生物学STEM课程及案例

仿制公道杯
案 例
四、STEM课程的特征
5. 协作性
• 强调群体协同 • 相互帮助、相互启发 • 真实问题、真实任务 • 学习环境的四大要素
• 情境 • 协作 • 会话 • 意义建构
四、STEM课程的特征
6. 设计性
• 设计作品 • 模型
• 物理模型 • 数学模型 • 概念模型 • 技术和工程
四、STEM课程的特征
（二）
• 2016年10期 • P1－3
总体框架
（一）
（三）
一、顶层设计
• 《义务教育生物学课程标准（2011年版）》
• 课程性质：重申了“科学课”的课程性质
意味着什么？ 强调包括生物学教师在内的所有教师及学生，不要再把生物学 当成“文科”来学习 不要片面地认为，生物学就是一门背诵、记忆的学科 学习方法 主动参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证 据、检验假设、发现规律等过程中生物学知识 养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学 习的能力
例
就得出了站立点至目标的距离
32
• 跳眼法
案 例
33
奇特的眼睛
• 墙上的圆
案 例
34
奇特的眼睛
• 体验视觉暂留现象
案 例
35
四、STEM课程的特征
1. 跨学科
（1）STEM是分科的 • 数学、物理、化学、生物、地理学科 • 科学、技术、工程和数学四门独立的学科领域
（2）STEM是整合的 • STEM教育并不是科学、技术、工程和数学教育 的简单叠加，而是要将四门学科内容组合成有 机整体
电 鳐
电鳐
水果电池
案例
生物学知识
细胞中的水
结合水：与细胞内的其他物质相结合 自由水：以游离的形式存在，可以自由流动
细胞中的无机盐
阳离子：Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe2+、Fe3+ 阴离子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-
水果电池
案例
水果电池
• 原理
• 水果中的酸性液体相当于电解质溶液，由于铜 和锌（镁）的金属活性不同，其中较活泼的金
二、STEM教育的起源
• STEM教育起源于美国
• 科学素养
• 是指对在日常生活、社会事务以及个人决策中所需 要的科学概念和科学方法的认识和理解,并在此基 础上所形成的稳定的心理品质
• 技术素养
• 包括理解技术的能力，使用技术的能力，管理技术 的能力和参与技术活动
二、STEM教育的起源
• STEM教育起源于美国
水果电池
案例
水果电池
水果电池
案例
串联电池
水果电池
案例
可乐电池
三、陕师大开发的课程
三、陕西师大开发的课程
三、陕西师大开发的课程Βιβλιοθήκη Baidu
三、陕西师大开发的课程
三、陕西师大开发的课程
三、陕西师大开发的课程
三、陕西师大开发的课程
三、陕西师大开发的课程
奇特的眼睛
• 瞳孔，是动物或人眼睛内虹膜中心的小圆孔，为光 线进入眼睛的通道。虹膜上瞳孔括约肌的收缩可以 使瞳孔缩小，瞳孔开大肌的收缩使瞳孔散大，瞳孔
4. 情境性
• 不教授孤立、抽象的学科知识 • 强调把知识还原于丰富的生活 • 结合生活中有趣、具有挑战的问题 • 学生辨识问题本质 • 学生解决问题
案 仿制公道杯 例
• 虹吸式口器 • 鳞翅目成虫所特有 • 包括蛾、蝶两类昆虫 • 成虫多以花蜜等作为补充营养 • 如：桃小食心虫、苹果小卷叶蛾、棉铃虫、 菜粉蝶、小菜蛾、印度谷螟
案 然消失了。若将图形继续前移，黑点又会出现。 例
30
奇特的眼睛
• 一只眼睛的距离感
案
• 用两只眼睛可以轻松定位事物的空间位置，而一只眼是不 能很好的判断空间距离。
例
31
奇特的眼睛
• 跳眼法
案
• 因为两瞳孔的间隔和臂长的比值约为一比十，结合相似性三角 形原理，目标区域被测物的尺寸与目标距站立点的距离比值也 约为一比十，所以通过估判目标区域被测物的尺寸大小乘以10，
部；
55
DNA双螺旋结构模型
5. 螺旋的直径约为2nm，相邻的碱基之间相距0.34nm并 沿轴旋转36度；
案 • 每个螺旋每隔10个碱基之后，即相距3.4nm之后，又转回原位置 例 6. 两条链是由碱基对之间的氢键连在一起的：A－T，G
－C； 7. 多核苷酸中碱基的序列不受任何限制。
56
DNA双螺旋结构模型
属锌（镁）能置换出酸性液体中的氢离子—— 锌电极上的锌单质脱去电子形成锌离子，进入
酸性液体中；脱去的电子通过导线流到铜电极，
与酸性溶液中的氢离子结合，形成氢气分子。
• 导线中的电流驱动发光二极管工作。
水果电池
案例
水果电池
