STEM理念下的初中生物学主题式教学——以“绿色植物参与生物圈的水循环”为例

杨守菊梁海燕

（1.山东省东营市教育科学研究院山东东营257091）

（2.山东省东营市育才学校山东东营257091）

对遗忘的研究表明：骨架支柱的内容不容易遗忘，细微枝节容易遗忘。这就启发教师，教学要善于从宏观处着眼，使学生从整体上把握所学内容的框架和结构。主题式教学是基于整体论进行教学设计，注重教学内容和思维的完整性，关注的是一个相对完整的“话题”，避免教学过度碎片化，促进持久性理解。这与当下引起人们普遍关注的STEM理念不谋而合。STEM是科学、技术、工程、数学四门学科英文首字母缩写的合称，其主要特征是整合性，即能将它们整合到学生在真实世界获得的学习经验中，通过多元融合的方式，促进学生掌握知识与技能，在解决实际问题的过程中培养学生的科学素养、创新思维和实践能力。

笔者以“绿色植物参与生物圈的水循环”为例，先后经历了知识点零散教学、内容适度整合教学、STEM理念教学3个阶段的探索，实践证明STEM理念下的初中生物学主题式教学，是提升学生生物学学科核心素养，提高生物教学有效性的有效途径。

“绿色植物的蒸腾作用”一节是济南版初中《生物学》七年级上册第二单元内容。从教材安排来看，本节重点是蒸腾作用的过程，难点是通过蒸腾作用的意义，进一步说明植物的生活需要水。由于学生在小学科学课中已经学过“蒸腾作用”的概念，因此本节教材直接给出概念。为了使学生理解蒸腾作用主要通过叶片进行，教材安排了实验“观察叶片的结构”，使学生发现和认识叶片中气孔的组成及作用。最后，教材以一株玉米为例，总结蒸腾作用的意义。

笔者的大致教学过程如下：教师首先从学生的生活感受出发，提出烈日下的炙热、皮肤被灼伤的痛苦、进入森林中倍感凉爽，激发学生思考：大树为人们撑起了遮阳的绿伞，大树为什么不会被阳光灼伤呢？并根据学生回答，引出课题——绿色植物的蒸腾作用。接着，教师追问：如何观察植物的蒸腾现象呢？各小组展示课前准备的蒸腾作用实验：在一株生长健壮的绿色植物上选取3根相似的枝条。一根枝条不做处理，一根去掉部分叶片，一根去掉全部叶片，再用无色塑料袋包住枝条，阳光下照射1～2h。学生观察塑料袋内壁出现的现象，感知植物蒸腾现象，并尝试对实验现象做出科学解释。由此，学生可以轻松概括出蒸腾作用是水分以气体状态从植物体内散失到体外的过程。教师继续追问：蒸腾作用主要是通过叶片进行的。那么，水通过叶片上的什么结构离开植物体的呢？学生完成“观察叶片的结构”实验，并进一步观察叶片表皮的气孔，认识气孔是植物蒸腾失水的“门户”，也是气体交换的“窗口”。最后，教师展示一株玉米从出苗到结实的需水量，其中只有1%～5%的水参与组成植物体和用于维持生理过程。教师再次追问：其余绝大部分水都通过蒸腾作用散失掉了，是不是一种浪费呢？这样从而引导学生总结出蒸腾作用的意义，即促进植物体从土壤中吸收水分，促进水分和无机盐从根部输送到茎、叶等器官，使植物体有效地散热。

通过本节课的学习，学生对蒸腾作用的概念、蒸腾作用的门户、蒸腾作用的意义等知识了然于心。然而，蒸腾作用散失的水分从哪里来？水分如何进入植物体内？水分在植物体内如何运输？水分怎样到达叶肉细胞？这些有关水分散失的重要前提性知识，学生也许不能自己关联起来，不会整体认知，不利于系统把握。另外，难道仅仅完成教材内容就落实了本节课的目标了吗？教材内容和课程目标之间的关系是什么？课堂教学要给予学生零散的小概念，还是整体的大观念？思考之后，笔者发现，本节课若从生物圈水循环的视角，将植物根对水分的吸收、水分在植物体内的运输、水分的散失等统整起来，进行整合设计，更利于学生从整体上理解植物在水循环中的意义。

主题式教学具有整合性，可将学科内纷繁复杂的片段化的零散知识组织起来，形成知识结构化。STEM理念强调为学生提供逼近真实且富有现实意义的问题情境，并以真实问题解决为任务驱动来获得知识，培养学生的创新思维和问题解决能力。在本课例教学中，教师先采用了内容适度整合的主题式教学，后又融入STEM理念，使学习成为整体的、真实的意义构建。

主题式教学以学生知识背景为基础，着眼于学生已有认知结构，用系统论的方法对教材中“具有某种内在关联性”的内容进行分析、重组、整合，从而形成相对完整的教学主题。教师要将教学诸要素有序规划，使学习者获得综合系统的知识和能力，以优化教学效果。

2.1.1知识的整合

首先，教师以“绿色植物参与生物圈的水循环”为主题，将根对水分的吸收、水分在植物体内的运输、水分的散失等统整起来，使学生从整体上把握和理解知识。教师播放塞罕坝林场的视频，创设适切情境：植树造林为什么能够改变生态环境？绿色植物如何增加降水？水分如何参加生物圈的水循环？并结合水循环图示，引导学生理解绿色植物在水循环