生物學(xué)STEM課程及案例170823

STEM課程及案例

bsdlgf@163.com2017.8.23此PPT已經(jīng)放在公共郵箱ligaofengppt@163.com密碼：ligaofeng222請在今天、明天兩天內(nèi)下載2021/5/91一、頂層設(shè)計《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》作者：核心素養(yǎng)研究課題組期刊：《中國教育學(xué)刊》2016年10期P1－3總體框架（一）（二）（三）2021/5/92一、頂層設(shè)計《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》課程性質(zhì)：重申了“科學(xué)課”的課程性質(zhì)意味著什么？強(qiáng)調(diào)包括生物學(xué)教師在內(nèi)的所有教師及學(xué)生，不要再把生物學(xué)當(dāng)成“文科”來學(xué)習(xí)不要片面地認(rèn)為，生物學(xué)就是一門背誦、記憶的學(xué)科學(xué)習(xí)方法主動參與學(xué)習(xí)過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中生物學(xué)知識養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力2021/5/93一、頂層設(shè)計《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》2021/5/94二、STEM教育的起源STEMS是Science（科學(xué)）的首字母T是Technology（技術(shù)）的首字母E是Engineering（工程）的首字母M是Mathematics（數(shù)學(xué)）的首字母2021/5/95二、STEM教育的起源STEM教育起源于美國20世紀(jì)50年代：提出“科學(xué)素養(yǎng)”概念國民的科學(xué)素養(yǎng)是提升國家綜合實力的關(guān)鍵科學(xué)是萬能的1975年：提出“技術(shù)素養(yǎng)”概念科學(xué)教育的主要目標(biāo)科學(xué)素養(yǎng)技術(shù)素養(yǎng)2021/5/96二、STEM教育的起源STEM教育起源于美國科學(xué)回答“是什么”和“為什么”的問題揭示自然的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律目的在于認(rèn)識自然技術(shù)回答“做什么”和“怎么做”的問題滿足社會生產(chǎn)和生活的實際需要目的在于改造自然2021/5/97二、STEM教育的起源STEM教育起源于美國科學(xué)素養(yǎng)是指對在日常生活、社會事務(wù)以及個人決策中所需要的科學(xué)概念和科學(xué)方法的認(rèn)識和理解,并在此基礎(chǔ)上所形成的穩(wěn)定的心理品質(zhì)技術(shù)素養(yǎng)包括理解技術(shù)的能力，使用技術(shù)的能力，管理技術(shù)的能力和參與技術(shù)活動2021/5/98二、STEM教育的起源STEM教育起源于美國1986年,美國國家科學(xué)委員會首次提出SMET教育SMET是STEM的開端20世紀(jì)90年代美國國家科學(xué)基金會首次使用“STEM”2001年后，STEM逐漸取代SMET出現(xiàn)在總統(tǒng)發(fā)言改革政策和項目法律2021/5/99水果電池自然界中存在著許多活的“發(fā)電機(jī)”，例如電鰩、電鰻，它們能夠產(chǎn)生天然的電流，用于防御天敵、捕獲獵物等，以更好地在自然界中生存。案例水果電池電鰩2021/5/910電鰩2021/5/911水果電池案例生物學(xué)知識細(xì)胞中的水結(jié)合水：與細(xì)胞內(nèi)的其他物質(zhì)相結(jié)合自由水：以游離的形式存在，可以自由流動細(xì)胞中的無機(jī)鹽陽離子：Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe2+、Fe3+陰離子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-2021/5/912水果電池原理水果中的酸性液體相當(dāng)于電解質(zhì)溶液，由于銅和鋅（鎂）的金屬活性不同，其中較活潑的金屬鋅（鎂）能置換出酸性液體中的氫離子——鋅電極上的鋅單質(zhì)脫去電子形成鋅離子，進(jìn)入酸性液體中；脫去的電子通過導(dǎo)線流到銅電極，與酸性溶液中的氫離子結(jié)合，形成氫氣分子。