基于STEM理念的生物園“無土栽培”主題活動課

林妙云

（廣東省東莞市常平鎮振興中學 廣東·東莞 523573）

隨著STEM教育理念逐步被倡導，如何將STEM教育理念為初中生的科學與技術素養的提升實現轉變，非常值得我們去嘗試、探索和研究。目前，STEM教育課程主要偏重理論上的研究及第一課堂的應用，在生物園及校本資源開發利用方面的研究有限。為此，我們主要是將STEM教育指導學生綜合運用科學、技術、工程和數學領域的相關知識和技能對學校生物園“無土栽培”室進行科學探究，開展基于STEM理念的生物園“無土栽培”主題活動課，提升學生的科學思維、科學探究等核心素養及綜合能力，籍以全面發展。

1 教學目標

通過該活動，使學生了解無土栽培的常見類型和常用方法。通過無土栽培活動課的體驗，培養學生的科學態度、創新精神，以及解決實際問題能力的跨學科思維。結合課本教材的內容——“被子植物的一生”中的“無土栽培”聯系生產實際，了解無土栽培的優點和對農業生產的積極意義，培養學生積極的情感態度和價值觀，使學生逐步樹立責任心和使命感。

2 場地器材

（1）場地條件：結合無土栽培技術設備最新的發展趨勢，我們學校采用了“水培管道式立體栽培架”，包括：方型管和圓形管兩種，分別進行培養果菜和葉菜的植物，原因是：方型管適合瓜果枝條的攀爬，而圓形管的高度不足，一般只能培植葉菜。

（2）器材藥品：主要是損耗品的齊全和及時添置，包括：營養液、種子的購買、殺蟲劑、催果劑、測試營養液濃度的測試筆、管道清理問題、培育的技術咨詢問題等等。

（3）經費投入：前期大約需要一次性投入5萬元，后期開展活動大約每學年投入5000元，并且要有生物園的專人進行管理。

3 教學過程

3.1 準備階段

3.1.1 設備儀器配置齊全

主要是上面（四、場地器材）提到的各種設備、儀器、營養液的購置（略）。

3.1.2 學生的選拔、組織和管理

此活動，主要以學生自主參加為原則，從初一學生中挑選，主要要求是：學生的自主學習能力強、動手能力強、有一定的分析判斷能力、善于解決問題、學業基礎比較扎實、不怕吃苦、不怕累、甘于奉獻、敢于質疑、有團隊合作意識。

選好小組長，是非常重要的一步。小組長頂半個老師，小組長可采取初選和終選的方式，在活動開始之初，初選一位臨時小組長，通過幾節課的觀察，結合表現，再最終選出組長、副組長。這對活動的開展、開放性問題的解決、成果的展示、小組組員的評價、期末資料的上交等等都是非常有幫助的。

3.1.3 評價體系的完善

根據這個活動的指導思想之一：跨學科（STEM理念）解決問題。我們在活動開始之初，就制定了“綜合實踐活動表現性評價方案”，因此，在整個無土栽培實踐活動開展期間，我們作為指導教師都要結合表格以及學生栽培的最終成果，來評價學生。

如在無土栽培實踐小組栽培的是青瓜，小組組員就有學生提出：怎樣解決傳粉問題？怎么解決枝條攀爬向上的問題？結果較少的原因是？并由小組長根據收集的問題，作為代表，向生物園的管理老師詢問或者查找資料一一解決，在這個過程中，小組長都一一做了記錄，期末評價的時候，作為教師，都詳細進行了點評。

【注意事項】實踐活動的指導老師一定要與生物園管理員溝通協調好，對實踐活動有規劃，有具體的分工說明，確保實踐活動順利開展。

3.2 實施階段

3.2.1 做好“兩會一課”的工作

兩會：無土栽培小組組員會議、無土栽培組長會議；一課：活動開設的第一節課內容要精心準備。這都是為一學期活動的開展打下基礎，做好鋪墊的。組長明確了職責，知道自己應該做什么？怎樣發揮組員的力量？怎樣由活動引發STEM的問題，并結合問題讓組員進行有效討論。“一課”能使全體組員理解本實踐活動的指導思想是什么？讓學生逐漸從“學科學習”轉變為“研究性學習”，這一思維的轉變，在實踐過程中其實并不容易，因為綜合實踐活動課程以“主題、經驗、表達”的非線性單元結構來替代“目標、成就、評價”的線性單元結構，這一定需要一個過程。

3.2.2 明確每一節課的內容，設置好每一節課需要解決的問題

既然是基于“STEM”理念，因此，我們的實踐活動一定要有比較明確的需要解決的問題，答案不一定要統一，不一定有標準答案，但問題一定要有，從而引發學生進行小組合作、討論，跨學科地解決問題。

3.2.3 開展基于項目式學習的《基于“STEM教育”的生物園無土栽培室項目學習》PBL課程

我們通過文獻研究、開展講座等方式，了解了當前國內外STEM的發展與實踐，根據STEM課程的學習方式首先是基于項目的學習，即PBL，明確了基于“STEM教育”理念的學生研究方式的探索方向，故將項目式學習、場館學習（生物園）、實踐學習、創客學習（鼓勵學生創新）緊密結合，開發了基于“STEM教育”理念的生物園PBL教學課程資源。教師在設計項目時，以優化項目為原則，以某一技術為核心，以某一問題為項目主題，對過教師隊伍之間的頭腦風暴，優化項目流程，使項目實施與可操作性更強。

