基于STEM理念的初中生物學項目式學習探索

孫蕾

摘 要 為了培養學生的實踐創新意識和能力，落實實踐育人的理念，基于STEM理念和課程標準的要求探索初中生物學項目式學習。在智慧農業基地開展“玉米的人工輔助授粉”項目式學習，將生物學教學與農耕勞動相結合，學生通過分析和解決農耕中的實際問題，實現勞動素養和探究實踐素養雙提升。

關鍵詞 項目式學習 人工授粉 勞動素養 探究實踐素養

中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻標志碼 B

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》建議開展“植物栽培活動”等跨學科實踐活動。人教版七年級上冊生物學教科書建議開展“玉米人工授粉”活動，讓學生在實踐中領悟傳粉和結果等重要生命過程。

初中生物學 STEM 項目教學將 STEM 教育融于生物學教學，運用數學、科學的知識解決真實情境中的實際問題，基于工程知識的運用、技術的使用達成任務目標，從而有效提高學生的生物學學科核心素養。

本研究于 2021 年獲批深圳市光明區軟科學研究項目“基于智慧農業和無人機的 STEAM 教育科技研究”，并創建了“智慧農業勞動和教學基地”。基地分為糧食、蔬菜、花卉、中草藥四個片區，其中多樣化的植物為相關學科教學提供了實踐場所。因此，本次教學基于 STEM 理念嘗試跨學科教學，指導生物學興趣小組完成“玉米的人工輔助授粉”項目式學習，以期使學生通過分析和解決農耕中的實際問題，提高綜合實踐素養。

1 項目選題

生物學學科核心素養是學生在生物學課程學習過程中逐漸發展起來的，在解決真實情境中的實際問題時所表現出來的價值觀、必備品格與關鍵能力。生物興趣小組從超市購買一些玉米，發現購買的玉米出現“缺粒”現象，學習小組提出問題：為什么玉米會出現“缺粒”現象？怎么解決玉米“缺粒”現象？小組學生通過“中國知網”搜索平臺查閱文獻，結果發現，有些玉米的果頂部花絲從苞葉中抽出時，已處于大田群體植的散粉末期，由于玉米粉源不足，容易造成禿頂現象。因此，為防止玉米出現“缺粒”現象，在玉米開花后期，可以通過人工輔助授粉減少禿頂缺粒。

2 規劃方案

跨學科實踐是以發展學生跨學科應用知識的能力，分析和解決問題的綜合能力，動手實踐的操作能力等綜合素養的實踐活動。本次教學聚焦學生綜合素養的培養，探索基于STEM理念的“玉米的人工輔助授粉”項目式學習，引導學習小組設計項目活動方案，并在教師的指導下，結合生物學知識修改和完善活動方案，得出跨學科實踐活動計劃，見表1和表2。

3 項目執行

3.1 探究玉米單性花的結構

（1）田間觀察玉米的單性花為人工輔助授粉，學習小組首先探究玉米的單性花結構。學生能夠通過觀察分辨雌花與雄花，并總結兩種花在著生位置、花序、苞葉露出葉稍時間上的區別。

（2）借助解剖顯微鏡，觀察和解剖玉米的單性花學生利用解剖顯微鏡觀察和解剖玉米的單性花，發現雄蕊有花絲和花藥。雌蕊由兩個心皮組成，包括子房、花柱和柱頭三部分。雌花花絲實心，略扁狀，其上有兩條陷溝，表面密布茸毛，分泌粘液，有粘著外來花粉的作用，所以花絲任何部位都能接受花粉。通過解剖活動，學生構建“花中最重要的結構是雄蕊和雌蕊”的概念，理解花的結構與功能相適應。

3.2 玉米的人工授粉

教師隨機選擇玉米地的4行玉米作為實驗材料，其中兩行的20株玉米作為實驗組，進行人工授粉；其余的兩行玉米作為對照組，自然授粉不做任何處理。教師組織學生開展玉米人工輔助傳粉，授粉時間一般選在玉米雄穗盛花期早上8點到10點，因為此時雄穗開花最多、花粉生活力最強。學生取紙袋套住玉米的雄蕊，輕輕搖動玉米莖稈收集花粉，接著將收集好的花粉，倒在雌蕊的柱頭上。為區分人工授粉和自然授粉的玉米植株，對完成實驗的玉米掛牌登記，掛牌上書寫時間、操作者等內容。學生以“做中學”的方式理解植物的傳粉和受精過程，在實踐中思考以下問題：① 在玉米人工授粉中，提供花粉的玉米作為父本還是母本？② 為同株和不同株的玉米授粉，都是自花授粉嗎？③ 玉米的雌花受精后，子房的各部分會發育成什么？

