生物学STEM课程和案例省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

中学生物学中学生物学STEM课程及案例课程及案例陕西师范大学生命科学学院李高峰.8.23此PPT已经放在公共邮箱密码：ligaofeng222请在今天、明天两天内下载第1页一、顶层设计中国学生发展关键素养作者：关键素养研究课题组期刊：中国教育学刊10期P13总体框架（一）（二）（三）第2页一、顶层设计义务教育生物学课程标准（）课程性质：重申了“科学课”课程性质意味着什么？强调包含生物学教师在内全部教师及学生，不要再把生物学当成“文科”来学习不要片面地认为，生物学就是一门背诵、记忆学科学习方法主动参加学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发觉规律等过程中生物学知识养成理性思维习惯，形成主动科学态度，发展终生学习能力第3页一、顶层设计普通高中生物学课程标准（）第4页二、STEM教育起源STEMS是Science（科学）首字母T是Technology（技术）首字母E是Engineering（工程）首字母M是Mathematics（数学）首字母第5页二、STEM教育起源STEM教育起源于美国20世纪50年代：提出“科学素养”概念国民科学素养是提升国家综合实力关键科学是万能1975年：提出“技术素养”概念科学教育主要目标科学素养技术素养第6页二、STEM教育起源STEM教育起源于美国科学回答“是什么”和“为何”问题揭示自然本质和内在规律目标在于认识自然技术回答“做什么”和“怎么做”问题满足社会生产和生活实际需要目标在于改造自然第7页二、STEM教育起源STEM教育起源于美国科学素养是指对在日常生活、社会事务以及个人决议中所需要科学概念和科学方法认识和了解,并在此基础上所形成稳定心理品质技术素养包含了解技术能力，使用技术能力，管理技术能力和参加技术活动第8页二、STEM教育起源STEM教育起源于美国1986年,美国国家科学委员会首次提出SMET教育SMET是STEM开端20世纪90年代美国国家科学基金会首次使用“STEM”后，STEM逐步取代SMET出现在总统讲话改革政策和项目法律第9页水果电池自然界中存在着许多活“发电机”，比如电鳐、电鳗，它们能够产生天然电流，用于防御天敌、捕捉猎物等，以更加好地在自然界中生存。案例案例电鳐第10页电鳐第11页水果电池案例案例细胞中水结合水：与细胞内其它物质相结合自由水：以游离形式存在，能够自由流动细胞中无机盐阳离子：Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe2+、Fe3+阴离子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-第12页水果电池原理水果中酸性液体相当于电解质溶液，因为铜和锌（镁）金属活性不一样，其中较活泼金属锌（镁）能置换出酸性液体中氢离子锌电极上锌单质脱去电子形成锌离子，进入酸性液体中；脱去电子经过导线流到铜电极，与酸性溶液中氢离子结合，形成氢气分子。导线中电流驱动发光二极管工作。案例案例第13页水果电池材料用具苹果、柠檬、西红柿等新鲜多汁水果，可乐、1.5V碱性干电池2节、1.5V螺口小电珠、大头针、铜片若干、锌片若干、导线若干、水杯、鳄鱼夹线、发光二极管、数字时钟案例案例第14页水果电池案例案例第15页水果电池案例案例第16页水果电池案例案例第17页三、陕师大开发课程第18页三、陕西师大开发课程第19页三、陕西师大开发课程第20页三、陕西师大开发课程第21页三、陕西师大开发课程第22页三、陕西师大开发课程第23页三、陕西师大开发课程第24页三、陕西师大开发课程第25页奇特眼睛瞳孔，是动物或人眼睛内虹膜中心小圆孔，为光线进入眼睛通道。