STEM課程之《指紋探秘》

《指紋探秘》是我校引進(jìn)的璞遠(yuǎn)教育“小小STEM”課程系列的初中版中的一個(gè)內(nèi)容。指紋這個(gè)主題非常貼近學(xué)生的生活，因?yàn)橹讣y就在他們的手指上，并且每一個(gè)人的指紋都是不同的。

在小學(xué)階段，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)“拓印”以及“人的指紋”的相關(guān)知識，初中階段的內(nèi)容在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，圍繞指紋讓學(xué)生在一個(gè)現(xiàn)實(shí)的場景中模擬搜集證據(jù)、分析、得出結(jié)論并最終解決問題。在這個(gè)過程中，學(xué)生必須運(yùn)用小學(xué)所學(xué)的知識與技能。《指紋探秘》的STEM課堂究竟是怎樣的呢？讓我?guī)ьI(lǐng)大家一起來探秘吧！

教 學(xué) 目 標(biāo)

◎科學(xué)：知道每一個(gè)人的指紋都不相同，了解指紋的形成。

◎技術(shù)：知道生物技術(shù)可以幫助我們來確認(rèn)某些人的特征。

◎工程：能夠想到一些方法來采集我們的指紋。

◎數(shù)學(xué)：能夠分析不同的指紋并且配對。

課 時(shí) 安 排

本課程共4課時(shí)，前2個(gè)課時(shí)的內(nèi)容是指紋的提取、分類、應(yīng)用，重點(diǎn)放在通過實(shí)驗(yàn)探究獲得提取指紋的方法上，小組加以展示交流。后2個(gè)課時(shí)對指紋進(jìn)行充分拓展，發(fā)散學(xué)生思維，并反思總結(jié)自己的收獲與不足及實(shí)驗(yàn)中的改進(jìn)方法。

材 料 清 單

滑石粉、刷子、磁粉、磁鐵、碘酒、三腳架、石棉網(wǎng)、黑紙、膠帶、火柴、酒精燈、印泥、彩筆、牙刷、托盤各一份，燒杯四個(gè)，處理過的楊樹葉或桂花樹葉若干，白紙若干。

主要教學(xué)流程

1.情境引入，任務(wù)驅(qū)動(dòng)，激發(fā)興趣

指紋在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用很多，其中有個(gè)很大的用途就是破案。本節(jié)課我便以失竊的視頻導(dǎo)入，并提出問題：Timon老師打來電話，希望我們能幫他找到“兇手”，“小柯南們”怎樣找呢？學(xué)生紛紛表示指紋可以破案，因?yàn)槊總€(gè)人的指紋都是獨(dú)一無二的，即使是同卵雙胞胎的指紋也不一樣的。

設(shè)計(jì)意圖：以“小柯南們”的稱謂讓學(xué)生進(jìn)入“偵探”角色，接受“破案”任務(wù)，更能引發(fā)他們積極思考。

2.提取指紋，收獲方法，表達(dá)交流

提取指紋的方法有很多，學(xué)生閱讀《提取指紋方法》的文字材料，發(fā)現(xiàn)提取潛伏指紋簡單易行的方法有粉末法、磁粉法和碘熏法。

（1）設(shè)計(jì)

提取前先讓每個(gè)小組根據(jù)材料去設(shè)計(jì)，通過小組合作討論完成設(shè)計(jì)方案，再邀請小組展示設(shè)計(jì)的步驟（每種方法都要找個(gè)代表展示），如有疑問其他組可以質(zhì)疑糾正，最終總結(jié)出合適的方案。

（2）實(shí)施

一切準(zhǔn)備就緒，學(xué)生都迫不及待了，馬上進(jìn)入提取的環(huán)節(jié)。在這個(gè)過程中有做得成功的，也有失敗的，有些組提取的指紋不清楚，這時(shí)我會給出適當(dāng)?shù)奶嵝押蛶椭麄円槐壑Α?/p>

（3）得出結(jié)論

學(xué)生發(fā)現(xiàn)這三種方法都可以提取指紋。粉末法、磁粉法利用的是物理吸附原理，可以提取顏色對比大的物體表面的指紋;而碘熏法利用的是化學(xué)原理，升華的碘可與指紋殘留物的油脂產(chǎn)生反應(yīng)出現(xiàn)黃棕色的指紋。

（4）表達(dá)與交流

提取結(jié)束后找?guī)讉€(gè)小組分享一下作品及成功的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也談?wù)勥^程中失敗的原因，有助于今后更好地完成操作。

現(xiàn)在學(xué)生學(xué)會了提取指紋的三種方法，事實(shí)上，取證過程也并不像我們做的這樣簡單，盒子上指紋眾多，哪個(gè)才是兇手的，更是得需要細(xì)心尋找，小心求證。證據(jù)只有一個(gè)，不可能讓每組都嘗試，所以我提前提取了指紋讓他們做對比（展示在屏幕上）。

設(shè)計(jì)意圖：通過物理或化學(xué)的方法進(jìn)行指紋提取，讓學(xué)生將物理、化學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中。這一探究實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生分析問題、解決問題、動(dòng)手實(shí)踐的能力，告知他們實(shí)際提取指紋很復(fù)雜，讓他們了解真相，知道成功是不易的，是需要付出的。

