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        初中生物學(xué)“眼與視覺”STEM項目教學(xué)嘗試

        2021-12-22 10:12:00南京外國語學(xué)校河西初級中學(xué)江蘇南京210019
        生物學(xué)通報 2021年3期
        關(guān)鍵詞:凸度凸透鏡生物學(xué)

        徐 婷 (南京外國語學(xué)校河西初級中學(xué) 江蘇南京 210019)

        “教育應(yīng)培養(yǎng)什么樣的人? ”是教育領(lǐng)域乃至社會各界不斷追問的永恒主題。2014年,教育部提出的核心素養(yǎng)體系直接指向?qū)@一問題的回答:中國學(xué)生核心素養(yǎng)以文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與3 個方面構(gòu)成總框架,旨在培養(yǎng)全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人,完成“立德樹人”的教育任務(wù)。其中,生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括:生命觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、社會責(zé)任4 個方面。這4 個方面并不是簡單的組合,而是學(xué)生在富有現(xiàn)實意義的情境學(xué)習(xí)中,通過自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等方式習(xí)得的綜合素養(yǎng)。

        初中生物學(xué)STEM 項目教學(xué)是將STEM 教育融于生物學(xué)教學(xué),運用數(shù)學(xué)(mathematics)、科學(xué)(science)的知識解決真實情境中的實際問題,基于工程(engineering)知識的運用、技術(shù)(technology)的使用達成任務(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),達到培養(yǎng)全面發(fā)展人才的根本目的。

        本文以初中生物學(xué)7年級下冊“眼與視覺”的教學(xué)為例,闡述如何進行基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEM 項目教學(xué)。

        1 圍繞生物學(xué)核心概念,開展跨學(xué)科STEM 項目教學(xué)

        “眼與視覺”是蘇教版生物學(xué)7年級下冊“人體感知信息”中第2 課時的內(nèi)容。學(xué)生需要認(rèn)識眼球的基本結(jié)構(gòu)及功能,并在此基礎(chǔ)上了解視覺形成的過程、近視成因和矯正等知識,從而形成愛護眼睛的意識,養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣。但教材中有關(guān)眼球結(jié)構(gòu)的教學(xué)主要是依據(jù)示意圖及文字描述,并不能激發(fā)學(xué)生的感性認(rèn)識;7年級學(xué)生尚未學(xué)習(xí)凸透鏡成像的相關(guān)知識,這對于他們理解視覺的形成、近視成因及矯正有一定的難度。

        近視是本節(jié)內(nèi)容的重、難點。在近期全國普查中發(fā)現(xiàn),中國近視患者已達6 億,其中兒童青少年近視率位居全球第一。青少年學(xué)生有必要了解眼睛的基本結(jié)構(gòu)、近視的成因等知識,并積極防治近視。在此背景下,筆者以“眼與視覺”內(nèi)容為例,設(shè)計了STEM 項目教學(xué)[1]。

        1.1 以核心概念為基礎(chǔ),進行深度學(xué)習(xí) 在日常生活中,與眼球、視力、近視相關(guān)的知識很多。教師在備課過程中應(yīng)重視學(xué)科核心概念,引導(dǎo)學(xué)生對核心概念進行深入學(xué)習(xí)。在本節(jié)課中,筆者首先與學(xué)生圍繞核心概念,采用頭腦風(fēng)暴的形式,啟迪思維,梳理了項目活動的探究主題(圖1)。

        圖1 以核心概念為載體設(shè)計項目活動

        在實際教學(xué)中,以核心概念為載體設(shè)計項目活動主題,并以項目活動的進行為明線,以學(xué)生核心知識、能力的發(fā)展為暗線,以近視這一常見、具體的情境為切入點,為學(xué)生的分組、活動策劃與探究等項目活動打下基礎(chǔ)。

        1.2 以項目實踐為載體,親歷探究過程

        1.2.1 組織課程內(nèi)容,制定指導(dǎo)計劃 確定了項目主題后,為保證項目活動的有效性,教師需要基于課程內(nèi)容及課時安排等情況,進一步設(shè)計、規(guī)劃學(xué)生的探究活動。學(xué)生的項目活動根據(jù)需要可貫穿課前、課上及延伸至課外。在備課過程中,為學(xué)生做好規(guī)劃是實現(xiàn)項目教學(xué)有序、高效進行的必要保證(圖2)。