《基于“STEM教育”的生物園無土栽培室項目學習》PBL課程案例：

（1）提出問題：如何充分開發生物園無土栽培室的功能？

（2）調查現狀：了解生物園無土栽培室的使用現狀。

（3）構思解決方案：從栽培系統、室內降溫、室內燈光等方面著手。

（4）改進與測試：設計更合理的無土栽培系統并進行測試、記錄。

（5）改進方案：與各模塊組合改進方案。

（6）成果展示：班組交流與展示。

項目分解模塊如下：

“栽培系統”：

（1）提出問題：我校生物園“無土栽培系統如何實現蓄水、節水、水流運轉”？

（2）調查現狀：實地考察我校生物園“無土栽培系統蓄水、節水、水流運轉”現狀。

（3）構思解決方案：討論生物園“無土栽培系統蓄水、節水、水流運轉”存在的問題并設計改進方案及記錄表。

（4）改進與測試：記錄一周內用水情況。

（5）改進方案：通過實踐改進“無土栽培系統蓄水、節水、水流運轉”。

（6）成果展示：交流自己的記錄，談自己的收獲和疑惑。

“室內降溫”：

（1）提出問題：我校生物園無土栽培室夏天溫度過高怎么辦？

（2）調查現狀：實地測量我校生物園無土栽培室室內夏天早、中晚的溫度。

（3）構思解決方案：討論溫我校生物園無土栽培室室內度高的原因（我校生物園無土栽培室室頂是玻璃，由于太陽的直射及溫室效應）及解決辦法（加遮陽網、通風、開增濕器等）。

（4）改進與測試：記錄一周內采用不同方法室內溫度。

（5）改進方案：通過測試確定室內降溫的改進方案。

（6）成果展示：交流自己的記錄，談自己的收獲和疑惑。

“營養液濃度”：

（1）提出問題：無土栽培室瓜果和蔬菜的營養液充足嗎？

（2）調查現狀：了解并用測試筆測量記錄無土栽培室內瓜果和蔬菜的營養液的配制方法、濃度變化對植物生長的作用。

（3）構思解決方案：討論無土栽培室內瓜果和蔬菜的營養液的配制方法、濃度變化對植物生長的作用，存在的不足并設計改進方案。

（4）改進與測試：通過實踐總結適合的營養液濃度，記錄植物生長的狀況并與之前作對比。

（5）改進方案：通過測試確定營養液的配制方案。

（6）成果展示：交流自己的記錄，談自己的收獲和疑惑。

【注意事項】這里要強調的是“測試筆的使用”是一個非常關鍵的環節，雖然瓜果和蔬菜的營養液所包含的物質不完全一致，但測出數值能比較有效地反映出營養液是否充足。如參考數值為：s值：葉菜果菜均為：1800-2500；PH值：果菜：PH6.5—7.5左右、葉菜：6.3-6.8左右。

3.3 交流展示

（1）對于實施過程的展示，可以結合手機的微信朋友圈分享的功能，既可以對活動的步驟進行一一列舉，也可結合圖片，用提問的方式，對圖片中的問題進行有獎提問。回答正確的，獎勵的當然是無土栽培的瓜果蔬菜若干。

（2）每學年11月份，我校校慶系列活動都有科技節，實踐活動小組要出一個展示宣傳欄，總結開學至今，活動開展的情況。

【注意事項】交流展示與當次的產量是有關系的，但是筆者認為并不影響展示，因為產量高，可以開展（2），產量不足時，可以主要開展（1），也可以開展“為什么我們無土栽培的產量下降了？”的研究性題目進行研究。

4 教學效果與反思

4.1 活動亮點與創新

4.1.1 活動場地、資金有保障

首先無土栽培活動，在初級中學開展的情況就不多，的確要面對很多困難，不管是資金上、人力上都需要做很多部署。我校能夠在2016年開始，每學期都有條不紊地進行開展無土栽培實踐活動，這是學校著眼于學生長遠發展，培育學生核心素養的明智之舉。

4.1.2 將“分學科內容的教學方式”轉變成以“解決問題為核心”的跨學科教學形式

在實踐活動課中，筆者結合“STEM教育”理念，進行學科校本資源開發，嘗試將“分學科內容的教學方式”轉變成以“解決問題為核心”的跨學科教學形式，指導學生開展有效研究，從而初步讓學生體驗科學研究的方法和過程，培養學生的科學精神和創新思維，且有利于挖掘無土栽培活動的跨學科融合教育的新功能。

4.2 實踐活動反思

4.2.1 教師的指導方式不能只注重活動形式

指導行為往往存在著一系列問題：偏重活動形式，忽略具體活動方法的指導；偏重學生活動方案，忽略教師指導方案；偏重活動過程與階段，忽略活動的具體落實程度。增強教師指導的有效性，是實施無土栽培綜合實踐活動的一個基本要求。因而，研究和探討該實踐活動實施過程中的教師有效指導策略是目前我們需要注意的最大問題。

4.2.2 評價一定要在實踐活動實施過程中落實

從理論上說，關注過程，兼顧結果，強調實踐活動課評價主體多元、評價形式多樣、評價項目多元，是綜合實踐活動課程本質規定性的內在要求，但從實踐看，如果綜合實踐活動課程學生發展評價的具體指標體系或評價要點、評價制度、評價機構不落實，那就難以為綜合實踐活動課程的實施提供有力的支持。