虹膜上瞳孔括约肌收缩能够使瞳孔缩小，瞳孔开大肌收缩使瞳孔散大，瞳孔开大与缩小控制进入瞳孔光量26案案案案例例例例第26页奇特眼睛虹膜呈圆盘状，中央有瞳孔，位于角膜和晶状体之间颜色因含色素多少和分布而异（中国人：棕色）含两种平滑肌纤维瞳孔开大肌，收缩时瞳孔开大瞳孔括约肌，收编时使瞳孔缩小27案案案案例例例例第27页奇特眼睛28案案案案例例例例第28页奇特眼睛生理盲点黄斑鼻侧约3mm处有一直径为1.5mm淡红色区，为视盘，亦称视乳头，是视网膜上视觉纤维聚集向视觉中枢传递出眼球部位，无感光细胞，故视野上展现为固有暗区，称生理盲点。29案案案案例例例例第29页奇特眼睛 被被检检验验者者遮遮闭闭左左眼眼，用用右右眼眼注注视视图图中中“十十”符符号号，将将图图从从正正前前方方30cm30cm距距离离处处开开始始向向眼眼前前移移动动，当当缓缓缓缓移移到到眼眼前前18cm18cm左左右右时时，被被检检验验者者视视野野中中原原有有黑黑色色圆圆点点突突然然消消失了。若将图形继续前移，黑点又会出现。失了。若将图形继续前移，黑点又会出现。30案案案案例例例例第30页奇特眼睛一只眼睛距离感用两只眼睛能够轻松定位事物空间位置，而一只眼是不能很好判断空间距离。31案案案案例例例例第31页奇特眼睛跳眼法因为两瞳孔间隔和臂长比值约为一比十，结合相同性三角形原理，目标区域被测物尺寸与目标距站立点距离比值也约为一比十，所以经过估判目标区域被测物尺寸大小乘以10，就得出了站立点至目标距离32案案案案例例例例第32页跳眼法33案案案案例例例例第33页奇特眼睛墙上圆34案案案案例例例例第34页奇特眼睛体验视觉暂留现象35案案案案例例例例第35页四、STEM课程特征1.跨学科（1）STEM是分科数学、物理、化学、生物、地理学科科学、技术、工程和数学四门独立学科领域（2）STEM是整合STEM教育并不是科学、技术、工程和数学教育简单叠加，而是要将四门学科内容组合成有机整体第36页四、STEM课程特征1.跨学科元学科（meta-discipline）教育跨越学科界限利用科学、技术、工程、数学学科相互关联知识（多学科知识综合应用）将重心放在特定问题上（处理实际问题）第37页四、STEM课程特征2.趣味性问题有趣含有挑战性与学生生活相关激发学习者内在学习动机问题处理能让学生有成就感STEM教育内容游戏化第38页四、STEM课程特征3.体验性不但主张学习概念、原理，更强调动手做“做中学”（Learning by doing)听科学、看科学、做科学在参加、体验中习得知识方式有深刻影响第39页四、STEM课程特征4.情境性不教授孤立、抽象学科知识强调把知识还原于丰富生活结合生活中有趣、含有挑战问题学生辨识问题本质学生处理问题第40页仿制公道杯虹吸式口器鳞翅目成虫所特有包含蛾、蝶两类昆虫成虫多以花蜜等作为补充营养如：桃小食心虫、苹果小卷叶蛾、棉铃虫、菜粉蝶、小菜蛾、印度谷螟显著特点是含有一条能弯曲和伸展喙，适于吸食花管底部花蜜案案案案例例例例第41页仿制公道杯公道杯是一件现有科学技术原理，也富含人生哲理盛酒器具。相传，此杯是唐王朝传家宝，喻意为：凡事要适度，不可过贪，不然将一无所得。案案案案例例例例第42页仿制公道杯原理虹吸原理：简称虹吸，是利用液面高度差作用力现象；将液体充满一根倒U形管状结构内后，将开口一端置于装满液体容器中，容器内液体会连续经过虹吸管从开口于更低位置流出案案案案例例例例第43页仿制公道杯原理实际上，虹吸作用并不完全是由大气压力所产生，在真空里也能产生虹吸现象。使液体向上升力是液体间分子内聚力。在发生虹吸现象时，因为管内往外流液体，比流入管内液体多，两边重力不平衡，所以液体就会继续沿一个方向流动。在正常大气压下，虹吸管作用比在真空时好，因为两边管口上所受到大气压提升了整个虹吸管内部压力案案案案例例例例第44页仿制公道杯案案案案例例例例第45页四、STEM课程特征5.协作性强调群体协同相互帮助、相互启发真实问题、真实任务学习环境四大要素情境协作会话意义建构第46页四、STEM课程特征6.设计性设计作品模型物理模型数学模型概念模型技术和工程第47页四、STEM课程特征7.