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        STEAM科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)探析
        ——以“探究環(huán)境因素對(duì)水仙花光合作用強(qiáng)度的影響”為例

        2020-11-11 09:37:44何淑珠
        福建基礎(chǔ)教育研究 2020年10期
        關(guān)鍵詞:水仙花環(huán)境因素光合作用

        何淑珠

        (漳州第三中學(xué),福建 漳州 363000)

        《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版)》明確提出培養(yǎng)學(xué)生生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),要求關(guān)注學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)歷,通過(guò)探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)提升學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。[1]STEAM來(lái)自科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Arts)和數(shù)學(xué)(Mathematics)等單詞首字母的縮寫(xiě),STEAM 教育的本質(zhì)是跨學(xué)科整合,目標(biāo)是提高人的創(chuàng)造力。本文以“探究環(huán)境因素對(duì)水仙花光合作用強(qiáng)度的影響”活動(dòng)為例,將STEAM 教育理念融入高中生物學(xué)科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì),引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科思維解決實(shí)際問(wèn)題,發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

        一、制訂科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)目標(biāo)

        根據(jù)STEAM 跨學(xué)科整合理念制訂科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)目標(biāo),以便創(chuàng)設(shè)基于項(xiàng)目或問(wèn)題的活動(dòng)情境,引導(dǎo)學(xué)生充分利用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等相關(guān)知識(shí)和技能,在科學(xué)實(shí)踐中提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

        制訂“探究環(huán)境因素對(duì)水仙花光合作用強(qiáng)度的影響”的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)目標(biāo):1.科學(xué)方面。調(diào)查水仙花的分布,分析影響水仙花質(zhì)量與產(chǎn)量的環(huán)境因素,用生命觀念認(rèn)識(shí)生物的多樣性、統(tǒng)一性、獨(dú)特性與復(fù)雜性,結(jié)合本地資源開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐,嘗試解決現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題,發(fā)展生命觀念和社會(huì)責(zé)任。2.技術(shù)方面。學(xué)會(huì)利用信息技術(shù)查閱相關(guān)資料,尊重事實(shí),養(yǎng)成運(yùn)用科學(xué)思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣。3.工程方面。學(xué)會(huì)利用實(shí)驗(yàn)室已有的儀器設(shè)計(jì)、組裝并實(shí)施實(shí)驗(yàn),初步學(xué)會(huì)科學(xué)探究的基本思路和方法,提高實(shí)踐能力。4.藝術(shù)方面。學(xué)會(huì)制作PPT,展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,體驗(yàn)水仙花的藝術(shù)美。5.數(shù)學(xué)方面。學(xué)會(huì)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),運(yùn)用歸納與概括等方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律,發(fā)展科學(xué)思維。[1]

        制訂基于STEAM 跨學(xué)科教育理念的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)目標(biāo),促進(jìn)學(xué)生針對(duì)日常生活和生產(chǎn)中的真實(shí)問(wèn)題,提出清晰的、有價(jià)值的、可探究的生命科學(xué)問(wèn)題,通過(guò)查閱相關(guān)資料,設(shè)計(jì)并實(shí)施可操作性的活動(dòng)方案,發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。[1]

        二、開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)

        以“創(chuàng)設(shè)情境,提出問(wèn)題”“收集資料,設(shè)計(jì)方案”“合作探究,體驗(yàn)融合”及“展示分享,交流提升”等4個(gè)步驟,開(kāi)展“探究環(huán)境因素對(duì)水仙花光合作用強(qiáng)度的影響”科學(xué)實(shí)踐活動(dòng),踐行STEAM 教育理念。

