融入STEAM教育理念的“免疫調節”5E教學設計

（福建省晉江市養正中學 福建泉州 362216）

STEAM教育以解決實際問題或完成項目為驅動，整合科學、技術、工程、藝術、數學等多科關聯點，打破學科知識學習碎片化，注重學生的審辯式思維、溝通、協作以及創造等能力的培養，激發并保持學生的學習動力。5E教學模式由吸引（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、遷移（elaboration）和評價（evaluation）5個環節組成，各環節間層層相扣，一環接一環，環環相扣，把教學環節與學習過程聯系起來。教師若把STEAM教育理念融入5E教學模式中，可改變教的模式和學的方式，促進學生對知識的應用，誘發學生的創新思維，同時提高學生的學科素養。現以人教版“免疫調節”（第一課時）為例，開展融入STEAM教育理念的生物課堂5E教學設計的教學實踐。

1 吸引：呈現真實情境，形成科學研究動力

在吸引階段，教師要注重激發學生的認知與學習動機，把學習動力與期待取得的成效相結合，明確學習的目標，促使學生自覺將已有的認知經驗與新的學習任務密切聯系。STEAM教育始于真實情境，當呈現的真實情境與學生已有知識經驗相關性較大時，學生潛在的好奇心和學習興趣受到激發，于是就會產生探究的內驅力，形成主動獨立探究問題的欲望。

例如，教師聯系當前的新冠疫情，引導學生思考：（1）新冠肺炎病毒的遺傳物質是什么？（2）疫苗與抗體有何關聯性？（3）為何治療新冠肺炎時，疫苗研發至關重要？（4）科學家研發的新冠肺炎病毒快速檢測試劑能準確檢測出新冠肺炎病毒的原理是什么？（5）疫苗的研發過程有什么特點？

STEAM教育重視真實情景設置，可有效地激發學生的探究興趣。打贏新冠肺炎疫情攻堅戰是當前的熱點話題，與學生健康生活相關。了解新冠肺炎病毒傳播及致病機理、快速檢測試劑研究和應用、疫苗和抗體研制、藥物篩選等知識，是高中學生應該具備的生物學學科知識。初步了解新冠肺炎病毒傳播及致病機理能促進學生形成正確的生命健康觀念，規范防御新冠肺炎病毒行為；了解新冠肺炎病毒疫苗和抗體的研發技術，可以促進學生養成綜合各門學科的創新意識，培養學生為科學事業而獻身的家國情懷。

2 探究：重溫研究歷程，培養科學探究能力

在探究階段，由于面臨問題的復雜性，教師要開展運用多學科知識解決問題能力的訓練，使知識的習得和能力的形成相互滲透，使學生通過領會、掌握和遷移已有認知，獲得新知。生命科學史是關于生命科學的產生、發展及其規律的科學。生命科學的發展與科學技術的創新存在內在邏輯聯系和共同發展規律，相互影響、相互制約。教師引導學生學習生命科學史，落實STEAM教育理念，使學生重溫生命科學研究過程，像科學家一樣開展研究，從而啟迪學生思維、培養其探究能力。

在學習體液免疫機制的科學史時，教師提供材料：

（1）1890年，貝林證實白喉和破傷風均由各自病原體產生的毒素引起的。經過300多次實驗發現，曾經感染過破傷風后仍存活馬的血清中存在一種中和毒素的物質——抗毒素（抗體的一種類型），可預防破傷風病的發作，但抗白喉的抗毒素不能用于治療破傷風患者。

（2）1956年，波特用蛋白酶處理抗毒素，發現抗毒素可分解成一些片段。

（3）生物學家克拉曼和米切爾從小鼠脾臟分離出純化的B細胞和T細胞，經抗原刺激后，檢測到各實驗組產生抗體的情況（表1）。

表1 體外細胞培養情況

（4）1973年斯坦曼發現：吞噬細胞在特異性免疫反應中能發現、攝取、處理、暴露抗原，并呈遞給T淋巴細胞。T淋巴細胞膜上的CD28蛋白可與抗原特異性結合，刺激T淋巴細胞釋放淋巴因子，進一步激活B細胞并產生抗體，最終消滅入侵者。

教師引導學生討論以下問題：

（1）破傷風抗毒素是怎樣產生的？它有何特點？

（2）如何區分抗毒素（抗體）與抗原？

（3）若實驗①與實驗③為對照實驗，自變量是什么？若實驗②與實驗③是對照實驗，可以得出什么結論？實驗③與實驗④結果不同的原因可能有什么？用流程圖把材料4信息中的核心概念聯結起來。