        圖2 根據(jù)項目主題規(guī)劃學(xué)生探究活動

        1.2.2 組建學(xué)習(xí)小組,開展項目探究

        1)組建小組:學(xué)習(xí)小組的組建采用課前同組學(xué)生完成一項任務(wù),課上每組選1 人組成新的學(xué)習(xí)項目研究小組,該小組也繼續(xù)完成課后探究的方式;同時遵守組間異質(zhì)、組內(nèi)同質(zhì)的小組分組原則(表1)。

        表1 小組分組方式及項目學(xué)習(xí)分配

        2)項目探究:各小組分配到項目任務(wù)后進行探究活動。教師在活動中要及時提供學(xué)習(xí)資料或進行相關(guān)技術(shù)指導(dǎo),促進學(xué)生利用各種資源,多渠道獲取信息并解決問題。

        3)成果展示與評價:各組完成項目活動后,以不同形式展示研究過程及成果(圖3~圖6),并進行多元化的評價。例如,引導(dǎo)學(xué)生對項目活動過程進行反思,以自制眼球模型項目活動為例:你在制作模型中用到哪些材料? 你制作的模型有何創(chuàng)新亮點?遇到了什么問題?是如何解決的?你覺得這個模型還有哪些地方可改進? 通過小組間的經(jīng)驗交流促進學(xué)生對探究過程進行反思。此外,還可從小組實踐表現(xiàn)、作品制作成果及展示、小組合作學(xué)習(xí)等方面進行綜合性評價。理學(xué)知識;而與物理學(xué)教師的交流中發(fā)現(xiàn),學(xué)生在8年級學(xué)習(xí)物理學(xué)時,僅記得近視成因的結(jié)論,能回答其原因的學(xué)生寥寥無幾。如何解決此問題? 筆者進行了基于生物學(xué)科的跨學(xué)科項目教學(xué)的嘗試[2]。

        圖3 課前項目活動——自制眼球模型

        圖4 課前項目活動——全校近視人數(shù)及成因等調(diào)查

        圖5 課前項目活動——調(diào)查視覺相關(guān)眼部疾病

        圖6 課后項目活動——采訪醫(yī)院專家及宣傳視頻拍攝

        1.3 以跨學(xué)科STEM 學(xué)習(xí)為核心,實現(xiàn)學(xué)科融通 學(xué)生在學(xué)習(xí)“眼與視覺”時,并不了解相關(guān)的物

        1.3.1 尋找知識融合的焦點 經(jīng)過梳理,生物學(xué)內(nèi)容包括眼球的結(jié)構(gòu)、視覺的形成、近視的成因及矯正、保護視力的方法等;物理學(xué)內(nèi)容包括凸透鏡與凹透鏡、焦點和焦距、凸透鏡成像的規(guī)律、視力的缺陷與矯正、光線會聚和發(fā)散等?;谏锟茖W(xué)的跨學(xué)科項目教學(xué),首先應(yīng)以生物學(xué)科知識為核心知識,以生物學(xué)科教學(xué)目標(biāo)作為核心目標(biāo)而重點關(guān)注,在此原則下,筆者將以下內(nèi)容進行知識點的融合(表2),并在生物學(xué)課上淡化焦點、焦距等內(nèi)容。

        表2 “眼與視覺”一節(jié)中生物學(xué)與物理學(xué)知識點融合焦點

        1.3.2 關(guān)注學(xué)科方法的融合 眼睛是學(xué)生比較熟悉的器官,但晶狀體如何成像?晶狀體凸度變化對視力有何影響? 這些抽象的知識加大了學(xué)生理解的難度,而物理學(xué)中“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗,正好可彌補此缺憾。為引導(dǎo)學(xué)生主動構(gòu)建視覺形成、近視成因及矯正等知識,筆者在本節(jié)課結(jié)合模型開展了STEM 項目教學(xué)。

        1)利用光具探究視覺的形成及調(diào)節(jié)。

        實驗器材:光具,4 組凸度不同的凸透鏡。

        實驗指導(dǎo):①思考光具中的凸透鏡和光屏,相當(dāng)于眼球中的什么結(jié)構(gòu)? ②保證凸透鏡和光屏位置不變,調(diào)節(jié)物體距離,直到光屏上呈現(xiàn)清晰物像(圖7A、圖7C);③觀察清晰物像的特點,并記錄此時物體與“晶狀體”之間的距離(圖7B、圖7D);④比較每組距離是否相同,思考原因。

