生物學STEM課程及案例（行業(yè)經(jīng)驗）

1、中學生物學STEM課程及案例陜西師范大學生命科學學院李高峰2017.8.23此PPT已經(jīng)放在公共郵箱密碼：ligaofeng222請在今天、明天兩天內(nèi)下載1教書育人一、頂層設(shè)計中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)作者：核心素養(yǎng)研究課題組期刊：中國教育學刊2016年10期P13總體框架（一）（二）（三）2教書育人一、頂層設(shè)計義務(wù)教育生物學課程標準（2011年版）課程性質(zhì)：重申了“科學課”的課程性質(zhì)意味著什么？強調(diào)包括生物學教師在內(nèi)的所有教師及學生，不要再把生物學當成“文科”來學習不要片面地認為，生物學就是一門背誦、記憶的學科學習方法主動參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中

2、生物學知識養(yǎng)成理性思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習的能力3教書育人一、頂層設(shè)計普通高中生物學課程標準（2017年版）4教書育人二、STEM教育的起源STEMS是Science（科學）的首字母T是Technology（技術(shù)）的首字母E是Engineering（工程）的首字母M是Mathematics（數(shù)學）的首字母5教書育人二、STEM教育的起源STEM教育起源于美國20世紀50年代：提出“科學素養(yǎng)”概念國民的科學素養(yǎng)是提升國家綜合實力的關(guān)鍵科學是萬能的1975年：提出“技術(shù)素養(yǎng)”概念科學教育的主要目標科學素養(yǎng)技術(shù)素養(yǎng)6教書育人二、STEM教育的起源STEM教育起源于美國科學回答“是

3、什么”和“為什么”的問題揭示自然的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律目的在于認識自然技術(shù)回答“做什么”和“怎么做”的問題滿足社會生產(chǎn)和生活的實際需要目的在于改造自然7教書育人二、STEM教育的起源STEM教育起源于美國科學素養(yǎng)是指對在日常生活、社會事務(wù)以及個人決策中所需要的科學概念和科學方法的認識和理解,并在此基礎(chǔ)上所形成的穩(wěn)定的心理品質(zhì)技術(shù)素養(yǎng)包括理解技術(shù)的能力，使用技術(shù)的能力，管理技術(shù)的能力和參與技術(shù)活動8教書育人二、STEM教育的起源STEM教育起源于美國1986年,美國國家科學委員會首次提出SMET教育SMET是STEM的開端20世紀90年代美國國家科學基金會首次使用“STEM”2001年后，STEM逐漸

4、取代SMET出現(xiàn)在總統(tǒng)發(fā)言改革政策和項目法律9教書育人水果電池自然界中存在著許多活的“發(fā)電機”，例如電鰩、電鰻，它們能夠產(chǎn)生天然的電流，用于防御天敵、捕獲獵物等，以更好地在自然界中生存。案例水果電池電鰩10教書育人電鰩11教書育人水果電池案例生物學知識細胞中的水結(jié)合水：與細胞內(nèi)的其他物質(zhì)相結(jié)合自由水：以游離的形式存在，可以自由流動細胞中的無機鹽陽離子：Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe2+、Fe3+陰離子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-12教書育人水果電池原理水果中的酸性液體相當于電解質(zhì)溶液，由于銅和鋅（鎂）的金屬活性不同，其中較活潑的金屬鋅（鎂）能置換出酸性液體中的氫離子鋅電極

5、上的鋅單質(zhì)脫去電子形成鋅離子，進入酸性液體中；脫去的電子通過導(dǎo)線流到銅電極，與酸性溶液中的氫離子結(jié)合，形成氫氣分子。導(dǎo)線中的電流驅(qū)動發(fā)光二極管工作。案例水果電池13教書育人水果電池材料用具蘋果、檸檬、西紅柿等新鮮多汁的水果，可樂、1.5V堿性干電池2節(jié)、1.5V螺口小電珠、大頭針、銅片若干、鋅片若干、導(dǎo)線若干、水杯、鱷魚夾線、發(fā)光二極管、數(shù)字時鐘案例水果電池14教書育人水果電池案例水果電池15教書育人水果電池案例串聯(lián)電池16教書育人水果電池案例可樂電池17教書育人三、陜師大開發(fā)的課程18教書育人三、陜西師大開發(fā)的課程19教書育人三、陜西師大開發(fā)的課程20教書育人三、陜西師大開發(fā)的課程21教書育