導(dǎo)線中的電流驅(qū)動發(fā)光二極管工作。案例水果電池2021/5/913水果電池材料用具蘋果、檸檬、西紅柿等新鮮多汁的水果，可樂、1.5V堿性干電池2節(jié)、1.5V螺口小電珠、大頭針、銅片若干、鋅片若干、導(dǎo)線若干、水杯、鱷魚夾線、發(fā)光二極管、數(shù)字時鐘案例水果電池2021/5/914水果電池案例水果電池2021/5/915水果電池案例串聯(lián)電池2021/5/916水果電池案例可樂電池2021/5/917三、陜師大開發(fā)的課程2021/5/918三、陜西師大開發(fā)的課程2021/5/919三、陜西師大開發(fā)的課程2021/5/920三、陜西師大開發(fā)的課程2021/5/921三、陜西師大開發(fā)的課程2021/5/922三、陜西師大開發(fā)的課程2021/5/923三、陜西師大開發(fā)的課程2021/5/924三、陜西師大開發(fā)的課程2021/5/925奇特的眼睛瞳孔，是動物或人眼睛內(nèi)虹膜中心的小圓孔，為光線進(jìn)入眼睛的通道。虹膜上瞳孔括約肌的收縮可以使瞳孔縮小，瞳孔開大肌的收縮使瞳孔散大，瞳孔的開大與縮小控制進(jìn)入瞳孔的光量案例2021/5/926奇特的眼睛虹膜呈圓盤狀，中央有瞳孔，位于角膜和晶狀體之間顏色因含色素的多少和分布而異（中國人：棕色）含兩種平滑肌纖維瞳孔開大肌，收縮時瞳孔開大瞳孔括約肌，收編時使瞳孔縮小案例2021/5/927奇特的眼睛案例2021/5/928奇特的眼睛生理盲點黃斑鼻側(cè)約3mm處有一直徑為1.5mm的淡紅色區(qū)，為視盤，亦稱視乳頭，是視網(wǎng)膜上視覺纖維匯集向視覺中樞傳遞的出眼球部位，無感光細(xì)胞，故視野上呈現(xiàn)為固有的暗區(qū)，稱生理盲點。案例2021/5/929奇特的眼睛被檢查者遮閉左眼，用右眼注視圖中的“十”符號，將圖從正前方30cm距離處開始向眼前移動，當(dāng)緩緩移到眼前18cm左右時，被檢查者視野中原有的黑色圓點忽然消失了。若將圖形繼續(xù)前移，黑點又會出現(xiàn)。案例2021/5/930奇特的眼睛一只眼睛的距離感用兩只眼睛可以輕松定位事物的空間位置，而一只眼是不能很好的判斷空間距離。案例2021/5/931奇特的眼睛跳眼法因為兩瞳孔的間隔和臂長的比值約為一比十，結(jié)合相似性三角形原理，目標(biāo)區(qū)域被測物的尺寸與目標(biāo)距站立點的距離比值也約為一比十，所以通過估判目標(biāo)區(qū)域被測物的尺寸大小乘以10，就得出了站立點至目標(biāo)的距離案例2021/5/932跳眼法案例2021/5/933奇特的眼睛墻上的圓案例2021/5/934奇特的眼睛體驗視覺暫留現(xiàn)象案例2021/5/935四、STEM課程的特征跨學(xué)科（1）STEM是分科的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、地理學(xué)科科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門獨立的學(xué)科領(lǐng)域（2）STEM是整合的STEM教育并不是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育的簡單疊加，而是要將四門學(xué)科內(nèi)容組合成有機(jī)整體2021/5/936四、STEM課程的特征跨學(xué)科元學(xué)科（meta-discipline）教育跨越學(xué)科界限利用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識（多學(xué)科知識綜合應(yīng)用）將重心放在特定問題上（解決實際問題）2021/5/937四、STEM課程的特征趣味性問題有趣具有挑戰(zhàn)性與學(xué)生生活相關(guān)激發(fā)學(xué)習(xí)者內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機(jī)問題的解決能讓學(xué)生有成就感STEM教育內(nèi)容