基于STEM理念的初中生物学项目式学习探索

孙蕾

摘 要 为了培养学生的实践创新意识和能力，落实实践育人的理念，基于STEM理念和课程标准的要求探索初中生物学项目式学习。在智慧农业基地开展“玉米的人工辅助授粉”项目式学习，将生物学教学与农耕劳动相结合，学生通过分析和解决农耕中的实际问题，实现劳动素养和探究实践素养双提升。

关键词 项目式学习 人工授粉 劳动素养 探究实践素养

中图分类号 Ｇ633. 91 文献标志码 B

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》建议开展“植物栽培活动”等跨学科实践活动。人教版七年级上册生物学教科书建议开展“玉米人工授粉”活动，让学生在实践中领悟传粉和结果等重要生命过程。

初中生物学 STEM 项目教学将 STEM 教育融于生物学教学，运用数学、科学的知识解决真实情境中的实际问题，基于工程知识的运用、技术的使用达成任务目标，从而有效提高学生的生物学学科核心素养。

本研究于 2021 年获批深圳市光明区软科学研究项目“基于智慧农业和无人机的 STEAM 教育科技研究”，并创建了“智慧农业劳动和教学基地”。基地分为粮食、蔬菜、花卉、中草药四个片区，其中多样化的植物为相关学科教学提供了实践场所。因此，本次教学基于 STEM 理念尝试跨学科教学，指导生物学兴趣小组完成“玉米的人工辅助授粉”项目式学习，以期使学生通过分析和解决农耕中的实际问题，提高综合实践素养。

1 项目选题

生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观、必备品格与关键能力。生物兴趣小组从超市购买一些玉米，发现购买的玉米出现“缺粒”现象，学习小组提出问题：为什么玉米会出现“缺粒”现象？怎么解决玉米“缺粒”现象？小组学生通过“中国知网”搜索平台查阅文献，结果发现，有些玉米的果顶部花丝从苞叶中抽出时，已处于大田群体植的散粉末期，由于玉米粉源不足，容易造成禿顶现象。因此，为防止玉米出现“缺粒”现象，在玉米开花后期，可以通过人工辅助授粉减少秃顶缺粒。

2 规划方案

跨学科实践是以发展学生跨学科应用知识的能力，分析和解决问题的综合能力，动手实践的操作能力等综合素养的实践活动。本次教学聚焦学生综合素养的培养，探索基于STEM理念的“玉米的人工辅助授粉”项目式学习，引导学习小组设计项目活动方案，并在教师的指导下，结合生物学知识修改和完善活动方案，得出跨学科实践活动计划，见表1和表2。

3 项目执行

3.1 探究玉米单性花的结构

（1）田间观察玉米的单性花为人工辅助授粉，学习小组首先探究玉米的单性花结构。学生能够通过观察分辨雌花与雄花，并总结两种花在着生位置、花序、苞叶露出叶稍时间上的区别。

（2）借助解剖显微镜，观察和解剖玉米的单性花学生利用解剖显微镜观察和解剖玉米的单性花，发现雄蕊有花丝和花药。雌蕊由两个心皮组成，包括子房、花柱和柱头三部分。雌花花丝实心，略扁状，其上有两条陷沟，表面密布茸毛，分泌粘液，有粘着外来花粉的作用，所以花丝任何部位都能接受花粉。通过解剖活动，学生构建“花中最重要的结构是雄蕊和雌蕊”的概念，理解花的结构与功能相适应。

3.2 玉米的人工授粉

教师随机选择玉米地的4行玉米作为实验材料，其中两行的20株玉米作为实验组，进行人工授粉；其余的两行玉米作为对照组，自然授粉不做任何处理。教师组织学生开展玉米人工辅助传粉，授粉时间一般选在玉米雄穗盛花期早上8点到10点，因为此时雄穗开花最多、花粉生活力最强。学生取纸袋套住玉米的雄蕊，轻轻摇动玉米茎秆收集花粉，接着将收集好的花粉，倒在雌蕊的柱头上。为区分人工授粉和自然授粉的玉米植株，对完成实验的玉米挂牌登记，挂牌上书写时间、操作者等内容。学生以“做中学”的方式理解植物的传粉和受精过程，在实践中思考以下问题：① 在玉米人工授粉中，提供花粉的玉米作为父本还是母本？② 为同株和不同株的玉米授粉，都是自花授粉吗？③ 玉米的雌花受精后，子房的各部分会发育成什么？