每隔一周，學習小組測量玉米棒的周長和長度、手摸玉米棒苞葉判斷玉米籽粒的飽滿程度，觀察一次授粉玉米的生長狀況，并對結果進行記錄（表3）。觀察發現，授粉后第一周花絲停止生長，開始變色。經過6周的時間，玉米棒的平均周長由12.3厘米生長為16厘米，玉米棒的平均長度由21厘米發育為40厘米，玉米籽粒日漸飽滿成熟。同時，學習小組在玉米授粉2周后觀察發現玉米生長緩慢，猜測可能原因為授粉不足，于是進行第二、三次授粉。此外，學習小組還發現了新問題：無法用肉眼觀察玉米“受精”和子房的發育情況。因此，信息技術教師指導學生利用AI技術直觀地呈現玉米“受精”和子房發育過程。學習小組第四周觀察玉米生長狀況，發現部分玉米種子生長緩慢，分析原因可能是玉米人工授粉較晚，部分玉米花粉的活性低，導致部分雌花“受精”不充分，影響了玉米種子的正常發育。

4 項目展示

玉米授粉后三十五天（5周）成熟，第六周學生采摘人工授粉的玉米棒，觀察玉米的結實情況。結果發現玉米仍有“缺粒”現象，但與同一片自然授粉的玉米相比，“缺粒”狀況不明顯，一個玉米棒的玉米平均重量0.16千克，較對照組重量增長6.67％，說明對玉米人工授粉確實可以彌補玉米自然授粉的不足（表4）。學生反思實驗結果不理想的原因及對策主要有以下三點：① 首次開展人工授粉活動的時間太晚，導致玉米花粉活性低，授粉過程不規范，因此要把握授粉時間、加強授粉技術；② 部分小花或籽粒由于蟲害被吃掉造成禿尖、缺粒，要加強授粉后玉米病蟲害的防治；③ 缺粒可能是由于在玉米快速生長和玉米灌漿時水肥需求增加而供應不足導致的，因此授粉后要加強水肥管理，適量補充鋅肥，可以減少“缺粒”等的發生。

學生總結活動成果、完成實踐成果總結報告，并制作海報將項目成果在校園內宣傳。為了與更多人分享項目成果，讓更多人了解玉米人工授粉，學生們將授粉活動的視頻進行剪輯，制作成科普視頻在“抖音”“B站”等平臺發布，達到了較好地宣傳效果。

5 教學反思

“玉米的人工授粉”雖然是教科書建議開展的活動，但能夠開展的學校卻不多，原因是大部分學校不具有種植玉米的場地。2022年教育部出臺《義務教育課程方案》和《義務教育勞動課程標準》，勞動教育正式成為中小學的必修課程，農耕勞動是勞動教育的重要內容，學校開始建設農耕勞動教育基地，基地的生物資源可以為生物學實驗提供材料，如“玉米人工授粉”、 “豌豆的雜交實驗”等實驗。

《義務教育課程方案》指出“為充分發揮實踐的獨特育人功能，要加強課程與生產勞動、社會實踐的結合。”《義務教育勞動課程標準》要求“提高學生創造性勞動能力、合作能力。”基于STEM理念的“玉米的人工授粉”項目讓學生參與創造性勞動，較好地落實了以上文件的精神，在提高學生勞動素養的同時提高生物探究素養。學生在參與玉米地田間管理的過程中，掌握了基本的農耕技能，培養了積極的勞動態度；養成了不怕困難、堅持勞動的勞動品質。學生在項目實施中遇到了很多的困難，如：如何判斷玉米雄花的成熟期，怎樣保障“玉米的雌穗”充分授粉等。學生們通過查閱資料尋找答案，教師請農業專家進行現場指導，解決困難，在該項目中學生切實在解決真實情境的實際問題中逐漸地培養了生物探究素養。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部. 義務教育生物學課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022．

［2］徐婷. 初中生物學“眼與視覺”STEM項目教學嘗試［J］．生物學通報，2021，56 （3）：31-35．

［3］中華人民共和國教育部. 普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］．北京：人民教育出版社，2020．

［4］中華人民共和國教育部.義務教育課程方案（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022．

［5］中華人民共和國教育部.義務教育勞動課程標準（2022年版）［S］．北京：北京師范大學出版社，2022．