生物学STEM课程及案例课件

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2017.8.23此PPT已经放在公共邮箱密码：ligaofeng222请在今天、明天两天内下载中学生物学STEM课程及案例陕西师范大学生命科学学院李高1一、顶层设计中国学生发展核心素养作者：核心素养研究课题组期刊：中国教育学刊2016年10期P13总体框架（一）（二）（三）一、顶层设计中国学生发展核心素养总体框架（一）（二）（三2一、顶层设计义务教育生物学课程标准（2011年版）课程性质：重申了重申了“科学课科学课”的课程性质的课程性质意味着什么？n强调包括生物学教师在内的所有教师及学生，不要再把生物学当成“文科”来学习n不要片面地认为，生物学就是一门背诵、记忆的学科n学习方法n主动参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中生物学知识n养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习的能力一、顶层设计义务教育生物学课程标准（2011年版）3一、顶层设计普通高中生物学课程标准（2017年版）一、顶层设计普通高中生物学课程标准（2017年版）4二、STEM教育的起源STEMS是Science（科学）的首字母T是Technology（技术）的首字母E是Engineering（工程）的首字母M是Mathematics（数学）的首字母二、STEM教育的起源STEM5二、STEM教育的起源STEM教育起源于美国20世纪50年代：提出“科学素养”概念国民的科学素养是提升国家综合实力的关键科学是万能的1975年：提出“技术素养”概念科学教育的主要目标科学素养技术素养二、STEM教育的起源STEM教育起源于美国6二、STEM教育的起源STEM教育起源于美国科学回答“是什么”和“为什么”的问题揭示自然的本质和内在规律目的在于认识自然技术回答“做什么”和“怎么做”的问题满足社会生产和生活的实际需要目的在于改造自然二、STEM教育的起源STEM教育起源于美国7二、STEM教育的起源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策中所需要的科学概念和科学方法的认识和理解,并在此基础上所形成的稳定的心理品质技术素养包括理解技术的能力，使用技术的能力，管理技术的能力和参与技术活动二、STEM教育的起源STEM教育起源于美国8二、STEM教育的起源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的开端20世纪90年代美国国家科学基金会首次使用“STEM”2001年后，STEM逐渐取代SMET出现在总统发言改革政策和项目法律二、STEM教育的起源STEM教育起源于美国9水果电池自然界中存在着许多活的“发电机”，例如电鳐、电鳗，它们能够产生天然的电流，用于防御天敌、捕获猎物等，以更好地在自然界中生存。案例案例水果电池电鳐水果电池案例水果电池电鳐10电鳐电鳐11水果电池案例案例生物学知识细胞中的水结合水：与细胞内的其他物质相结合自由水：以游离的形式存在，可以自由流动细胞中的无机盐阳离子：Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe2+、Fe3+阴离子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-水果电池案例生物学知识细胞中的水12水果电池原理水果中的酸性液体相当于电解质溶液，由于铜和锌（镁）的金属活性不同，其中较活泼的金属锌（镁）能置换出酸性液体中的氢离子锌电极上的锌单质脱去电子形成锌离子，进入酸性液体中；脱去的电子通过导线流到铜电极，与酸性溶液中的氢离子结合，形成氢气分子。导线中的电流驱动发光二极管工作。