• 材料用具
• 苹果、柠檬、西红柿等新鲜多汁的水果， 可乐、1.5V碱性干电池2节、1.5V螺口小 电珠、大头针、铜片若干、锌片若干、导 线若干、水杯、鳄鱼夹线、发光二极管、 数字时钟
五、STEM教育的目的
2. 加深对科学理论的理解
• 《美国国家科学教育标准》 • 惰性知识：是一种支离破碎的知识 • 活性知识：是一种具有良好结构的知识
• 活性知识 • 注重学生对知识的理解、推理和应用
五、STEM教育的目的
3. 增强人文素养，形成健康的价值观
• STEM教育是延伸和扩展的→STEAM
• 1975年：提出“技术素养”概念 • 科学教育的主要目标 • 科学素养 • 技术素养
二、STEM教育的起源
• STEM教育起源于美国
• 科学 • 回答“是什么”和“为什么”的问题 • 揭示自然的本质和内在规律 • 目的在于认识自然
• 技术 • 回答“做什么”和“怎么做”的问题 • 满足社会生产和生活的实际需要 • 目的在于改造自然
7. 艺术性
• STEAM教育 • A：Art艺术
• 狭义：美术、音乐 • 广义：人文教育、社会教育 • 强调在科学教育中增加人文科学和社会科学教育
四、STEM课程的特征
7. 艺术性
• 人文科学：以人类的精神世界及其沉淀的精神文 化为对象的科学
• 文学、历史学、哲学及其衍生出来的美学、宗教 学、伦理学、文化学、艺术学、语言学
案 仿制公道杯 例
• 原理
• 事实上，虹吸作用并不完全是由大气压力所产生的， 在真空里也能产生虹吸现象。
• 使液体向上升的力是液体间分子的内聚力。 • 在发生虹吸现象时，由于管内往外流的液体，比流入
管内的液体多，两边的重力不平衡，所以液体就会继 续沿一个方向流动。
• 在正常的大气压下，虹吸管的作用比在真空时好，因 为两边管口上所受到的大气压提高了整个虹吸管内部 的压力
• 用编绳法制作DNA模型
案 • 用三根鞋带编结的 例
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DNA双螺旋结构模型
• 用其他材料编结的（编中国结的线）
• 哪个正确？（哪一个是右手螺旋）
案 例
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五、STEM教育的目的
1. 代替部分“纯”科学教育
• 纯科学：物理、化学、生物、地理 • 学科之间的割裂 • 科学、技术相互割裂 • 元学科（meta-discipline）教育
四、STEM课程的特征
1. 跨学科
• 元学科（meta-discipline）教育 • 跨越学科界限 • 利用科学、技术、工程、数学学科相互关联的知 识（多学科知识综合应用） • 将重心放在特定问题上（解决实际问题）
四、STEM课程的特征
2. 趣味性
• 问题 • 有趣 • 具有挑战性 • 与学生生活相关
倒流壶 结构原理
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五、STEM教育的目的 4. 培养理性思维，提升科学实践能力
五、STEM教育的目的
4. 培养理性思维，提升科学实践能力
• 理性思维
• 崇尚真知，能理解和掌握基本的科学原理和方法 • 尊重事实和证据，有实证意识和严谨的求知态度 • 逻辑清晰，能运用科学的思维方式认识事物、解决问题、
• 1986年,美国国家科学委员会首次提出SMET教育
• SMET是STEM的开端
• 20世纪90年代
• 美国国家科学基金会首次使用“STEM”
• 2001年后，STEM逐渐取代SMET • 出现在 • 总统发言 • 改革政策和项目 • 法律
水果电池
案例
水果电池
• 自然界中存在着许多活的“发电机”，例如电 鳐、电鳗，它们能够产生天然的电流，用于防 御天敌、捕获猎物等，以更好地在自然界中生 存。
• 社会科学：以人类社会为研究对象的科学 • 经济学、社会学、政治学、法学、军事学、教育 学、民族学、宗教学
四、STEM课程的特征
8. 实证性
• 科学区别于其他学科的重要方面 • 科学探究
• 提出问题 • 作出假设 • 制订计划 • 实施计划 • 得出结论 • 表达交流
DNA双螺旋结构模型
• DNA平面模型
一、顶层设计
• 《普通高中生物学课程标准（2017年版）》
基本理念
1 学科素养为核心
2 课程内容少而精
3 教学过程重实践
4 学业评价促发展
“重实践”的环节中必然会涉及超越学科本 身的知识和能力的要求，教师要适当地将
跨学科知识和技能融入实践活动，特别是
将“科学、技术、工程学和数学”STEM 整合到实践活动中。
• 显著特点是具有一条能弯曲和伸展的喙，适 于吸食花管底部的花蜜
