基于STEM理念的生物园“无土栽培”主题活动课
2022-01-01林妙云
林妙云
（广东省东莞市常平镇振兴中学 广东·东莞 523573）
随着STEM教育理念逐步被倡导，如何将STEM教育理念为初中生的科学与技术素养的提升实现转变，非常值得我们去尝试、探索和研究。目前，STEM教育课程主要偏重理论上的研究及第一课堂的应用，在生物园及校本资源开发利用方面的研究有限。为此，我们主要是将STEM教育指导学生综合运用科学、技术、工程和数学领域的相关知识和技能对学校生物园“无土栽培”室进行科学探究，开展基于STEM理念的生物园“无土栽培”主题活动课，提升学生的科学思维、科学探究等核心素养及综合能力，籍以全面发展。
1 教学目标
通过该活动，使学生了解无土栽培的常见类型和常用方法。通过无土栽培活动课的体验，培养学生的科学态度、创新精神，以及解决实际问题能力的跨学科思维。结合课本教材的内容——“被子植物的一生”中的“无土栽培”联系生产实际，了解无土栽培的优点和对农业生产的积极意义，培养学生积极的情感态度和价值观，使学生逐步树立责任心和使命感。
2 场地器材
（1）场地条件：结合无土栽培技术设备最新的发展趋势，我们学校采用了“水培管道式立体栽培架”，包括：方型管和圆形管两种，分别进行培养果菜和叶菜的植物，原因是：方型管适合瓜果枝条的攀爬，而圆形管的高度不足，一般只能培植叶菜。
（2）器材药品：主要是损耗品的齐全和及时添置，包括：营养液、种子的购买、杀虫剂、催果剂、测试营养液浓度的测试笔、管道清理问题、培育的技术咨询问题等等。
（3）经费投入：前期大约需要一次性投入5万元，后期开展活动大约每学年投入5000元，并且要有生物园的专人进行管理。
3 教学过程
3.1 准备阶段
3.1.1 设备仪器配置齐全
主要是上面（四、场地器材）提到的各种设备、仪器、营养液的购置（略）。
3.1.2 学生的选拔、组织和管理
此活动，主要以学生自主参加为原则，从初一学生中挑选，主要要求是：学生的自主学习能力强、动手能力强、有一定的分析判断能力、善于解决问题、学业基础比较扎实、不怕吃苦、不怕累、甘于奉献、敢于质疑、有团队合作意识。
选好小组长，是非常重要的一步。小组长顶半个老师，小组长可采取初选和终选的方式，在活动开始之初，初选一位临时小组长，通过几节课的观察，结合表现，再最终选出组长、副组长。这对活动的开展、开放性问题的解决、成果的展示、小组组员的评价、期末资料的上交等等都是非常有帮助的。
3.1.3 评价体系的完善
根据这个活动的指导思想之一：跨学科（STEM理念）解决问题。我们在活动开始之初，就制定了“综合实践活动表现性评价方案”，因此，在整个无土栽培实践活动开展期间，我们作为指导教师都要结合表格以及学生栽培的最终成果，来评价学生。
如在无土栽培实践小组栽培的是青瓜，小组组员就有学生提出：怎样解决传粉问题？怎么解决枝条攀爬向上的问题？结果较少的原因是？并由小组长根据收集的问题，作为代表，向生物园的管理老师询问或者查找资料一一解决，在这个过程中，小组长都一一做了记录，期末评价的时候，作为教师，都详细进行了点评。
【注意事项】实践活动的指导老师一定要与生物园管理员沟通协调好，对实践活动有规划，有具体的分工说明，确保实践活动顺利开展。
3.2 实施阶段
3.2.1 做好“两会一课”的工作
两会：无土栽培小组组员会议、无土栽培组长会议；一课：活动开设的第一节课内容要精心准备。这都是为一学期活动的开展打下基础，做好铺垫的。组长明确了职责，知道自己应该做什么？怎样发挥组员的力量？怎样由活动引发STEM的问题，并结合问题让组员进行有效讨论。“一课”能使全体组员理解本实践活动的指导思想是什么？让学生逐渐从“学科学习”转变为“研究性学习”，这一思维的转变，在实践过程中其实并不容易，因为综合实践活动课程以“主题、经验、表达”的非线性单元结构来替代“目标、成就、评价”的线性单元结构，这一定需要一个过程。
3.2.2 明确每一节课的内容，设置好每一节课需要解决的问题
既然是基于“STEM”理念，因此，我们的实践活动一定要有比较明确的需要解决的问题，答案不一定要统一，不一定有标准答案，但问题一定要有，从而引发学生进行小组合作、讨论，跨学科地解决问题。
3.2.3 开展基于项目式学习的《基于“STEM教育”的生物园无土栽培室项目学习》PBL课程
我们通过文献研究、开展讲座等方式，了解了当前国内外STEM的发展与实践，根据STEM课程的学习方式首先是基于项目的学习，即PBL，明确了基于“STEM教育”理念的学生研究方式的探索方向，故将项目式学习、场馆学习（生物园）、实践学习、创客学习（鼓励学生创新）紧密结合，开发了基于“STEM教育”理念的生物园PBL教学课程资源。教师在设计项目时，以优化项目为原则，以某一技术为核心，以某一问题为项目主题，对过教师队伍之间的头脑风暴，优化项目流程，使项目实施与可操作性更强。