案例案例水果电池水果电池案例水果电池13水果电池材料用具苹果、柠檬、西红柿等新鲜多汁的水果，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、数字时钟案例案例水果电池水果电池案例水果电池14水果电池案例案例水果电池水果电池案例水果电池15水果电池案例案例串联电池水果电池案例串联电池16水果电池案例案例可乐电池水果电池案例可乐电池17三、陕师大开发的课程三、陕师大开发的课程18三、陕西师大开发的课程三、陕西师大开发的课程19三、陕西师大开发的课程三、陕西师大开发的课程20三、陕西师大开发的课程三、陕西师大开发的课程21三、陕西师大开发的课程三、陕西师大开发的课程22三、陕西师大开发的课程三、陕西师大开发的课程23三、陕西师大开发的课程三、陕西师大开发的课程24三、陕西师大开发的课程三、陕西师大开发的课程25奇特的眼睛瞳孔，是动物或人眼睛内虹膜中心的小圆孔，为光线进入眼睛的通道。虹膜上瞳孔括约肌的收缩可以使瞳孔缩小，瞳孔开大肌的收缩使瞳孔散大，瞳孔的开大与缩小控制进入瞳孔的光量案案例例26奇特的眼睛瞳孔，是动物或人眼睛内虹膜中心的小圆孔，为光线进入奇特的眼睛虹膜呈圆盘状，中央有瞳孔，位于角膜和晶状体之间颜色因含色素的多少和分布而异（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，收编时使瞳孔缩小案案例例27奇特的眼睛虹膜案27奇特的眼睛案案例例28奇特的眼睛案28奇特的眼睛生理盲点黄斑鼻侧约3mm处有一直径为1.5mm的淡红色区，为视盘，亦称视乳头，是视网膜上视觉纤维汇集向视觉中枢传递的出眼球部位，无感光细胞，故视野上呈现为固有的暗区，称生理盲点。案案例例29奇特的眼睛生理盲点案29奇特的眼睛 被被检检查查者者遮遮闭闭左左眼眼，用用右右眼眼注注视视图图中中的的“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，被被检检查查者者视视野野中中原原有有的的黑黑色色圆圆点点忽忽然消失了。若将图形继续前移，黑点又会出现。然消失了。若将图形继续前移，黑点又会出现。案案例例30奇特的眼睛被检查者遮闭左眼，用右眼注视图中的“十”符号，将图奇特的眼睛一只眼睛的距离感用两只眼睛可以轻松定位事物的空间位置，而一只眼是不能很好的判断空间距离。案案例例31奇特的眼睛一只眼睛的距离感案31奇特的眼睛跳眼法因为两瞳孔的间隔和臂长的比值约为一比十，结合相似性三角形原理，目标区域被测物的尺寸与目标距站立点的距离比值也约为一比十，所以通过估判目标区域被测物的尺寸大小乘以10，就得出了站立点至目标的距离案案例例32奇特的眼睛跳眼法案32跳眼法案案例例33跳眼法案33奇特的眼睛墙上的圆案案例例34奇特的眼睛墙上的圆案34奇特的眼睛体验视觉暂留现象案案例例35奇特的眼睛体验视觉暂留现象案35四、STEM课程的特征1.跨学科（1）STEM是分科的数学、物理、化学、生物、地理学科科学、技术、工程和数学四门独立的学科领域（2）STEM是整合的STEM教育并不是科学、技术、工程和数学教育的简单叠加，而是要将四门学科内容组合成有机整体四、STEM课程的特征跨学科36四、STEM课程的特征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、数学学科相互关联的知识（多学科知识综合应用）将重心放在特定问题上（解决实际问题）四、STEM课程的特征跨学科37四、STEM课程的特征2.趣味性问题有趣具有挑战性与学生生活相关激发学习者内在的学习动机问题的解决能让学生有成就感STEM教育内容游戏化四、STEM课程的特征趣味性38四、STEM课程的特征3.体验性不仅主张学习概念、原理，更强调动手做“做中学”（Learning by doing)听科学、看科学、做科学在参与、体验中习得知识的方式有深刻影响四、STEM课程的特征体验性39四、STEM课程的特征4.情境性不教授孤立、抽象的学科知识强调把知识还原于丰富的生活结合生活中有趣、具有挑战的问题学生辨识问题本质学生解决问题四、STEM课程的特征情境性40仿制公道杯虹吸式口器鳞翅目成虫所特有包括蛾、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具有一条能弯曲和伸展的喙，适于吸食花管底部的花蜜案案例例仿制公道杯虹吸式口器案41仿制公道杯公道杯是一件既有科学技术原理，也富含人生哲理的盛酒器具。