6、人三、陜西師大開發(fā)的課程22教書育人三、陜西師大開發(fā)的課程23教書育人三、陜西師大開發(fā)的課程24教書育人三、陜西師大開發(fā)的課程25教書育人奇特的眼睛瞳孔，是動物或人眼睛內(nèi)虹膜中心的小圓孔，為光線進入眼睛的通道。虹膜上瞳孔括約肌的收縮可以使瞳孔縮小，瞳孔開大肌的收縮使瞳孔散大，瞳孔的開大與縮小控制進入瞳孔的光量案例26教書育人奇特的眼睛虹膜呈圓盤狀，中央有瞳孔，位于角膜和晶狀體之間顏色因含色素的多少和分布而異（中國人：棕色）含兩種平滑肌纖維瞳孔開大肌，收縮時瞳孔開大瞳孔括約肌，收編時使瞳孔縮小案例27教書育人奇特的眼睛案例28教書育人奇特的眼睛生理盲點黃斑鼻側(cè)約3mm處有一直徑為1.5mm的淡紅

7、色區(qū)，為視盤，亦稱視乳頭，是視網(wǎng)膜上視覺纖維匯集向視覺中樞傳遞的出眼球部位，無感光細胞，故視野上呈現(xiàn)為固有的暗區(qū)，稱生理盲點。案例29教書育人奇特的眼睛被檢查者遮閉左眼，用右眼注視圖中的“十”符號，將圖從正前方30cm距離處開始向眼前移動，當緩緩移到眼前18cm左右時，被檢查者視野中原有的黑色圓點忽然消失了。若將圖形繼續(xù)前移，黑點又會出現(xiàn)。 案例30教書育人奇特的眼睛一只眼睛的距離感用兩只眼睛可以輕松定位事物的空間位置，而一只眼是不能很好的判斷空間距離。案例31教書育人奇特的眼睛跳眼法因為兩瞳孔的間隔和臂長的比值約為一比十，結(jié)合相似性三角形原理，目標區(qū)域被測物的尺寸與目標距站立點的距離比值也約

8、為一比十，所以通過估判目標區(qū)域被測物的尺寸大小乘以10，就得出了站立點至目標的距離案例32教書育人跳眼法案例33教書育人奇特的眼睛墻上的圓案例34教書育人奇特的眼睛體驗視覺暫留現(xiàn)象案例35教書育人四、STEM課程的特征跨學科（1）STEM是分科的數(shù)學、物理、化學、生物、地理學科科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四門獨立的學科領(lǐng)域（2）STEM是整合的STEM教育并不是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學教育的簡單疊加，而是要將四門學科內(nèi)容組合成有機整體36教書育人四、STEM課程的特征跨學科元學科（meta-discipline）教育跨越學科界限利用科學、技術(shù)、工程、數(shù)學學科相互關(guān)聯(lián)的知識（多學科知識綜合應(yīng)用）將重心放

9、在特定問題上（解決實際問題）37教書育人四、STEM課程的特征趣味性問題有趣具有挑戰(zhàn)性與學生生活相關(guān)激發(fā)學習者內(nèi)在的學習動機問題的解決能讓學生有成就感STEM教育內(nèi)容游戲化38教書育人四、STEM課程的特征體驗性不僅主張學習概念、原理，更強調(diào)動手做“做中學”（Learning by doing)聽科學、看科學、做科學在參與、體驗中習得知識的方式有深刻影響39教書育人四、STEM課程的特征情境性不教授孤立、抽象的學科知識強調(diào)把知識還原于豐富的生活結(jié)合生活中有趣、具有挑戰(zhàn)的問題學生辨識問題本質(zhì)學生解決問題40教書育人仿制公道杯虹吸式口器鱗翅目成蟲所特有包括蛾、蝶兩類昆蟲成蟲多以花蜜等作為補充營養(yǎng)如

10、：桃小食心蟲、蘋果小卷葉蛾、棉鈴蟲、菜粉蝶、小菜蛾、印度谷螟顯著特點是具有一條能彎曲和伸展的喙，適于吸食花管底部的花蜜案例41教書育人仿制公道杯公道杯是一件既有科學技術(shù)原理，也富含人生哲理的盛酒器具。相傳，此杯是唐王朝的傳家寶，喻意為：凡事要適度，不可過貪，否則將一無所得。案例42教書育人仿制公道杯原理虹吸原理：簡稱虹吸，是利用液面高度差的作用力現(xiàn)象；將液體充滿一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)后，將開口的一端置于裝滿液體的容器中，容器內(nèi)的液體會持續(xù)通過虹吸管從開口于更低的位置流出案例43教書育人仿制公道杯原理事實上，虹吸作用并不完全是由大氣壓力所產(chǎn)生的，在真空里也能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。使液體向上升的力是液體間

