體交換的窗口”。在闡述蒸騰作用的意義時(shí)，前后首尾呼應(yīng)，回歸到開(kāi)始導(dǎo)入的問(wèn)題，植物體內(nèi)99%的水分用于蒸騰作用是不是一種極大的浪費(fèi)呢？在學(xué)生不置可否的情況下，組織學(xué)生閱讀教材。

三、基于STEM的初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的反思

本節(jié)課從創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景入手，以問(wèn)題串引導(dǎo)的方式激發(fā)學(xué)生探究欲望，設(shè)計(jì)基于STEM的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，淡化了學(xué)科之間的界限，以生物為基礎(chǔ)學(xué)科，學(xué)習(xí)生物知識(shí)的過(guò)程要求學(xué)生聯(lián)系科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)科的知識(shí)與技能解決問(wèn)題。教師就“綠色植物的蒸騰作用”這一重要概念設(shè)計(jì)了系列實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、積極動(dòng)手動(dòng)腦、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過(guò)探究從而達(dá)到概念的建構(gòu)，提高了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

本節(jié)課引入STEM教育理念，更強(qiáng)調(diào)同伴、師生之間的合作學(xué)習(xí)。合作學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生之間有明確的責(zé)任與分工，且進(jìn)行互助學(xué)習(xí)，這也是思想碰撞的學(xué)習(xí)。當(dāng)然，這里的合作性不也僅僅是師生、學(xué)生之間的，也有學(xué)校與社會(huì)、學(xué)校與企業(yè)等的合作，使得學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際生活?；赟TEM的初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)使得教師在課程內(nèi)容的選擇、實(shí)施、評(píng)價(jià)過(guò)程中表現(xiàn)出多樣性，同時(shí)學(xué)生在參與學(xué)習(xí)的過(guò)程中解決問(wèn)題的方式多樣，在解決問(wèn)題的過(guò)程中大膽創(chuàng)新。

在國(guó)際科學(xué)教育改革的背景下，基于STEM的初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)或?qū)⒊蔀檠芯繜狳c(diǎn)，筆者希望通過(guò)此研究促進(jìn)生物教學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的深層次融合，摸索初基于STEM的初中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的策略，豐富初中生物實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，為課程改革實(shí)現(xiàn)學(xué)科的綜合化提供一些思路，增添一些實(shí)證材料，真正提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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[1]葉兆寧，楊元魁.集成式STEM教育：破解綜合能力培養(yǎng)難題[J].人民教育，2015.

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（該文系江蘇省“十二五”規(guī)劃初中專項(xiàng)重點(diǎn)資助課題“優(yōu)化初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略的實(shí)踐研究”的階段成果，課題編號(hào)：Ea/2015/03）