        (一)創(chuàng)設(shè)情境,提出問(wèn)題

        展示漳州水仙花生活環(huán)境的圖片,指導(dǎo)學(xué)生查閱有關(guān)資料,認(rèn)識(shí)水仙花是漳州市的市花,也是中國(guó)十大名花之一。漳州水仙花以圓山麓種植的為最優(yōu),這與水仙花喜溫暖濕潤(rùn)的生活環(huán)境有關(guān)。九龍江支流水源充足,圓山腳下松軟的花田遮陰、向陽(yáng)兼而有之。因有溫泉經(jīng)過(guò),即使在冬季也能保持適宜的地溫。創(chuàng)設(shè)“哪些環(huán)境因素會(huì)影響水仙花的質(zhì)量與產(chǎn)量?如何提高水仙花的質(zhì)量與產(chǎn)量?如何設(shè)計(jì)“探究環(huán)境因素對(duì)水仙花光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)方案?實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量該如何控制?”等系列問(wèn)題情境,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用光合作用原理思考與討論,達(dá)成共識(shí):環(huán)境因素能影響水仙花的質(zhì)量與產(chǎn)量。根據(jù)光合作用的原理,提高水仙花的質(zhì)量與產(chǎn)量必須提高水仙花的有機(jī)物的積累,這就要提高水仙花光合作用的強(qiáng)度。影響水仙花光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素有光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、水分和溫度等。探究環(huán)境因素對(duì)水仙花光合作用強(qiáng)度的影響,自變量可以是光照強(qiáng)度或二氧化碳濃度等,因變量可以通過(guò)測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)氧氣釋放量或二氧化碳消耗量等。

        結(jié)合生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生分析影響水仙花質(zhì)量與產(chǎn)量等環(huán)境因素,關(guān)注地域資源,主動(dòng)參與科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。

        (二)收集資料,設(shè)計(jì)方案

        根據(jù)學(xué)校探究實(shí)驗(yàn)室的條件,指導(dǎo)學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單位,在光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、水分和溫度等環(huán)境因素中,選擇一種環(huán)境因素設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案包括:①解釋實(shí)驗(yàn)的原理;②根據(jù)研究問(wèn)題設(shè)計(jì)“探究環(huán)境因素對(duì)水仙花光合作用強(qiáng)度的影響”的實(shí)驗(yàn)裝置,以及使用傳感器;③完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、材料用具和?shí)驗(yàn)步驟,做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄,用圖表等數(shù)學(xué)形式展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

        鼓勵(lì)學(xué)生以小組合作的形式查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并嘗試組裝實(shí)驗(yàn)裝置。在設(shè)計(jì)、改進(jìn)及實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的合作能力,以及創(chuàng)新能力,促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展,提升科學(xué)探究能力。

        (三)合作探究,體驗(yàn)跨學(xué)科融合

        各學(xué)習(xí)小組在合作探究過(guò)程中,提出不同的實(shí)驗(yàn)方案。教師組織學(xué)生進(jìn)行小組間交流,師生共同探討,修改與完善實(shí)驗(yàn)方案,以此組裝實(shí)驗(yàn)裝置,開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)(表1)。

        表1 “探究光照強(qiáng)度對(duì)水仙花光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)方案

        本環(huán)節(jié)立足生物學(xué)科,以STEAM 跨學(xué)科的視野開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。學(xué)生需要運(yùn)用生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)解決科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)遇到的問(wèn)題。如應(yīng)用生物學(xué)知識(shí)分析影響光合作用強(qiáng)度的因素;結(jié)合化學(xué)、物理學(xué)知識(shí)和操作技能測(cè)量氧氣的釋放量。應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)和建模思想對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。此外,學(xué)生的工程學(xué)思維在設(shè)計(jì)和組裝實(shí)驗(yàn)裝置中得到了較好的鍛煉,促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展。[2]

        (四)展示分享,交流提升

        分組展示交流,相互評(píng)價(jià)。小組代表以PPT 形式展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析總結(jié)提高水仙花光合作用強(qiáng)度的有效措施。PPT 的制作需要學(xué)生有一定的審美能力,體現(xiàn)人文藝術(shù)情懷。在展示交流中,鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表不同的看法,培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

        設(shè)計(jì)基于STEAM 理念的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng),在實(shí)踐中引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注地域資源,弘揚(yáng)愛(ài)國(guó)愛(ài)鄉(xiāng)情懷,培養(yǎng)生命觀念和社會(huì)責(zé)任;聚焦于生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題,在設(shè)計(jì)、改進(jìn)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程中促進(jìn)了科學(xué)思維的發(fā)展,提升了科學(xué)探究能力,發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

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