游戲化2021/5/938四、STEM課程的特征體驗性不僅主張學(xué)習(xí)概念、原理，更強(qiáng)調(diào)動手做“做中學(xué)”（Learningbydoing)聽科學(xué)、看科學(xué)、做科學(xué)在參與、體驗中習(xí)得知識的方式有深刻影響2021/5/939四、STEM課程的特征情境性不教授孤立、抽象的學(xué)科知識強(qiáng)調(diào)把知識還原于豐富的生活結(jié)合生活中有趣、具有挑戰(zhàn)的問題學(xué)生辨識問題本質(zhì)學(xué)生解決問題2021/5/940仿制公道杯虹吸式口器鱗翅目成蟲所特有包括蛾、蝶兩類昆蟲成蟲多以花蜜等作為補充營養(yǎng)如：桃小食心蟲、蘋果小卷葉蛾、棉鈴蟲、菜粉蝶、小菜蛾、印度谷螟顯著特點是具有一條能彎曲和伸展的喙，適于吸食花管底部的花蜜案例2021/5/941仿制公道杯公道杯是一件既有科學(xué)技術(shù)原理，也富含人生哲理的盛酒器具。相傳，此杯是唐王朝的傳家寶，喻意為：凡事要適度，不可過貪，否則將一無所得。案例2021/5/942仿制公道杯原理虹吸原理：簡稱虹吸，是利用液面高度差的作用力現(xiàn)象；將液體充滿一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)后，將開口的一端置于裝滿液體的容器中，容器內(nèi)的液體會持續(xù)通過虹吸管從開口于更低的位置流出案例2021/5/943仿制公道杯原理事實上，虹吸作用并不完全是由大氣壓力所產(chǎn)生的，在真空里也能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。使液體向上升的力是液體間分子的內(nèi)聚力。在發(fā)生虹吸現(xiàn)象時，由于管內(nèi)往外流的液體，比流入管內(nèi)的液體多，兩邊的重力不平衡，所以液體就會繼續(xù)沿一個方向流動。在正常的大氣壓下，虹吸管的作用比在真空時好，因為兩邊管口上所受到的大氣壓提高了整個虹吸管內(nèi)部的壓力案例2021/5/944仿制公道杯案例2021/5/945四、STEM課程的特征協(xié)作性強(qiáng)調(diào)群體協(xié)同相互幫助、相互啟發(fā)真實問題、真實任務(wù)學(xué)習(xí)環(huán)境的四大要素情境協(xié)作會話意義建構(gòu)2021/5/946四、STEM課程的特征設(shè)計性設(shè)計作品模型物理模型數(shù)學(xué)模型概念模型技術(shù)和工程2021/5/947四、STEM課程的特征藝術(shù)性STEAM教育A：Art藝術(shù)狹義：美術(shù)、音樂廣義：人文教育、社會教育強(qiáng)調(diào)在科學(xué)教育中增加人文科學(xué)和社會科學(xué)教育2021/5/948四、STEM課程的特征藝術(shù)性人文科學(xué)：以人類的精神世界及其沉淀的精神文化為對象的科學(xué)文學(xué)、歷史學(xué)、哲學(xué)及其衍生出來的美學(xué)、宗教學(xué)、倫理學(xué)、文化學(xué)、藝術(shù)學(xué)、語言學(xué)社會科學(xué)：以人類社會為研究對象的科學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會學(xué)、政治學(xué)、法學(xué)、軍事學(xué)、教育學(xué)、民族學(xué)、宗教學(xué)2021/5/949四、STEM課程的特征實證性科學(xué)區(qū)別于其他學(xué)科的重要方面科學(xué)探究提出問題作出假設(shè)制訂計劃實施計劃得出結(jié)論表達(dá)交流2021/5/950DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA平面模型案例2021/5/951DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA平面模型案例2021/5/952DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA平面模型案例2021/5/953DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA立體模型案例2021/5/954DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型多核苷酸鏈的兩個螺旋圍繞著一個共同的軸旋轉(zhuǎn)；右手螺旋；多核苷酸鏈通過磷酸和戊糖的3'，5'碳相連而成；嘌呤堿和嘧啶堿在雙螺旋內(nèi)部，而磷酸和核糖則在外部；案例2021/5/955DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型螺旋的直徑約為2nm，相鄰的堿基之間相距0.34nm并沿軸旋轉(zhuǎn)36度；每個螺旋每隔10個堿基之后，即相距3.4nm之后，又轉(zhuǎn)回原位置兩條鏈?zhǔn)怯蓧A基對之間的氫鍵連在一起的：A－T，G－C；多核苷酸中堿基的序列不受任何限制。案例2021/5/956DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型用編繩法制作DNA模型用三根鞋帶編結(jié)的案例2021/5/957DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型用其他材料編結(jié)的（編中國結(jié)的線）哪個正確？（哪一個是右手螺旋）案例2021/5/958五、STEM教育的目的代替部分“純”科學(xué)教育純科學(xué)：物理、化學(xué)、生物、地理學(xué)科之間的割裂科學(xué)、技術(shù)相互割裂元學(xué)科（meta-discipline）教育2021/5/959五、STEM教育的目的加深對科學(xué)理論的理解《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》惰性知識：是一種支離破碎的知識活性知識：是一種具有良好結(jié)構(gòu)的知識活性知識注重學(xué)生對知識的理解、推理和應(yīng)用2021/5/960五、STEM教育的目的增強(qiáng)人文素養(yǎng)，形成健康的價值觀STEM教育是延伸和擴(kuò)展的→STEAMScience（科學(xué)）Technology（技術(shù)）Engineering（工程）Art（藝術(shù)）Mathematics（數(shù)學(xué)）的首字母Arts＝Humanities人文學(xué)科，文科（美術(shù)、藝術(shù)）2021/5/961五、STEM教育的目的增強(qiáng)人文素養(yǎng)，形成健康的價值觀反映了社會或個體對于文化精神的追求與社會文明狀況密切關(guān)聯(lián)人文底蘊（1）人文積淀：具有古今中外人文領(lǐng)域基本知識和成果的積累（2）人文情懷：關(guān)切人的生存、發(fā)展和幸福（3）審美情趣：發(fā)現(xiàn)、感知、欣賞、評價美的意識和基本能力2021/5/962倒流壺這種壺不光能讓水“倒流”塵土異物不易落入，更加衛(wèi)生更不必?fù)?dān)心壺蓋會掉落摔碎最主要的是增加了使用者的樂趣案例2021/5/963倒流壺結(jié)構(gòu)原理案例2021/5/964五、STEM教育的目的培養(yǎng)理性思維，提升科學(xué)實踐能力2021/5/965五、STEM教育的目的培養(yǎng)理性思維，提升科學(xué)實踐能力理性思維崇尚真知，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度邏輯清晰，能運用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等2021/5/966五、STEM教育的目的養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)意識，促進(jìn)個體意義感學(xué)習(xí)在本質(zhì)上即為一種通過探究外部世界、構(gòu)筑主體意識的實踐活動充分體現(xiàn)出學(xué)習(xí)的實踐屬性，更能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性學(xué)生把學(xué)習(xí)的狀態(tài)從被動地學(xué)習(xí)識記、理解知識轉(zhuǎn)為主動實踐2021/5/967五、STEM教育的目的養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)意識，促進(jìn)個體意義感學(xué)會學(xué)習(xí)具有積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和濃厚的學(xué)習(xí)興趣能養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，掌握適合自身的學(xué)習(xí)方法能自主學(xué)習(xí)，具有終身學(xué)習(xí)的意識和能力2021/5/968紙的趣味實驗案例紙的趣味實驗：搭桌子2021/5/969紙的趣味實驗紙與生物學(xué)——“嵴”的模擬一把剪刀，一張A4紙，你能剪出都多大的紙環(huán)？