相传，此杯是唐王朝的传家宝，喻意为：凡事要适度，不可过贪，否则将一无所得。案案例例仿制公道杯公道杯是一件既有科学技术原理，也富含人生哲理的盛酒42仿制公道杯原理虹吸原理：简称虹吸，是利用液面高度差的作用力现象；将液体充满一根倒U形的管状结构内后，将开口的一端置于装满液体的容器中，容器内的液体会持续通过虹吸管从开口于更低的位置流出案案例例仿制公道杯原理案43仿制公道杯原理事实上，虹吸作用并不完全是由大气压力所产生的，在真空里也能产生虹吸现象。使液体向上升的力是液体间分子的内聚力。在发生虹吸现象时，由于管内往外流的液体，比流入管内的液体多，两边的重力不平衡，所以液体就会继续沿一个方向流动。在正常的大气压下，虹吸管的作用比在真空时好，因为两边管口上所受到的大气压提高了整个虹吸管内部的压力案案例例仿制公道杯原理案44仿制公道杯案案例例仿制公道杯案45四、STEM课程的特征5.协作性强调群体协同相互帮助、相互启发真实问题、真实任务学习环境的四大要素情境协作会话意义建构四、STEM课程的特征协作性46四、STEM课程的特征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四、STEM课程的特征设计性47四、STEM课程的特征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四、STEM课程的特征艺术性48四、STEM课程的特征7.艺术性人文科学：以人类的精神世界及其沉淀的精神文化为对象的科学文学、历史学、哲学及其衍生出来的美学、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的科学经济学、社会学、政治学、法学、军事学、教育学、民族学、宗教学四、STEM课程的特征艺术性49四、STEM课程的特征8.实证性科学区别于其他学科的重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达交流四、STEM课程的特征实证性50DNA双螺旋结构模型DNA平面模型案案例例51DNA双螺旋结构模型DNA平面模型案51DNA双螺旋结构模型DNA平面模型案案例例52DNA双螺旋结构模型DNA平面模型案52DNA双螺旋结构模型DNA平面模型案案例例53DNA双螺旋结构模型DNA平面模型案53DNA双螺旋结构模型DNA立体模型案案例例54DNA双螺旋结构模型DNA立体模型案54DNA双螺旋结构模型1.多核苷酸链的两个螺旋围绕着一个共同的轴旋转；2.右手螺旋；3.多核苷酸链通过磷酸和戊糖的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；案案例例55DNA双螺旋结构模型多核苷酸链的两个螺旋围绕着一个共同的轴旋DNA双螺旋结构模型5.螺旋的直径约为2nm，相邻的碱基之间相距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的氢键连在一起的：AT，GC；7.多核苷酸中碱基的序列不受任何限制。案案例例56DNA双螺旋结构模型螺旋的直径约为2nm，相邻的碱基之间相距DNA双螺旋结构模型用编绳法制作DNA模型用三根鞋带编结的案案例例57DNA双螺旋结构模型用编绳法制作DNA模型案57DNA双螺旋结构模型用其他材料编结的（编中国结的线）哪个正确？（哪一个是右手螺旋）案案例例58DNA双螺旋结构模型用其他材料编结的（编中国结的线）案58五、STEM教育的目的1.代替部分“纯”科学教育纯科学：物理、化学、生物、地理学科之间的割裂科学、技术相互割裂元学科（meta-discipline）教育五、STEM教育的目的代替部分“纯”科学教育59五、STEM教育的目的2.加深对科学理论的理解美国国家科学教育标准惰性知识：是一种支离破碎的知识活性知识：是一种具有良好结构的知识活性知识注重学生对知识的理解、推理和应用五、STEM教育的目的加深对科学理论的理解60五、STEM教育的目的3.