艺术性STEAM教育A：Art艺术狭义：美术、音乐广义：人文教育、社会教育强调在科学教育中增加人文科学和社会科学教育第48页四、STEM课程特征7.艺术性人文科学：以人类精神世界及其沉淀精神文化为对象科学文学、历史学、哲学及其衍生出来美学、宗教学、伦理学、文化学、艺术学、语言学社会科学：以人类社会为研究对象科学经济学、社会学、政治学、法学、军事学、教育学、民族学、宗教学第49页四、STEM课程特征8.实证性科学区分于其它学科主要方面科学探究提出问题作出假设制订计划实施计划得出结论表示交流第50页DNA双螺旋结构模型DNA平面模型51案案案案例例例例第51页DNA双螺旋结构模型DNA平面模型52案案案案例例例例第52页DNA双螺旋结构模型DNA平面模型53案案案案例例例例第53页DNA双螺旋结构模型DNA立体模型54案案案案例例例例第54页DNA双螺旋结构模型1.多核苷酸链两个螺旋围绕着一个共同轴旋转；2.右手螺旋；3.多核苷酸链经过磷酸和戊糖3，5碳相连而成；4.嘌呤碱和嘧啶碱在双螺旋内部，而磷酸和核糖则在外部；55案案案案例例例例第55页DNA双螺旋结构模型5.螺旋直径约为2nm，相邻碱基之间相距0.34nm并沿轴旋转36度；每个螺旋每隔10个碱基之后，即相距3.4nm之后，又转回原位置6.两条链是由碱基对之间氢键连在一起：AT，GC；7.多核苷酸中碱基序列不受任何限制。56案案案案例例例例第56页DNA双螺旋结构模型用编绳法制作DNA模型用三根鞋带编结57案案案案例例例例第57页DNA双螺旋结构模型用其它材料编结（编中国结线）哪个正确？（哪一个是右手螺旋）58案案案案例例例例第58页五、STEM教育目标1.代替部分“纯”科学教育纯科学：物理、化学、生物、地理学科之间割裂科学、技术相互割裂元学科（meta-discipline）教育第59页五、STEM教育目标2.加深对科学理论了解美国国家科学教育标准惰性知识：是一个支离破碎知识活性知识：是一个含有良好结构知识活性知识重视学生对知识了解、推理和应用第60页五、STEM教育目标3.增强人文素养，形成健康价值观STEM教育是延伸和扩展STEAMScience（科学）Technology（技术）Engineering（工程）Art（艺术）Mathematics（数学）首字母ArtsHumanities人文学科，文科（美术、艺术）第61页五、STEM教育目标3.增强人文素养，形成健康价值观反应了社会或个体对于文化精神追求与社会文明情况亲密关联人文底蕴（1）人文积淀：含有古今中外人文领域基本知识和结果积累（2）人文情怀：关切人生存、发展和幸福（3）审美情趣：发觉、感知、观赏、评价美意识和基本能力第62页63n倒流壶n这种壶不光能让水“倒流”n尘土异物不易落入，愈加卫生n更无须担心壶盖会掉落摔碎n最主要是增加了使用者乐趣第63页64n n倒流壶结构原理第64页五、STEM教育目标4.培养理性思维，提升科学实践能力第65页五、STEM教育目标4.培养理性思维，提升科学实践能力理性思维理性思维崇尚真知，能了解和掌握基本科学原理和方法尊重事实和证据，有实证意识和严谨求知态度逻辑清楚，能利用科学思维方式认识事物、处理问题、指导行为等第66页五、STEM教育目标5.养成主动学习意识，促进个体意义感学习在本质上即为一个经过探究外部世界、构筑主体意识实践活动充分表达出学习实践属性，更能够激发学生学习主体性学生把学习状态从被动地学习识记、了解知识转为主动实践第67页五、STEM教育目标5.养成主动学习意识，促进个体意义感学会学习含有主动学习态度和浓厚学习兴趣能养成良好学习习惯，掌握适合本身学习方法能自主学习，含有终生学习意识和能力第68页纸趣味试验案例案例第69页纸趣味试验纸与生物学“嵴”模拟一把剪刀，一张A4纸，你能剪出都多大纸环？案例案例第70页纸趣味试验案例案例而经过下面方法，你能够剪出更大圆环第71页纸趣味试验纸与生物学“爬行高手”秘密壁虎能够说是动物界爬行能力最强动物，强到甚至能够在光滑玻璃上爬行。为何壁虎在光滑玻璃上都能“健步如飞”呢？壁虎能在光滑玻璃上自由行走，主要是靠它前肢和后肢指、趾。