3.比對，總結(jié)分類，尋找“真兇”

提取完指紋，下一步就要比對指紋。在此之前，我已拓印了Timon老師辦公室三位同事的所有指紋。告知學(xué)生要想找到“兇手”，先得學(xué)會觀察和分析指紋，于是給他們?nèi)昼妼ν赜〉闹讣y進(jìn)行觀察和分類。觀察結(jié)束，學(xué)生基本能總結(jié)出指紋有斗形的、箕形的、弓形的這三大類。接下來開始分組比對，三個(gè)偵探小組分頭行動(dòng)，逐一比對。當(dāng)某組找到相同的指紋后，及時(shí)對他們進(jìn)行表揚(yáng)，還要讓其他小組對其進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后才算找到“真兇”破案了。

設(shè)計(jì)意圖：通過觀察指紋并能夠進(jìn)行分類，通過比對指紋能夠找到“真兇”。在這個(gè)過程中鍛煉了學(xué)生分類匯總能力、篩選配對能力，提高了學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力。

4.了解指紋應(yīng)用，嘗試作畫

通過學(xué)生的共同努力成功破獲了這起偷竊事件，幫助了Timon老師，但要想提高自己的實(shí)踐能力和破案水平，還需不斷深入學(xué)習(xí)，提高自己的理論知識，這引出了對指紋的應(yīng)用進(jìn)行培訓(xùn)。提出問題：指紋除了能破案還有哪些應(yīng)用呢？學(xué)生踴躍發(fā)言“指紋打卡、指紋解鎖、指紋簽字、指紋支付……”是的，這些都是我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降摹Ｆ鋵?shí)大家都忽視了它還有一個(gè)最大的用途就是增大摩擦力，使得我們每個(gè)人都離不開它。當(dāng)然指紋還可以這樣玩——作指紋畫。接下來讓學(xué)生親自感受一下指紋作畫的魅力，小組共同合作完成一幅有創(chuàng)意的畫作，并進(jìn)行展示。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生了解到指紋的應(yīng)用廣泛，作用很大。通過指紋作畫體會指紋帶來的樂趣，讓學(xué)生在展示中得到肯定，獲得自信。

5.拓展延伸

指紋可以識別身份，其實(shí)虹膜、人臉、腳印、掌紋、步態(tài)等都可以識別身份，這些通過生物的形態(tài)特征區(qū)分生物的計(jì)算機(jī)技術(shù)就是生物計(jì)量學(xué)。這時(shí)，可以放一段相關(guān)視頻讓學(xué)生深入了解這些識別技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上拋出問題：如果手受傷了、腳扭傷了，這種識別技術(shù)將會失效，但如果將這幾種技術(shù)融合到一起是不是會更安全、更有效呢？這時(shí)對學(xué)生提出希望，希望他們努力學(xué)習(xí)去開發(fā)、創(chuàng)造這樣的新科技。

除了人、動(dòng)物有指紋，植物是否也有“指紋”呢？同樣也有，如年輪、葉脈等。課堂上，我引導(dǎo)學(xué)生用植物的葉脈做出漂亮的葉脈標(biāo)簽。看到書簽，同學(xué)們興趣十足，學(xué)習(xí)完葉脈的理論知識就迫不及待地做起來，做完后學(xué)生進(jìn)行作品展示并反思總結(jié)得失，指紋一課也就到此結(jié)束了。

設(shè)計(jì)意圖：帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入科技前沿的目的，一是拓展識別身份的多種科技，拓寬他們的視野，二是發(fā)現(xiàn)不足，鼓勵(lì)他們?nèi)ラ_發(fā)創(chuàng)造。除了人的指紋，教師又對動(dòng)植物的“指紋”進(jìn)行拓展，發(fā)散他們的思維，加強(qiáng)了生物學(xué)知識的學(xué)習(xí)。

點(diǎn)" 評

《指紋探秘》是冀英中學(xué)開設(shè)的STEM課中的一節(jié)，課程設(shè)置和授課形式別具特色。全課目標(biāo)明確，重點(diǎn)突出，學(xué)生參與度高，充分展現(xiàn)了各學(xué)科的交叉與融合。

這堂課，教師先創(chuàng)設(shè)情境，利用多媒體播放失竊視頻，讓學(xué)生快速進(jìn)入偵探角色，引發(fā)他們的興趣，再從科學(xué)層面認(rèn)識到指紋獨(dú)一無二、可用于識別身份的原理。教學(xué)過程中，教師巧妙設(shè)置問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)其合作思考提取指紋的技術(shù)方法。工程方面，利用簡易材料，讓學(xué)生動(dòng)手操作指紋提取的三種方法。數(shù)學(xué)方面，對指紋進(jìn)行分類并建立指紋的數(shù)據(jù)庫。這堂課，學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)，還學(xué)習(xí)了合作創(chuàng)新并被調(diào)動(dòng)起后續(xù)學(xué)習(xí)的欲望。

課堂中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究，不僅掌握了生物知識，養(yǎng)成勇于探索精神和終身學(xué)習(xí)的能力，形成正確的生命觀念，還提升了自身社會責(zé)任感。

總之，這節(jié)課以解決實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，與發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)相吻合，充分體現(xiàn)教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的教學(xué)理念。