增强人文素养，形成健康的价值观STEM教育是延伸和扩展的STEAMScience（科学）Technology（技术）Engineering（工程）Art（艺术）Mathematics（数学）的首字母ArtsHumanities人文学科，文科（美术、艺术）五、STEM教育的目的增强人文素养，形成健康的价值观Arts61五、STEM教育的目的3.增强人文素养，形成健康的价值观反映了社会或个体对于文化精神的追求与社会文明状况密切关联人文底蕴（1）人文积淀：具有古今中外人文领域基本知识和成果的积累（2）人文情怀：关切人的生存、发展和幸福（3）审美情趣：发现、感知、欣赏、评价美的意识和基本能力五、STEM教育的目的增强人文素养，形成健康的价值观62n倒流壶n这种壶不光能让水“倒流”n尘土异物不易落入，更加卫生n更不必担心壶盖会掉落摔碎n最主要的是增加了使用者的乐趣63倒流壶案例63n n倒流壶结构原理64倒流壶结构原理案例64五、STEM教育的目的4.培养理性思维，提升科学实践能力五、STEM教育的目的培养理性思维，提升科学实践能力65五、STEM教育的目的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，能理解和掌握基本的科学原理和方法尊重事实和证据，有实证意识和严谨的求知态度逻辑清晰，能运用科学的思维方式认识事物、解决问题、指导行为等五、STEM教育的目的培养理性思维，提升科学实践能力66五、STEM教育的目的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种通过探究外部世界、构筑主体意识的实践活动充分体现出学习的实践属性，更能够激发学生学习的主体性学生把学习的状态从被动地学习识记、理解知识转为主动实践五、STEM教育的目的养成主动学习意识，促进个体意义感67五、STEM教育的目的5.养成主动学习意识，促进个体意义感学会学习具有积极的学习态度和浓厚的学习兴趣能养成良好的学习习惯，掌握适合自身的学习方法能自主学习，具有终身学习的意识和能力五、STEM教育的目的养成主动学习意识，促进个体意义感68纸的趣味实验案例案例纸的趣味实验：搭桌子纸的趣味实验案例纸的趣味实验：搭桌子69纸的趣味实验纸与生物学“嵴”的模拟一把剪刀，一张A4纸，你能剪出都多大的纸环？案例案例纸的趣味实验案例70纸的趣味实验案例案例而通过下面的方法，你可以剪出更大的圆环纸的趣味实验案例而通过下面的方法，你可以剪出更大的圆环71纸的趣味实验纸与生物学“爬行高手”的秘密壁虎可以说是动物界爬行能力最强的动物，强到甚至可以在光滑的玻璃上爬行。为什么壁虎在光滑的玻璃上都能“健步如飞”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。它们的前后肢每一个指、趾端都有一褶一褶的瓣，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的摩擦。因此它能在光滑的玻璃上行走而不会掉下来。案例案例纸的趣味实验案例72纸的趣味实验纸与生物学“爬行高手”的秘密壁虎可以说是动物界爬行能力最强的动物，强到甚至可以在光滑的玻璃上爬行。为什么壁虎在光滑的玻璃上都能“健步如飞”呢？案例案例纸的趣味实验案例73纸的趣味实验莫比乌斯环公元1858年，德国数学家莫比乌斯（Mobius，17901868）和约翰李斯丁发现的莫比乌斯环只有一个面（即单侧曲面），一只小虫可以爬遍整个曲面而不必跨过它的边缘（也就是说，它的曲面只有一个）案例案例纸的趣味实验莫比乌斯环案例74五、STEM教育的目的6.形成责任意识和团队精神意识到自己的分工和责任，以及自己在学习共同体中所分配的角色主动作为，履职尽责，对自我和他人负责勇于承担责任，激发团队精神五、STEM教育的目的形成责任意识和团队精神75五、STEM教育的目的6.形成责任意识和团队精神责任担当敬业奉献，具有团队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，具有规则与法治意识热爱并尊重自然，具有绿色生活方式和可持续发展理念及行动五、STEM教育的目的形成责任意识和团队精神76五、STEM教育的目的7.