《基于“STEM教育”的生物园无土栽培室项目学习》PBL课程案例：
（1）提出问题：如何充分开发生物园无土栽培室的功能？
（2）调查现状：了解生物园无土栽培室的使用现状。
（3）构思解决方案：从栽培系统、室内降温、室内灯光等方面着手。
（4）改进与测试：设计更合理的无土栽培系统并进行测试、记录。
（5）改进方案：与各模块组合改进方案。
（6）成果展示：班组交流与展示。
项目分解模块如下：
“栽培系统”：
（1）提出问题：我校生物园“无土栽培系统如何实现蓄水、节水、水流运转”？
（2）调查现状：实地考察我校生物园“无土栽培系统蓄水、节水、水流运转”现状。
（3）构思解决方案：讨论生物园“无土栽培系统蓄水、节水、水流运转”存在的问题并设计改进方案及记录表。
（4）改进与测试：记录一周内用水情况。
（5）改进方案：通过实践改进“无土栽培系统蓄水、节水、水流运转”。
（6）成果展示：交流自己的记录，谈自己的收获和疑惑。
“室内降温”：
（1）提出问题：我校生物园无土栽培室夏天温度过高怎么办？
（2）调查现状：实地测量我校生物园无土栽培室室内夏天早、中晚的温度。
（3）构思解决方案：讨论温我校生物园无土栽培室室内度高的原因（我校生物园无土栽培室室顶是玻璃，由于太阳的直射及温室效应）及解决办法（加遮阳网、通风、开增湿器等）。
（4）改进与测试：记录一周内采用不同方法室内温度。
（5）改进方案：通过测试确定室内降温的改进方案。
（6）成果展示：交流自己的记录，谈自己的收获和疑惑。
“营养液浓度”：
（1）提出问题：无土栽培室瓜果和蔬菜的营养液充足吗？
（2）调查现状：了解并用测试笔测量记录无土栽培室内瓜果和蔬菜的营养液的配制方法、浓度变化对植物生长的作用。
（3）构思解决方案：讨论无土栽培室内瓜果和蔬菜的营养液的配制方法、浓度变化对植物生长的作用，存在的不足并设计改进方案。
（4）改进与测试：通过实践总结适合的营养液浓度，记录植物生长的状况并与之前作对比。
（5）改进方案：通过测试确定营养液的配制方案。
（6）成果展示：交流自己的记录，谈自己的收获和疑惑。
【注意事项】这里要强调的是“测试笔的使用”是一个非常关键的环节，虽然瓜果和蔬菜的营养液所包含的物质不完全一致，但测出数值能比较有效地反映出营养液是否充足。如参考数值为：s值：叶菜果菜均为：1800-2500；PH值：果菜：PH6.5—7.5左右、叶菜：6.3-6.8左右。
3.3 交流展示
（1）对于实施过程的展示，可以结合手机的微信朋友圈分享的功能，既可以对活动的步骤进行一一列举，也可结合图片，用提问的方式，对图片中的问题进行有奖提问。回答正确的，奖励的当然是无土栽培的瓜果蔬菜若干。
（2）每学年11月份，我校校庆系列活动都有科技节，实践活动小组要出一个展示宣传栏，总结开学至今，活动开展的情况。
【注意事项】交流展示与当次的产量是有关系的，但是笔者认为并不影响展示，因为产量高，可以开展（2），产量不足时，可以主要开展（1），也可以开展“为什么我们无土栽培的产量下降了？”的研究性题目进行研究。
4 教学效果与反思
4.1 活动亮点与创新
4.1.1 活动场地、资金有保障
首先无土栽培活动，在初级中学开展的情况就不多，的确要面对很多困难，不管是资金上、人力上都需要做很多部署。我校能够在2016年开始，每学期都有条不紊地进行开展无土栽培实践活动，这是学校着眼于学生长远发展，培育学生核心素养的明智之举。
4.1.2 将“分学科内容的教学方式”转变成以“解决问题为核心”的跨学科教学形式
在实践活动课中，笔者结合“STEM教育”理念，进行学科校本资源开发，尝试将“分学科内容的教学方式”转变成以“解决问题为核心”的跨学科教学形式，指导学生开展有效研究，从而初步让学生体验科学研究的方法和过程，培养学生的科学精神和创新思维，且有利于挖掘无土栽培活动的跨学科融合教育的新功能。
4.2 实践活动反思
4.2.1 教师的指导方式不能只注重活动形式
指导行为往往存在着一系列问题：偏重活动形式，忽略具体活动方法的指导；偏重学生活动方案，忽略教师指导方案；偏重活动过程与阶段，忽略活动的具体落实程度。增强教师指导的有效性，是实施无土栽培综合实践活动的一个基本要求。因而，研究和探讨该实践活动实施过程中的教师有效指导策略是目前我们需要注意的最大问题。
4.2.2 评价一定要在实践活动实施过程中落实
从理论上说，关注过程，兼顾结果，强调实践活动课评价主体多元、评价形式多样、评价项目多元，是综合实践活动课程本质规定性的内在要求，但从实践看，如果综合实践活动课程学生发展评价的具体指标体系或评价要点、评价制度、评价机构不落实，那就难以为综合实践活动课程的实施提供有力的支持。