        圖7 利用光具探究視覺的形成及調(diào)節(jié)實驗

        通過以上實驗,學(xué)生首先通過類比,將眼球結(jié)構(gòu)與物理模型搭建聯(lián)系,同時通過實驗認(rèn)識到在視網(wǎng)膜上呈現(xiàn)倒立的物像,再經(jīng)過大腦處理后成為正立的像。其次,學(xué)生在比較數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn),每組物像清晰時記錄的數(shù)據(jù)并不相同,這是為什么?通過小組之間進一步探究,他們推測出因為凸透鏡的凸度不同,影響了看清物體的距離。這就是正常人眼的晶狀體在睫狀肌的調(diào)節(jié)下改變凸度大小,使人能看清楚遠(yuǎn)、近處物體的原因。

        2)利用光具探究近視的成因及矯正。

        實驗材料:光具,凸透鏡、凹透鏡等。

        探究實驗:①提出問題:近視是由于什么原因造成的?②作出假設(shè):近視是由于晶狀體凸度變大造成的;③設(shè)計并實施實驗:看一看:換用凸度更大的凸透鏡,觀察物像變化。找一找:移動光屏,找到此時清晰物像的位置。探一探:探究還有哪些辦法可使得光屏上重新呈清晰的物像?

        通過以上探究實驗,學(xué)生不僅了解到晶狀體凸度變化會影響視覺,也可通過探究發(fā)現(xiàn)近視矯正的方法。通過模型構(gòu)建的方式進行STEM 教學(xué),學(xué)生要經(jīng)歷以下探究過程:

        ①模型準(zhǔn)備:通過觀察、分析模型,建立模型與眼球的關(guān)系,并探索視覺形成的過程及特點;收集相關(guān)數(shù)據(jù),構(gòu)建“人看遠(yuǎn)、近不同物體與晶狀體凸度變化關(guān)系”的數(shù)學(xué)模型。

        ②模型假設(shè):通過理性分析,結(jié)合模型提出假設(shè):“晶狀體凸度變大會引起近視”。

        ③模型構(gòu)建:利用模型構(gòu)建近視形成的原因,并嘗試構(gòu)建近視眼矯正的模型。

        ④模型檢驗與應(yīng)用:通過遠(yuǎn)視眼的形成與矯正的類比探究,檢驗構(gòu)建的模型;并進一步討論模型在研究其他眼部疾病中的使用。

        2 結(jié)語

        本節(jié)課結(jié)合模型開展了STEM 教學(xué),通過完成項目探究的方式培養(yǎng)學(xué)生動手實驗?zāi)芰?。學(xué)生首先要理解生物學(xué)相關(guān)科學(xué)知識(science),并在此基礎(chǔ)上搭建模型(engineering),在探究過程中處理不同數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)并進行假設(shè)(mathematics),還需要嘗試各種方法探究如何矯正近視,同時進一步利用模型探究其他眼部疾病成因(technology)。在項目活動探究過程中,科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)有機結(jié)合,使學(xué)生在實踐中探究、學(xué)習(xí)跨學(xué)科核心知識,有效提高了科學(xué)探究素養(yǎng)。學(xué)生在收集、分析、交流數(shù)據(jù)的過程中,有效提升了科學(xué)思維的能力;在調(diào)查眼部疾病、身邊近視人數(shù)及原因、采訪醫(yī)院專家及拍攝宣傳短片等多種基于社會與生活實際的項目活動中,踐行生命觀念、增強了社會責(zé)任意識。

        STEM 課程的教學(xué)目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生親歷STEM實踐活動過程,并逐步形成正確的價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。STEM 素養(yǎng)包含了知識的融通與應(yīng)用、設(shè)計與創(chuàng)新、文化體驗與認(rèn)同、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)?。這個培養(yǎng)目標(biāo)和素養(yǎng)與生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中提出的培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、社會責(zé)任等必備品格和關(guān)鍵能力的目標(biāo)不謀而合。生物學(xué)作為典型的科學(xué)課程,教師在教育教學(xué)中應(yīng)積極嘗試圍繞生物學(xué)核心概念、運用STEM 理論的項目教學(xué)研究。

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