11、分子的內(nèi)聚力。在發(fā)生虹吸現(xiàn)象時，由于管內(nèi)往外流的液體，比流入管內(nèi)的液體多，兩邊的重力不平衡，所以液體就會繼續(xù)沿一個方向流動。在正常的大氣壓下，虹吸管的作用比在真空時好，因為兩邊管口上所受到的大氣壓提高了整個虹吸管內(nèi)部的壓力案例44教書育人仿制公道杯案例45教書育人四、STEM課程的特征協(xié)作性強調(diào)群體協(xié)同相互幫助、相互啟發(fā)真實問題、真實任務(wù)學習環(huán)境的四大要素情境協(xié)作會話意義建構(gòu)46教書育人四、STEM課程的特征設(shè)計性設(shè)計作品模型物理模型數(shù)學模型概念模型技術(shù)和工程47教書育人四、STEM課程的特征藝術(shù)性STEAM教育A：Art藝術(shù)狹義：美術(shù)、音樂廣義：人文教育、社會教育強調(diào)在科學教育中增加人文科學

12、和社會科學教育48教書育人四、STEM課程的特征藝術(shù)性人文科學：以人類的精神世界及其沉淀的精神文化為對象的科學文學、歷史學、哲學及其衍生出來的美學、宗教學、倫理學、文化學、藝術(shù)學、語言學社會科學：以人類社會為研究對象的科學經(jīng)濟學、社會學、政治學、法學、軍事學、教育學、民族學、宗教學49教書育人四、STEM課程的特征實證性科學區(qū)別于其他學科的重要方面科學探究提出問題作出假設(shè)制訂計劃實施計劃得出結(jié)論表達交流50教書育人DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA平面模型案例51教書育人DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA平面模型案例52教書育人DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA平面模型案例53教書育人DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA立體模

13、型案例54教書育人DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型多核苷酸鏈的兩個螺旋圍繞著一個共同的軸旋轉(zhuǎn)；右手螺旋；多核苷酸鏈通過磷酸和戊糖的3，5碳相連而成；嘌呤堿和嘧啶堿在雙螺旋內(nèi)部，而磷酸和核糖則在外部；案例55教書育人DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型螺旋的直徑約為2nm，相鄰的堿基之間相距0.34nm并沿軸旋轉(zhuǎn)36度；每個螺旋每隔10個堿基之后，即相距3.4nm之后，又轉(zhuǎn)回原位置兩條鏈是由堿基對之間的氫鍵連在一起的：AT，GC；多核苷酸中堿基的序列不受任何限制。案例56教書育人DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型用編繩法制作DNA模型用三根鞋帶編結(jié)的案例57教書育人DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型用其他材料編結(jié)的（編中國結(jié)的線）哪個正確？（哪一個是

14、右手螺旋）案例58教書育人五、STEM教育的目的代替部分“純”科學教育純科學：物理、化學、生物、地理學科之間的割裂科學、技術(shù)相互割裂元學科（meta-discipline）教育59教書育人五、STEM教育的目的加深對科學理論的理解美國國家科學教育標準惰性知識：是一種支離破碎的知識活性知識：是一種具有良好結(jié)構(gòu)的知識活性知識注重學生對知識的理解、推理和應(yīng)用60教書育人五、STEM教育的目的增強人文素養(yǎng)，形成健康的價值觀STEM教育是延伸和擴展的STEAMScience（科學）Technology（技術(shù)）Engineering（工程）Art（藝術(shù)）Mathematics（數(shù)學）的首字母ArtsHum

15、anities人文學科，文科（美術(shù)、藝術(shù)）61教書育人五、STEM教育的目的增強人文素養(yǎng)，形成健康的價值觀反映了社會或個體對于文化精神的追求與社會文明狀況密切關(guān)聯(lián)人文底蘊（1）人文積淀：具有古今中外人文領(lǐng)域基本知識和成果的積累（2）人文情懷：關(guān)切人的生存、發(fā)展和幸福（3）審美情趣：發(fā)現(xiàn)、感知、欣賞、評價美的意識和基本能力62教書育人倒流壺這種壺不光能讓水“倒流”塵土異物不易落入，更加衛(wèi)生更不必擔心壺蓋會掉落摔碎最主要的是增加了使用者的樂趣案例63教書育人倒流壺結(jié)構(gòu)原理案例64教書育人五、STEM教育的目的培養(yǎng)理性思維，提升科學實踐能力65教書育人五、STEM教育的目的培養(yǎng)理性思維，提升科學實踐

