基于STEM理念的“制作泡菜并检测亚硝酸盐含量”教学设计

翟佳蕊

摘要：围绕高中生物学科核心素养四个维度：生命观念、科学思维、科学探究、社会责任，融入STEM课程理念，通过创设情境、激发兴趣→查阅资料、提出方案→归纳整合、交流分享→制定方案、解决问题→社会实践、科学探究→思路创新、问题生成→创设情境、激发兴趣的模式，既能实现知识的跨学科整合，又能促进学生生物学科核心素养的发展.本文以高中生物《制作泡菜并检测亚硝酸盐含量》为例开展教学设计.

关键词：STEM理念;核心素养;教学设计

STEM理念是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科跨学科的交叉整合，以促进学生高阶思维的发展.基于SrIEM理念的高中生物学教学强调以学生为中心，创设真实问题情境，引导学生综合应用知识，以小组为单位设计解决方案，开展科学探究活动，习得生物学知识，培养学生解决生产生活问题的创新精神与实践能力[1].高中生物学科核心素养是高中阶段的学生通过高中生物课程的学习，初步形成生命科学的核心素养，提炼出生物学科中关注个人发展和社会发展的必备品格及关键能力，坚持由育分目标向育人目标的转变，提出了包括生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四个维度.

STEM课程有助于生物观念的建立.生物学科本身就建立在对于理工类各学科的巧妙的融合的基础上，各学科间知识融合学习有利于学生建立多维的知识网络，提升学生综合运用知识的能力.STEM课程有益于科学思维、科学探究的发展.培养学生对于生物学的学习兴趣和热情，培养谨慎、科学的思维方式，勇于探索和学习，对核心素养的形成起着推动作用.STEM课程有利于学生社会责任的生成.其教育理念本质上就是实践，从实践中找出现实问题的答案，有助于学生主动去生成观念上的认知与改变，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力，从而生成社会责任.

1 设计意图

本次STEM课程设计选自人教版高中生物选修1专题l课题3《制作泡菜并检测亚硝酸盐含量》，本设计旨在将STEM课程跨学科理念和高中生物学科核心素养融入教学设计中.科学（S）解释“是什么”“为什么”的问题，即泡菜制作过程中所蕴含的生物学原理，帮助学生树立生命观念;技术（T）与工程（E）则是在知识的指导下，通过科学手段来认识世界、改造世界，即解决制作泡菜究竟应该“做什么”“怎么做”的问题，旨在发展学生科学思维与科学探究;数学（M）作为基础学科，一方面为其他学科实现跨学科整合奠定基础，另一方面测定亚硝酸盐含量本身也离不开图像、计算等数理基础，在此情境中，更好地帮助学生生成社会责任.在合作学习的过程中，学生可以了解到泡菜除了美味可口外，还可能不利于身体健康，养成健康生活的观念，增强学习获得感，在互利共赢的学习氛围中发展生物学科核心素养，笔者根据对高中生物学科核心素养和STEM课程理念的理解，设计了基于STEM教育的高中生物学教学过程（图1）.

2 明确课程主题和目标

通过情境导入本节课的主题和目标，教师介绍泡菜制作涉及到的乳酸菌发酵、亚硝酸盐的理化性质等生物、化学知识，从物质与能量观的角度，培养学生的生命观念.通过合作学习，学生不断调动头脑中已有知识指导动手实践，发展其科学探究与科学思维.学生在经历了以上过程后，能理解并主动向他人宣传健康饮食的观念，崇尚健康文明的生活方式，进而促进社会责任学科核心素养的生成.

3 教学过程

3.1 创设情境，激发兴趣

教师创设情境：同学们喜欢看韩剧吗？韩剧有三宝：车祸、癌症、医不好，为什么韩剧的主人公经常得癌症呢？并配以资料：据世界癌症研究基金会2018年发布的数据，韩国的发病率（每10万人中的癌症发病人数）高达307.8，居世界第八，其中胃癌的发病率高居世界第一，提问可能导致癌症的原因？引导学生回答出饮食习惯致癌的可能性[2]，进而引出本节课的主题——泡菜制作并检测亚硝酸盐含量.教师布置学生课下查阅发酵工程相关知识.

学生通过教师创设的情境，将实验内容与生活实际相结合，并通过课下查阅资料，提升自己的阅读能力，完善自己的知识体系（S）.STEM课程理念强调的是学生的学习动机，往往越贴近生活的课程更能吸引学生的兴趣，教师通过创设情境，引导学生理解本节课教学内容在现实生活中的意义，促进学生社会责任学科核心素养的生成.

3.2 查阅资料，提出方案

学生查阅资料、整理有关本实验的资料.六人为一组合作学习，设计制定泡菜制作和检测亚硝酸盐含量切实可行的方案.