塑造创新意识和应对社会挑战解决问题善于发现和提出问题，有解决问题的兴趣和热情能依据特定情境和具体条件，选择制订合理的解决方案具有在复杂环境中行动的能力五、STEM教育的目的塑造创新意识和应对社会挑战77五、STEM教育的目的7.塑造创新意识和应对社会挑战运用技术理解技术与人类文明的有机联系具有学习掌握技术的兴趣和意愿具有工程思维，能将创意和方案转化为有形物品或对已有物品进行改进与优化五、STEM教育的目的塑造创新意识和应对社会挑战78n n良心壶79良心壶案例79n凤鸣壶n“凤鸣壶”是以凤为型体，牡丹饰身的陶瓷酒具，当壶中盛酒倒出时发声似凤鸣，故得此名。80凤鸣壶案例80八、案例1：纸折DNA模型用折纸法制作DNA模型案案例例八、案例1：纸折DNA模型用折纸法制作DNA模型案81案案例例82案82八、案例2：眼见为实吗？视觉错觉错觉是指人们对外界事物的不正确的感觉或知觉最常见的是视觉方面的错觉产生错觉的原因有很多物体本身特点的影响观察者生理心理上的因素光的性质八、案例2：眼见为实吗？视觉错觉83八、案例2：眼见为实吗？“变色”的方格由于方格所在的背景色不同，观察者会将同一种灰色看成是深灰色和浅灰色两种八、案例2：眼见为实吗？“变色”的方格由于方格所在的背景色不84八、案例2：眼见为实吗？判断大小由于内圆周围分别围绕的是更大的圆、更小的圆，观察者会误以为是大小不一的圆八、案例2：眼见为实吗？判断大小由于内圆周围分别围绕的是更大85八、案例2：眼见为实吗？判断大小八、案例2：眼见为实吗？判断大小86八、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的比较实验中，由于它们所处的背景是一个逐渐收缩的视野，所以人们会根据经验判断远处的物体大于近处的物体八、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87八、案例2：眼见为实吗？“弯曲”的平行线人们感觉原本平行的直线是弯曲的，是由于与平行线相交的线是呈辐射状的，从而影响了人们对平行线的直觉判断八、案例2：眼见为实吗？“弯曲”的平行线人们感觉原本平行的直88八、案例2：眼见为实吗？“弯曲”的平行线八、案例2：眼见为实吗？“弯曲”的平行线89八、案例2：眼见为实吗？数数几根柱子八、案例2：眼见为实吗？数数几根柱子90八、案例2：眼见为实吗？数数几根柱子图片是由画家画出来的，在现实世界里这样的东西其实是不存在的。图片上部画的是两根方形的柱子，图片底部画的是三根圆形的柱子，图中三根圆柱和两根方柱都是不完整的八、案例2：眼见为实吗？数数几根柱子图片是由画家画出来的，在91八、案例2：眼见为实吗？你看到了什么？这六只黑色酒杯周围的白色区域是六张不同表情的人脸，当你关注的对象不一样时，你会看到不同的结果八、案例2：眼见为实吗？你看到了什么？这六只黑色酒杯周围的白92八、案例2：眼见为实吗？你看到了什么？八、案例2：眼见为实吗？你看到了什么？93八、案例2：眼见为实吗？不存在的点八、案例2：眼见为实吗？不存在的点94八、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？八、案例2：眼见为实吗？你看到了什么颜色？95八、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，有较强的色彩感知能力，可以自动排除干扰光，使人观察到真实的颜色。而视杆细胞分布在视网膜周边部，对暗光比较敏感，但是分辨能力差，没有色觉。如果在相同环境下，两个人看到同一事物颜色不同，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如果视网膜中对色彩敏感的视锥细胞占优势，那看到的应该是蓝黑色；如果是视杆细胞占优势，那么应该看到的是色彩单一的白金色八、案例2：眼见为实吗？该连衣裙原色为蓝黑96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谢谢！敬请批评指正！李高峰陕西师范大学生命科学学院