探究活動中，教師沒有把學習內容核心概念間的聯系直接告訴學生，而是通過組織學生觀察、分析、交流、討論，讓學生自己發現知識鏈條的串聯點。在探究體液免疫步驟時，教師要挖掘生命科學史資源，促進學生運用工程學思維方式把免疫相關概念有機聯系起來形成完整的知識體系。在活動過程中，學生是學習的主體，親歷思考與知識的重構，理解技術手段的重要性，分析實驗設計的要領，對實驗現象及結果深度的交流和討論，提升科學思維能力。

3 解釋：立足生活實際，訓練科學思維方法

在解釋階段，學生需要運用先前習得的概念、原理解釋生活現象及其相應的原理。在學生初步形成知識框架后，教師設置生活問題情景，促進學生遷移運用所學知識，學生通過充分交流、相互啟發，提高學習的興趣和應用能力，使淺層思維轉變為深度思維，構建更為復雜的高階思維體系，促進知識的建構。

學習體液免疫后，教師提出問題，引導學生思考：

（1）幼兒可通過注射人丙種球蛋白預防麻疹，可能的原因是什么？

（2）在血常規檢查時，發現某人白細胞數量超過參考范圍，醫生斷定此人可能有細菌性感染的炎癥，請說出醫生判斷依據。

（3）出過水痘的人以后不會再出水痘，出過水痘的人仍會感染其他傳染病，請給予合理的解釋。

STEAM課堂以解決真實問題情景為出發點，需要解決問題時思維邏輯嚴密，層層遞進。回答問題時，學生必須具有扎實的科學知識、縝密的審辯式思維能力、有效的溝通和協作能力、良好的創新創造能力。教師經常性開展解決真實問題的思維訓練，能培養學生良好科學思維的習慣。

4 遷移：加大應用跨度，形成創新思維意識

在遷移階段，教師提供新的學習資料，要求學生綜合各科知識，深入學習和討論，提高對原認知的內化和拓展，鼓勵學生積極地從不同角度解決實際問題。

在學生明晰體液免疫基本過程時，教師指導學生認識二次免疫反應概念后，要求學生在圖1中補充反映二次免疫的曲線。

圖1 免疫曲線

數形結合是科學成果經常呈現的形式。曲線能形象地把生物生理變化過程用數學手段描述出來，并提供規律和原理的軌跡，加深學生對概念的理解。本環節中，學生只有理解漿細胞、記憶細胞、B細胞之間的區別和聯系，理解機體受到抗原刺激時，記憶細胞和B細胞分化產生漿細胞的反應速度和劇烈程度的規律，才能正確畫出曲線。

學習的遷移過程就是把表征知識的外殼層層剝掉，呈現深層知識的強化過程，是學生鞏固提升到掌握知識的過程。知識只有放在具體的、情境的、可感知的活動之中才能被人真正理解。學生只有綜合多學科知識。多角度對知識進行強化，才能建構更牢固的知識體系，同時加大知識的運用力度，增強學習的靈活性。

5 評價：反饋學習成效，設計落實多元評價

評價往往穿插在學生學習活動各個環節。上課前評價可以摸清學生的知識和能力儲備，為學習活動奠定基礎；課中評價可以為學習目標的達成與學習任務的完成提供依據；課后評價可以全面了解學生學習目標達成程度。

例如，在課前導入時，教師設置問題了解學生對新冠肺炎疫苗研發的關注度，摸清學生對疫苗與新冠肺炎抗體關聯度的認識，開展師生評價。對科學史探究活動完成后，設計“猜猜我是誰”小游戲：隨機抽取甲乙兩位學生，請甲用一句話（這句話中不能出現細胞名稱）或一個動作，說明牌子（乙看不到牌子上內容）上的細胞或物質功能；乙根據甲的表述或動作猜出細胞名稱，開展生生評價。完成體液免疫學習后，教師播放“警察抓小偷”微課，幫助學生理清各細胞或物質間關系，要求興趣小組學生模仿故事情節，角色扮演體液免疫課本劇，開展師生、生生、生組評價。在本節課結束時，教師要求學習小組設計保健品廣告場景及廣告語并評論，開展生生、師生、生組評價。

教學過程，教師采用診斷性評價、過程性評價和終結性評價等評價方式，全面摸查學情、注重知識的習得、解決過程的生成，交叉運用多種評價手段，多角度鼓勵學生敢于善于回答問題、發表不同見解。學生通過相互評價，互學互啟，共同享受課堂的樂趣，從而達成學習目標。

6 小結

融入STEAM教育理念的高中生物課堂5E教學模式注重學習生命觀念內容、形成科學思維方式、提升科學探究能力、培養社會責任意識，幫助學生運用生物學知識嘗試解釋生活常識原理，激發學生學習動機。5E教學模式中5個教學環節層層推進又相互交融，促進學生主動、積極地投身STEAM活動中，通過個體探究和團隊合作解決實踐中的問題、完成探究任務。