学生合作学习，查阅资料进行归纳和整理，获取有效信息（S）.STEM课程理念注重学科的整合和學生的主观能动性.学生要在课前查找相应的资料，开启头脑风暴，积极的思索与本课相关的问题;教师也要在课前融入学生当中，了解学生可能有的奇思妙想，以便于提前做好准备，防止课堂上突发问题时手足无措.在此基础上，通过学生主动的学习能很好的丰富学生的知识，培育学生的生命观念和科学思维学科核心素养.

3.3 归纳整合，交流分享

学生经过查阅相关资料，组内自行讨论，总结归纳，拟定一个可行性的方案.教师组织学生在课上交流分享查阅到的资料，展示各组拟定的方案及其生成的过程.

3.4 制定方案，解决问题

全班同学进行互评，并参考GB5009. 33 - 2016中所给的实验方法，制定本次实验的实验方法（图2）.

活动一：泡菜的制作

将洗净的大白菜撕成小块，适量加入干净的小型玻璃泡菜坛内，各组学生还可以根据自己的喜好适当添加不同的调味料;分别配制3%、5%、7%的盐水，将盐水煮沸冷却后加入小型玻璃泡菜坛内，没过白菜即可.盖好坛盖，在坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境.在发酵过程中要注意经常补充水槽中的水，将小型玻璃泡菜坛置于100C左右的温度发酵即可[3].

活动二：测定亚硝酸盐含量（ GB5009.33 - 2016：盐酸奈乙二胺分光光度法）

在泡菜腌制过程中，对3%、5%、7%盐水浓度的腌制的泡菜每隔24h测定一次亚硝酸盐浓度，连续测量14d.记录对应的亚硝酸盐含量，并按照公式进行计算[4].

3.5 社会实践，科学探究

学生将实验结果记录在表1中，绘制亚硝酸盐含量随腌制时间而变化的曲线图.

学生在教师的指导下亲历实践过程完成泡菜的制作（E），根据全班共同制定的实验方案，完成亚硝酸盐含量的检测（T）.这大大提升了学生的学习兴趣，学生领悟到学校学到的知识其实是可以用来指导生产生活实践的。STEM课程理念关注分享与创造，让学生感受到创造分享過程中的快乐和成就感，并很好的培养了学生的动手实操能力，让原本停留在课本上的知识鲜活起来，帮助解决实际问题习得道理.学生亲自动手操作，较好的诠释了生物实验课堂的趣味性，从方案实施的角度，培养学生的科学探究学科核心素养.

3.6 思路创新，问题生成

在实验进行之后，教师提问：①为什么泡菜坛内有时会长一层白膜？你认为这层白膜是怎么形成的？②随着泡菜的腌制时间的延长，三只泡菜坛中亚硝酸盐含量的变化趋势如何？与盐溶液的浓度是什么关系？你能分析形成这种趋势的原因吗？③通过实验结果，同学们可不可以从饮食习惯方面提出一些建议呢？对于由其他食品原因带来的安全问题，同学们可不可以设计一个类似的实验进行研究呢？

学生经过教师的引导，进行实验的总结，再次对实验中涉及到的知识（S）进行深化，促进自身生命观念核心素养的发展;在亲身经历实验的过程中（T），加深对科学探究学科核心素养的理解;将实验数据进行整理和处理（M）得到合理化的结论，发展自身科学思维学科核心素养;基于以上的活动不断完善对于发酵工程（E）的认识，并通过实验结果养成合理饮食、健康生活的观念，完善社会责任学科核心素养的认知.

在课程实施的基础上，教师还应对全体学生的知识理解、课堂表现、实验操作规范、实验结果进行评价，评估学生解决能力、创新能力、参与度，具体可采用过程记录、随堂测验等[5]，发展高中生物学科核心素养关乎学生个人乃至家庭未来发展.SrIEM课程的开发给发展生物学科核心素养带来了机遇，具有广泛的应用前景，我国应用起步较晚，课程体系还有很多不完善的地方，在后续研究中将进一步探讨STEM课程与生物学的深度融合，激发学生的创新意识和深入探索的能力，为学生开辟发展生物学科核心素养的新思路.

参考文献：

[1]权秀媛，王鹏娇.STEAM背景下高中生发展核心素养模型的构建一以高中通用技术《纸桥的设计》教学设计为例[J].软件导刊（教育技术），2018 （12）：7-11.

[2]聂爱英，梁丽娟，雷超，刘娜，时永全.饮食和生活习惯与胃癌的相关性研究进展[J].现代生物医学进展，2017，17（03）：578 -581.

[3][4]韩玉平.“制作泡菜并检测泡菜中亚硝酸盐含量”教学设计[J].生物学通报，2009，44（08）：40 -41.

[5]赵占良基于核心素养的听评课[J].中学生物教学，2017 （13）：4-7.