案例2021/5/970紙的趣味實驗案例而通過下面的方法，你可以剪出更大的圓環(huán)2021/5/971紙的趣味實驗紙與生物學(xué)——“爬行高手”的秘密壁虎可以說是動物界爬行能力最強(qiáng)的動物，強(qiáng)到甚至可以在光滑的玻璃上爬行。為什么壁虎在光滑的玻璃上都能“健步如飛”呢？壁虎能在光滑的玻璃上自由行走，主要是靠它前肢和后肢的指、趾。它們的前后肢每一個指、趾端都有一褶一褶的瓣，瓣與瓣間形成一條條溝稱之為吸盤。它們就靠這些吸盤來增加指趾與玻璃面之間的摩擦。因此它能在光滑的玻璃上行走而不會掉下來。案例2021/5/972紙的趣味實驗紙與生物學(xué)——“爬行高手”的秘密壁虎可以說是動物界爬行能力最強(qiáng)的動物，強(qiáng)到甚至可以在光滑的玻璃上爬行。為什么壁虎在光滑的玻璃上都能“健步如飛”呢？案例2021/5/973紙的趣味實驗?zāi)葹跛弓h(huán)公元1858年，德國數(shù)學(xué)家莫比烏斯（Mobius，1790～1868）和約翰·李斯丁發(fā)現(xiàn)的莫比烏斯環(huán)只有一個面（即單側(cè)曲面），一只小蟲可以爬遍整個曲面而不必跨過它的邊緣（也就是說，它的曲面只有一個）案例2021/5/974五、STEM教育的目的形成責(zé)任意識和團(tuán)隊精神意識到自己的分工和責(zé)任，以及自己在學(xué)習(xí)共同體中所分配的角色主動作為，履職盡責(zé)，對自我和他人負(fù)責(zé)勇于承擔(dān)責(zé)任，激發(fā)團(tuán)隊精神2021/5/975五、STEM教育的目的形成責(zé)任意識和團(tuán)隊精神責(zé)任擔(dān)當(dāng)敬業(yè)奉獻(xiàn)，具有團(tuán)隊意識和互助精神能主動作為，履職盡責(zé)，對自我和他人負(fù)責(zé)能明辨是非，具有規(guī)則與法治意識熱愛并尊重自然，具有綠色生活方式和可持續(xù)發(fā)展理念及行動2021/5/976五、STEM教育的目的塑造創(chuàng)新意識和應(yīng)對社會挑戰(zhàn)解決問題善于發(fā)現(xiàn)和提出問題，有解決問題的興趣和熱情能依據(jù)特定情境和具體條件，選擇制訂合理的解決方案具有在復(fù)雜環(huán)境中行動的能力2021/5/977五、STEM教育的目的塑造創(chuàng)新意識和應(yīng)對社會挑戰(zhàn)運用技術(shù)理解技術(shù)與人類文明的有機(jī)聯(lián)系具有學(xué)習(xí)掌握技術(shù)的興趣和意愿具有工程思維，能將創(chuàng)意和方案轉(zhuǎn)化為有形物品或?qū)σ延形锲愤M(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化2021/5/978良心壺案例2021/5/979鳳鳴壺“鳳鳴壺”是以鳳為型體，牡丹飾身的陶瓷酒具，當(dāng)壺中盛酒倒出時發(fā)聲似鳳鳴，故得此名。

案例2021/5/980八、案例1：紙折DNA模型用折紙法制作DNA模型案例2021/5/981案例2021/5/982八、案例2：眼見為實嗎？視覺錯覺錯覺是指人們對外界事物的不正確的感覺或知覺最常見的是視覺方面的錯覺產(chǎn)生錯覺的原因有很多物體本身特點的影響觀察者生理心理上的因素光的性質(zhì)2021/5/983八、案例2：眼見為實嗎？“變色”的方格由于方格所在的背景色不同，觀察者會將同一種灰色看成是深灰色和淺灰色兩種2021/5/984八、案例2：眼見為實嗎？判斷大小由于內(nèi)圓周圍分別圍繞的是更大的圓、更小的圓，觀察者會誤以為是大小不一的圓2021/5/985八、案例2：眼見為實嗎？判斷大小2021/5/986八、案例2：眼見為實嗎？判斷大小兩個長方形大小比較和三個人身高的比較實驗中，由于它們所處的背景是一個逐漸收縮的視野，所以人們會