基于STEM教育理念的“减数分裂”模型制作

朱慧贞 吴存华

摘 要：STEM教育是典型的跨学科课程整合方式。本研究将STEM教育理念融入“减数分裂中染色体变化模型”的制作中，以生物学科为主线，创设工程情境，以科学、数学、工程、技术为辅，探索并建构完整的“减数分裂中染色体变化模型”，培养学生的实践操作和创新能力，促进学生生物学核心素养的发展。

关键词：STEM教育;高中生物;减数分裂;模型建构

STEM教育是发展学生STEM素养的教育。2014年《国务院关于深化考试招生制度改革的实施意见》提出，要“规范高中学生综合素质评价，注重社会责任感、创新精神和实践能力”。而STEM教育的核心目标就是培养学生综合利用多学科知识解决现实问题的能力。本研究将STEM教育理念融入“减数分裂中染色体变化模型”的制作中，以生物学科为主线，创设工程情境，以科学、数学、工程、技术为辅，探索并构建完整的“减数分裂中染色体变化模型”，培养学生的实践操作能力和创新能力，体现跨学科的、整合性的教育理念，在跨学科的学习氛围中提升学生的生物学核心素养。

一、基于STEM教育理念的教材分析

“建立减数分裂中染色体变化的模型”是必修2第二章第1节模型建构部分的实验。该实验是让学生通过探究形成对减数分裂过程中染色体数目和行为变化的直观印象。

下面对模型建构实验涉及的STEM知识进行分析：科学——减数分裂的概念等;技术——借助于计算机设备，对减数分裂模型制作相关信息的搜索、整理和应用;工程——制作减数分裂过程中染色体变化的模型;数学——减数分裂过程中染色体、DNA的数量变化。可以看出，模型建构过程可将科学、技术、工程以及数学有机整合，有利于学生形成科学的思维方式，并提升其科学探究能力，因此这部分内容适合融入STEM教育理念进行教学。

二、基于STEM教育理念的学情分析

了解学生是开展教学的基础，下面从四个方面进行学情分析：科学——学生在必修1中已学习过“细胞增殖”，已经初步掌握了有丝分裂过程中染色体等的数量变化规律，具备了一定的知识基础，但减数分裂更为复杂;技术——高二学生已具备基本的计算机操作技能，可查阅相关的基本资料与信息。但大多数学生对Microsoft Office PowerPoint软件不太了解;工程——对于模型制作所需要的工程意识还需要教师进行相应的补充与提示;数学——通过对有丝分裂过程的学习，学生已经知道DNA复制、着丝点分裂对染色体数目的影响，这将为模型的建构奠定基础。

三、基于STEM教育理念确定教学目标

基于STEM教育理念分析应达到的教学目标如下：（1）科学目标：掌握减数分裂的概念及精子、卵细胞形成的过程;运用模型建构的方法，模拟减数分裂过程中染色体数目和行为的变化;形成对立统一和发展变化的观点。（2）技术目标：运用计算机从网络、媒体搜索减数分裂模型制作的资料;尝试在计算机上制作减数分裂的动态模型。（3）工程目标：制作完整的减数分裂中染色体变化模型;形成工程意识和思想。（4）数学目标：分析细胞分裂过程中染色体、DNA的数量变化;运用一定数量的实验材料模拟染色体的数目及行为变化;认同数学与生物学科的紧密联系。

四、基于STEM教育理念的“减数分裂”模型构建

1.活动准备

模型建构活动旨在让学生理解减数分裂过程中染色体数目和行为变化的规律，为了降低探究难度，将活动限定为只含有2对同源染色体的性原细胞的减数分裂过程。学生对此类实验课有很浓厚的兴趣，小组合作准备的建模材料花样繁多、丰富多彩。比如：毛线、彩色卡纸、瓜子皮、柳树叶，松针叶、卫生纸棒、油菜花、手工折纸、橡皮泥、一次性筷子等，充分展示出了学生突破思维定式、勇于创新的意识与品质。

2.构建有丝分裂中染色体数目和行为变化的模型

理解“有丝分裂过程中染色体数目和行为的变化”是构建“减数分裂中染色体数目和行为变化的模型”的基础。引导学生用准备好的材料构建“有丝分裂过程中染色体数目和行为的变化”，探究DNA复制及姐妹染色单体分开对染色体数目的影响，观察各时期染色体形态的变化规律。

3.构建减数分裂中染色体数目和行为变化的模型

引导学生借助有丝分裂模型猜想配子的形成过程。学生小组合作尝试进行实践探索，认识到这是一种使细胞中染色体数目减半的新的细胞分裂方式。通过展示资料：美国遗传学家萨顿提出“同源染色体在减数分裂时，以配对形式联合，再彼此分离”。小组合作继续探索，进一步完善减数分裂的染色体变化模型，继而根据有丝分裂中染色体的行为变化，推测减数第二次分裂中的染色体行为变化。最终形成完整的减数分裂染色体变化模型，并进行交流展示。

4.构建减数分裂中染色体变化的动态模型

对于部分计算机操作水平较高的学生，在教师的指导下运用Microsoft Office Pow-erPoint软件，尝试进行减数分裂中染色体变化的动态模型制作，以便使微观、抽象的染色体的行为变化更加直观、形象，也更能够提升学生学习的成就感，激发学生对生物学科的学习兴趣，体会计算机技术与生物学科的紧密联系，有利于科学的思维方式的养成。

通过上述基于STEM教育理念的“减数分裂”模型构建活动，激发了学生学习生物学的兴趣。整个建构活动中，学生积极参与，始终处于动脑、动眼、动手、动口的状态，构建的模型完整、生动、形式多样、各有特色、不拘一格。充分发挥了学生的主体作用，提升了学生在工程思维、技术习得以及语言表达等方面的能力。

参考文献：

[1]蒋学琴.基于STEM教育理念的高中生物学教学设计与实践研究[D].福建：闽南师范大学，2018.

[2]仲娇娇.STEAM教学活动设计与应用研究[D].上海：华东师范大学，2018.

作者简介：朱慧贞（1988—），女，汉族，甘肃定西，硕士研究生，一级教师，主要从事高中生物教育教学。吴存华（1987—），男，汉族，甘肃定西，硕士研究生，一级教师，主要从事高中数学教育教学。

注：本文系2018年甘肃省“十三五”教育科学规划课题《高中生物学跨学科知识教学的实践研究——以必修1為例》阶段性研究成果。课题立项号：GS[2018]GHB0930。

编辑 王彦清