“STEMSOS”理念在生物教学中的实践

郑臻

在生物学的知识体系中，对于中学生，尤其是初中阶段的学生而言，生物体的结构及功能一直都是学习的难点：呆板的图片、晦涩的概念，在理解上颇具难度。与传统的生物课堂教学相比较，倡导学生登台秀（展示）的“STEM SOS”教学理念，注重引导学生通过制作生物体结构模型的方式感性认识生物体的结构，并且在过程中内化相关的科学知识，在模型设计、制作的过程中完成科学、技术、工程、数学等多学科的学习。学生在登台秀的过程中相互交流、评价，能深化理解“生物体的结构和功能相统一”这一基本生物学观点，同时锻炼小组合作能力，提高表达能力，增强自信。

妙用课本图片

一般地，《生物》課本上的图片大多是重要知识点，往往也是考点。我们承认，这样的说法带有明显的应试倾向，但是这也说明生物体的结构图在生物教学中的确是不可或缺的。课本上的图片是简化了的结构示例，是平面呈现形式，教师深入研究图片上的内容和结构特点，变课本平面图片为立体模型是“STEM SOS”教学理念基本的体现方式之一。

《植物的叶》这一课，教材中叶片的结构图片是纵切图，气孔、栅栏组织、海绵组织、叶脉等都有标注，但它们的分布、数量比例、大小等在图片上并不能清晰直观地看出来（如图1）。

教师可以提供简单的制作材料，引导学生仔细观察图片，查找相关知识，用透明片、塑料吸管、软陶、胶水等简单的材料制作立体的植物叶片模型。

学生对照课本图片及所查资料，通过小组合作，设计画出叶片结构的草图；选取合适的透明塑料片进行裁剪，分别作为叶片的上下表皮；将不同颜色的软陶捏成栅栏组织和海绵组织；吸管剪成合适的长度作为叶脉插入相关位置；最后，在“上下表皮”上制作“气孔”，使“气孔”的分布数量更加合理（如图2）。整个制作过程中，融合了STEM教育理念下的各种知识学习和能力培养。成品制作完成后，教师进行评价，完善模型设计，学生以小组为单位进行展示并讲解。

在这个课例中，学生只有对叶片结构图片进行细致观察，对叶片结构的背景知识有详尽了解，才可能设计制作出正确的立体模型。其中栅栏组织和海绵组织的区别，上、下表皮中气孔数量的不同等都是学生在模型制作中必须关注到的。这样的学习过程显然比教师的讲解更为有效。

融入生活实例

当前，生命教育的重要性已经引起全社会的广泛关注。生物是生命教育的显性学科，如何结合学科特点，在课程设计、课堂教学中对学生进行潜移默化的生命教育，是教师需要思考的。教学中引入生活实例，是“STEM SOS”教学理念在实际教学中的重要表现途径之一。

《红细胞、血红蛋白和煤气中毒》这一内容学习中，学生需要了解红细胞的结构特点——呈圆盘微凹状，其中的血红蛋白可以和氧气结合。那么，它们和煤气中毒有什么关系呢？

教师可以拓宽学生知识面，拓展知识深度，融入生活实例，向学生讲解煤气中毒的原理。煤气即一氧化碳的俗称，它与血红蛋白的亲和力比氧气与血红蛋白的亲和力高200—300倍，所以一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。少量的一氧化碳即可与氧气竞争，碳氧血红蛋白不仅本身无携带氧的功能，并且阻碍氧合血红蛋白释放氧，从而导致组织双重缺氧，最终导致低氧血症。

教学中，教师可以引导学生理解煤气中毒的过程，用合适的材料模拟红细胞、血红蛋白、一氧化碳、氧气等。这其中，模拟一氧化碳比氧气更容易和血红蛋白结合的过程是难点。教师可以提供红色纸片、红色软硅胶管来制作红细胞，通过彩色细吸管缠绕来模拟其中的血红蛋白。再让学生思考：用什么材料来模拟氧气和一氧化碳？“结合”这个过程如何来表达？

学生在任务驱动下分工合作，查找资料，设计图纸，寻找合适的材料模拟煤气中毒的原理：有些小组用大小来区分氧气和一氧化碳，有的小组用静电来模拟“血红蛋白”吸引“氧气”或“一氧化碳”的过程，有的小组用磁铁的吸引作用来模拟。教师全程参与各个小组的讨论和设计，进行评价，并帮助他们完善设计，寻找材料。对于可行性得到认可的设计，教师则在后续的学习过程中提供相关材料，和学生一起完善制作。

在这个课例中，由于不同的小组采用了不同的设计和制作，在煤气中毒原理的登台秀环节中会有完全不同的表达方式，学生能够在这一过程中取他人之长，内化知识本身。这一方面体现了STEM教育理念下所提倡的学科融合，另一方面又做到了生命教育的潜移默化。

探究日常食材

在社会高速发展和人们认知水平长足进步的今天，越来越多的人认识到生命科学的重要性。生物教师要善于引导学生关注生活，最简便有效的方法之一便是关注日常食材。

“羊膜卵的结构和功能”是生物课中一个重要的知识点。鸟卵是一种典型的羊膜卵，这是脊椎动物适应陆生的一种进化：羊膜卵的外层有一层薄薄的而又坚固的卵壳，起到保护作用，内有提供营养的卵黄；在发育过程中，胚胎外部形成羊膜，膜内充满羊水，保证胚胎一直处于稳定的水环境中，也保证了生物在胚胎期就可以摆脱对水域环境的依赖；正是这种卵模式的出现，使脊椎动物有了完全陆生的可能性。

鸡蛋是一种常见的鸟卵，是多数人日常生活中非常熟悉和喜爱的一种食材。在科学课中，可以不用“炒鸡蛋”的方式打开鸡蛋，而是用生物解剖的方法来“解剖”鸡蛋，再由外而内、由表及里地进行观察，然后对照图片找出实物中的结构并标明，最后结合生活中的常识来探究这些结构的功能。学生寻找鸡蛋结构并不费力，鸡蛋的仿生学应用、蛋壳表面的气孔以及卵黄、卵白的功能也不难推断，但对系带功能的理解却有些困难。

教师可以引导学生动手，利用塑料瓶、透明塑料纸、乒乓球、橡皮筋、曲别针、剪刀、砂纸、直尺等制作鸡蛋模型（如图3），体现出主要的结构，更好地认识系带。

在这个模型中，橡皮筋有效模拟了鸡蛋结构中的系带。在鸡蛋模型搭建的过程中，很多同学已经能够解释系带的作用：减震。在最后的展示、演示环节中，几乎所有学生都理解了这一难点：系带能牢牢地将卵细胞固定在中央位置，起到很好的保护作用和减震的作用，利于鸡蛋的孵化。

这个课例中，“STEM SOS”教学理念的优势得到了非常明显的体现：鸟卵中“系带的结构和功能相统一”。这一难点得到突破，学生展示环节增强了课程的趣味性，激发了他们对生物学的学习兴趣。

上海市长宁区少年科技指导站（200051）