它们前后肢每一个指、趾端都有一褶一褶瓣，瓣与瓣间形成一条条沟称之为吸盘。它们就靠这些吸盘来增加指趾与玻璃面之间摩擦。所以它能在光滑玻璃上行走而不会掉下来。案例案例第72页纸趣味试验纸与生物学“爬行高手”秘密壁虎能够说是动物界爬行能力最强动物，强到甚至能够在光滑玻璃上爬行。为何壁虎在光滑玻璃上都能“健步如飞”呢？案例案例第73页纸趣味试验莫比乌斯环公元1858年，德国数学家莫比乌斯（Mobius，17901868）和约翰李斯丁发觉莫比乌斯环只有一个面（即单侧曲面），一只小虫能够爬遍整个曲面而无须跨过它边缘（也就是说，它曲面只有一个）案例案例第74页五、STEM教育目标6.形成责任意识和团体精神意识到自己分工和责任，以及自己在学习共同体中所分配角色主动作为，履职尽责，对自我和他人负责勇于负担责任，激发团体精神第75页五、STEM教育目标6.形成责任意识和团体精神责任担当敬业贡献，含有团体意识和互助精神能主动作为，履职尽责，对自我和他人负责能明辨是非，含有规则与法治意识热爱并尊重自然，含有绿色生活方式和可连续发展理念及行动第76页五、STEM教育目标7.塑造创新意识和应对社会挑战处理问题善于发觉和提出问题，有处理问题兴趣和热情能依据特定情境和详细条件，选择制订合理处理方案含有在复杂环境中行动能力第77页五、STEM教育目标7.塑造创新意识和应对社会挑战利用技术了解技术与人类文明有机联络含有学习掌握技术兴趣和意愿含有工程思维，能将创意和方案转化为有形物品或对已经有物品进行改进与优化第78页79n n良心壶第79页80n凤鸣壶n“凤鸣壶”是以凤为型体，牡丹饰身陶瓷酒具，当壶中盛酒倒出时发声似凤鸣，故得此名。第80页八、案例1：纸折DNA模型用折纸法制作DNA模型案案案案例例例例第81页82案案案案例例例例第82页八、案例2：眼见为实吗？视觉错觉错觉是指人们对外界事物不正确感觉或知觉最常见是视觉方面错觉产生错觉原因有很多物体本身特点影响观察者生理心理上原因光性质第83页八、案例2：眼见为实吗？“变色”方格因为方格所在背景色不一样，观察者会将同一个灰色看成是深灰色和浅灰色两种第84页八、案例2：眼见为实吗？判断大小因为内圆周围分别围绕是更大圆、更小圆，观察者会误认为是大小不一圆第85页八、案例2：眼见为实吗？判断大小第86页八、案例2：眼见为实吗？判断大小两个长方形大小比较和三个人身高比较试验中，因为它们所处背景是一个逐步收缩视野，所以人们会依据经验判断远处物体大于近处物体第87页八、案例2：眼见为实吗？“弯曲”平行线人们感觉原本平行直线是弯曲，是因为与平行线相交线是呈辐射状，从而影响了人们对平行线直觉判断第88页八、案例2：眼见为实吗？“弯曲”平行线第89页八、案例2：眼见为实吗？数数几根柱子第90页八、案例2：眼见为实吗？数数几根柱子图片是由画家画出来，在现实世界里这么东西其实是不存在。图片上部画是两根方形柱子，图片底部画是三根圆形柱子，图中三根圆柱和两根方柱都是不完整第91页八、案例2：眼见为实吗？你看到了什么？这六只黑色酒杯周围白色区域是六张不一样表情人脸，当你关注对象不一样时，你会看到不一样结果第92页八、案例2：眼见为实吗？你看到了什么？第93页八、案例2：眼见为实吗？不存在点第94页八、案例2：眼见为实吗？你看到了什么颜色？蓝色和黑色相间？白色和金色相间？蓝色和棕色相间？第95页八、案例2：眼见为实吗？该连衣裙原色为蓝黑视锥细胞密集分布在视网膜中间，有较强色彩感知能力，能够自动排除干扰光，使人观察到真实颜色。而视杆细胞分布在视网膜周围部，对暗光比较敏感，不过分辨能力差，没有色觉。假如在相同环境下，两个人看到同一事物颜色不一样，可能是因为两人视锥细胞和视杆细胞兴奋程度优势存在差异假如视网膜中对色彩敏感视锥细胞占优势，那看到应该是蓝黑色；假如是视杆细胞占优势，那么应该看到是色彩单一白金色第96页谢谢！谢谢！敬请批评指正！敬请批评指正！李高峰李高峰陕西师范大学生命科学学院邮编：陕西师范大学生命科学学院邮编：710119E-mail:97第97页