每隔一周，学习小组测量玉米棒的周长和长度、手摸玉米棒苞叶判断玉米籽粒的饱满程度，观察一次授粉玉米的生长状况，并对结果进行记录（表3）。观察发现，授粉后第一周花丝停止生长，开始变色。经过6周的时间，玉米棒的平均周长由12.3厘米生长为16厘米，玉米棒的平均长度由21厘米发育为40厘米，玉米籽粒日渐饱满成熟。同时，学习小组在玉米授粉2周后观察发现玉米生长缓慢，猜测可能原因为授粉不足，于是进行第二、三次授粉。此外，学习小组还发现了新问题：无法用肉眼观察玉米“受精”和子房的发育情况。因此，信息技术教师指导学生利用AI技术直观地呈现玉米“受精”和子房发育过程。学习小组第四周观察玉米生长状况，发现部分玉米种子生长缓慢，分析原因可能是玉米人工授粉较晚，部分玉米花粉的活性低，导致部分雌花“受精”不充分，影响了玉米种子的正常发育。

4 项目展示

玉米授粉后三十五天（5周）成熟，第六周学生采摘人工授粉的玉米棒，观察玉米的结实情况。结果发现玉米仍有“缺粒”现象，但与同一片自然授粉的玉米相比，“缺粒”状况不明显，一个玉米棒的玉米平均重量0.16千克，较对照组重量增长6.67％，说明对玉米人工授粉确实可以弥补玉米自然授粉的不足（表4）。学生反思实验结果不理想的原因及对策主要有以下三点：① 首次开展人工授粉活动的时间太晚，导致玉米花粉活性低，授粉过程不规范，因此要把握授粉时间、加强授粉技术；② 部分小花或籽粒由于虫害被吃掉造成秃尖、缺粒，要加强授粉后玉米病虫害的防治；③ 缺粒可能是由于在玉米快速生长和玉米灌浆时水肥需求增加而供应不足导致的，因此授粉后要加强水肥管理，适量补充锌肥，可以减少“缺粒”等的发生。

学生总结活动成果、完成实践成果总结报告，并制作海报将项目成果在校园内宣传。为了与更多人分享项目成果，让更多人了解玉米人工授粉，学生们将授粉活动的视频进行剪辑，制作成科普视频在“抖音”“B站”等平台发布，达到了较好地宣传效果。

5 教学反思

“玉米的人工授粉”虽然是教科书建议开展的活动，但能够开展的学校却不多，原因是大部分学校不具有种植玉米的场地。2022年教育部出台《义务教育课程方案》和《义务教育劳动课程标准》，劳动教育正式成为中小学的必修课程，农耕劳动是劳动教育的重要内容，学校开始建设农耕劳动教育基地，基地的生物资源可以为生物学实验提供材料，如“玉米人工授粉”、 “豌豆的杂交实验”等实验。

《义务教育课程方案》指出“为充分发挥实践的独特育人功能，要加强课程与生产劳动、社会实践的结合。”《义务教育劳动课程标准》要求“提高学生创造性劳动能力、合作能力。”基于STEM理念的“玉米的人工授粉”项目让学生参与创造性劳动，较好地落实了以上文件的精神，在提高学生劳动素养的同时提高生物探究素养。学生在参与玉米地田间管理的过程中，掌握了基本的农耕技能，培养了积极的劳动态度；养成了不怕困难、坚持劳动的劳动品质。学生在项目实施中遇到了很多的困难，如：如何判断玉米雄花的成熟期，怎样保障“玉米的雌穗”充分授粉等。学生们通过查阅资料寻找答案，教师请农业专家进行现场指导，解决困难，在该项目中学生切实在解决真实情境的实际问题中逐渐地培养了生物探究素养。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部. 义务教育生物学课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022．

［2］徐婷. 初中生物学“眼与视觉”STEM项目教学尝试［J］．生物学通报，2021，56 （3）：31-35．

［3］中华人民共和国教育部. 普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）［S］．北京：人民教育出版社，2020．

［4］中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022．

［5］中华人民共和国教育部.义务教育劳动课程标准（2022年版）［S］．北京：北京师范大学出版社，2022．