16、能力理性思維崇尚真知，能理解和掌握基本的科學原理和方法尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度邏輯清晰，能運用科學的思維方式認識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等66教書育人五、STEM教育的目的養(yǎng)成主動學習意識，促進個體意義感學習在本質(zhì)上即為一種通過探究外部世界、構(gòu)筑主體意識的實踐活動充分體現(xiàn)出學習的實踐屬性，更能夠激發(fā)學生學習的主體性學生把學習的狀態(tài)從被動地學習識記、理解知識轉(zhuǎn)為主動實踐67教書育人五、STEM教育的目的養(yǎng)成主動學習意識，促進個體意義感學會學習具有積極的學習態(tài)度和濃厚的學習興趣能養(yǎng)成良好的學習習慣，掌握適合自身的學習方法能自主學習，具有終身學習的意識和能力68教書育人紙的趣味實驗

17、案例紙的趣味實驗：搭桌子69教書育人紙的趣味實驗紙與生物學“嵴”的模擬一把剪刀，一張A4紙，你能剪出都多大的紙環(huán)？案例70教書育人紙的趣味實驗案例而通過下面的方法，你可以剪出更大的圓環(huán)71教書育人紙的趣味實驗紙與生物學“爬行高手”的秘密壁虎可以說是動物界爬行能力最強的動物，強到甚至可以在光滑的玻璃上爬行。為什么壁虎在光滑的玻璃上都能“健步如飛”呢？壁虎能在光滑的玻璃上自由行走，主要是靠它前肢和后肢的指、趾。它們的前后肢每一個指、趾端都有一褶一褶的瓣，瓣與瓣間形成一條條溝稱之為吸盤。它們就靠這些吸盤來增加指趾與玻璃面之間的摩擦。因此它能在光滑的玻璃上行走而不會掉下來。案例72教書育人紙的趣味實驗

18、紙與生物學“爬行高手”的秘密壁虎可以說是動物界爬行能力最強的動物，強到甚至可以在光滑的玻璃上爬行。為什么壁虎在光滑的玻璃上都能“健步如飛”呢？案例73教書育人紙的趣味實驗?zāi)葹跛弓h(huán)公元1858年，德國數(shù)學家莫比烏斯（Mobius，17901868）和約翰李斯丁發(fā)現(xiàn)的莫比烏斯環(huán)只有一個面（即單側(cè)曲面），一只小蟲可以爬遍整個曲面而不必跨過它的邊緣（也就是說，它的曲面只有一個）案例74教書育人五、STEM教育的目的形成責任意識和團隊精神意識到自己的分工和責任，以及自己在學習共同體中所分配的角色主動作為，履職盡責，對自我和他人負責勇于承擔責任，激發(fā)團隊精神75教書育人五、STEM教育的目的形成責任意識

19、和團隊精神責任擔當敬業(yè)奉獻，具有團隊意識和互助精神能主動作為，履職盡責，對自我和他人負責能明辨是非，具有規(guī)則與法治意識熱愛并尊重自然，具有綠色生活方式和可持續(xù)發(fā)展理念及行動76教書育人五、STEM教育的目的塑造創(chuàng)新意識和應(yīng)對社會挑戰(zhàn)解決問題善于發(fā)現(xiàn)和提出問題，有解決問題的興趣和熱情能依據(jù)特定情境和具體條件，選擇制訂合理的解決方案具有在復(fù)雜環(huán)境中行動的能力77教書育人五、STEM教育的目的塑造創(chuàng)新意識和應(yīng)對社會挑戰(zhàn)運用技術(shù)理解技術(shù)與人類文明的有機聯(lián)系具有學習掌握技術(shù)的興趣和意愿具有工程思維，能將創(chuàng)意和方案轉(zhuǎn)化為有形物品或?qū)σ延形锲愤M行改進與優(yōu)化78教書育人良心壺案例79教書育人鳳鳴壺“鳳鳴壺”是

20、以鳳為型體，牡丹飾身的陶瓷酒具，當壺中盛酒倒出時發(fā)聲似鳳鳴，故得此名。 案例80教書育人八、案例1：紙折DNA模型用折紙法制作DNA模型案例81教書育人案例82教書育人八、案例2：眼見為實嗎？視覺錯覺錯覺是指人們對外界事物的不正確的感覺或知覺最常見的是視覺方面的錯覺產(chǎn)生錯覺的原因有很多物體本身特點的影響觀察者生理心理上的因素光的性質(zhì)83教書育人八、案例2：眼見為實嗎？“變色”的方格由于方格所在的背景色不同，觀察者會將同一種灰色看成是深灰色和淺灰色兩種84教書育人八、案例2：眼見為實嗎？判斷大小由于內(nèi)圓周圍分別圍繞的是更大的圓、更小的圓，觀察者會誤以為是大小不一的圓85教書育人八、案例2：眼見為實嗎？判斷大小86教書育人八、案例2：眼見為實嗎？判斷大小兩個長方形大小比較和三個人身高的比較實驗中，由于它們所處的背景是一個逐漸收縮的視野，所以人們會根據(jù)經(jīng)驗判斷遠處的物