案 仿制公道杯 例
•公道杯是一件既有科 学技术原理，也富含 人生哲理的盛酒器具。
•相传，此杯是唐王朝 的传家宝，喻意为： 凡事要适度，不可过 贪，否则将一无所得。
案 仿制公道杯 例
• 原理
• 虹吸原理：简称虹吸，是利 用液面高度差的作用力现象； 将液体充满一根倒U形的管 状结构内后，将开口的一端 置于装满液体的容器中，容 器内的液体会持续通过虹吸 管从开口于更低的位置流出
二、STEM教育的起源
• STEM
• S是Science（科学）的首字母 • T是Technology（技术）的首字母 • E是Engineering（工程）的首字母 • M是Mathematics（数学）的首字母
二、STEM教育的起源
• STEM教育起源于美国
• 20世纪50年代：提出“科学素养”概念 • 国民的科学素养是提升国家综合实力的关键 • 科学是万能的
案 的开大与缩小控制进入瞳孔的光量 例
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奇特的眼睛
• 虹膜
案 例
• 呈圆盘状，中央有瞳孔，位于角膜和晶状体之间 • 颜色因含色素的多少和分布而异（中国人：棕色） • 含两种平滑肌纤维
• 瞳孔开大肌，收缩时瞳孔开大 • 瞳孔括约肌，收编时使瞳孔缩小
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奇特的眼睛
案 例
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奇特的眼睛
• 生理盲点
• （1）人文积淀：具有古今中外人文领域基本知 识和成果的积累
• （2）人文情怀：关切人的生存、发展和幸福 • （3）审美情趣：发现、感知、欣赏、评价美的
意识和基本能力
倒流壶
这种壶不光能让水 “倒流”
尘土异物不易落入， 更加卫生
更不必担心壶盖会掉 落摔碎
最主要的是增加了使 用者的乐趣
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中学生物学 STEM课程及案例
陕西师范大学生命科学学院 李高峰
bsdlgf@163.com
2017.8.23
一、顶层设计
• 《中国学生发展核心素养》
• 作者：核心素养研究课题组 • 期刊：《中国教育学刊》
案 •黄斑鼻侧约3mm处有一直径为1.5mm的淡红色 区，为视盘，亦称视乳头，是视网膜上视觉
例 纤维汇集向视觉中枢传递的出眼球部位，无 感光细胞，故视野上呈现为固有的暗区，称 生理盲点。
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奇特的眼睛
• 被检查者遮闭左眼，用右眼注视图中的“十”符号，将 图从正前方30cm距离处开始向眼前移动，当缓缓移到 眼前18cm左右时，被检查者视野中原有的黑色圆点忽
• 激发学习者内在的学习动机 • 问题的解决能让学生有成就感 • STEM教育内容游戏化
四、STEM课程的特征
3. 体验性
• 不仅主张学习概念、原理，更强调动手做 • “做中学”（Learning by doing) • 听科学、看科学、做科学 • 在参与、体验中习得知识的方式有深刻影响
四、STEM课程的特征
• Science（科学）
• Technology（技术） Arts
• Engineering（工程） ＝Humanities
• Art（艺术）
人文学科，文科
• Mathematics（数学）的首（字美母术、艺术）
五、STEM教育的目的
3. 增强人文素养，形成健康的价值观
• 反映了社会或个体对于文化精神的追求 • 与社会文明状况密切关联 • 人文底蕴
案 例
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DNA双螺旋结构模型
• DNA平面模型
案 例
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DNA双螺旋结构模型
• DNA平面模型
案 例
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DNA双螺旋结构模型
• DNA立体模型
案 例
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DNA双螺旋结构模型
1. 多核苷酸链的两个螺旋围绕着一个共同的轴旋转； 2. 右手螺旋；
案 3. 多核苷酸链通过磷酸和戊糖的3'，5'碳相连而成； 例 4. 嘌呤碱和嘧啶碱在双螺旋内部，而磷酸和核糖则在外