STEAM理念下初中生物学探究实验评价情境的创设

1、PAGE PAGE - 8 -STEAM理念下初中生物学探究实验评价情境的创设张琪李志兴宋娟摘要在初中生物实验教学中融合STEAM理念，创设探究实验评价情境，引导学生在实验室条件下探究电子烟的成分及其危害，从而提高学生跨学科知识整合的思维能力，培养关爱生命的意识，最终发展生物学学科核心素养。关键词电子烟STEAM评价情境创新实验核心素养中图分类号G633.91文献标志码B评价情境是运用学科内容、执行学科任务、展现学科核心素养发展水平的载体，评价情境的创设承担着引导学生核心素养外显的重任。STEAM教育是集科学、技术、工程、人文和数学于一体的多学科交叉的综合性教育理念，对培养学生的综合素质、创新

2、精神以及实践能力有着重要的作用。在初中生物学实验教学中，教师以情境作为评价背景和载体，将STEAM教育理念融入到探究实验评价情境中，可改变传统的实验教学模式，激发学生的创新思维，促进学生对知识的掌握与应用，同时有助于提升学生的生物学学科核心素养。1背景山东科学技术出版社七年级下册“选择健康的生活方式”一节直观呈现了传统香烟烟雾中含有的化学物质及危害，并通过实验探究“烟草浸出液对水蚤心率的影响”，突出了吸烟对心血管的不利影响。通过学习，学生能够了解并认同传统香烟的危害。电子烟又称电子尼古丁传送系统（ENDS），是近年来发展最为迅速的一种新型烟草制品。因其具有隐蔽性强、外观时尚、口味多样等特点，不

3、少中小学生开始吸食电子烟。电子烟已然成为青少年健康的新威胁。但是，学生对于电子烟的成分及其危害并不了解。因此，本实验融合STEAM理念，通过创设探究实验评价情境，探究电子烟的成分，并通过模拟实验直观呈现其危害，旨在提升学生的生物学学科核心素养，发挥生物学在健康教育领域所具有的天然优势。2教学目标通过观察实验的直观现象，充分了解电子烟的危害，从而树立珍惜生命、崇尚健康文明的生活方式。基于STEAM教育理念，通过运用生物、物理、化学等知识和原理，自行设计探究实验方案，增强跨学科思维及创造性思维。运用已有知识，创新实验材料与实验装置，动手完成探究实验，同时培养团队合作的能力。树立珍爱生命、远离电子烟

4、的意识，并积极向社会宣传电子烟的危害，成为健康中国的促进者和实践者。3设计流程以发展学生的生物学学科核心素养为最终目标，结合课程标准，创设探究实验评价情境，构建了如图1所示的STEAM实验教学设计流程。4材料与仪器电子烟，电子烟烟油，小鱼，蒸馏水，高锰酸钾溶液，斐林试剂，标准铅溶液（1g/mL），醋酸盐缓冲液（pH为3.5），硫代乙酰胺试液，试管，锥形瓶，移液器，量筒，烧杯，电子控温加热器，两口烧瓶，气球，温度计，水浴加热装置，孟氏洗气瓶，橡胶管，注射器，过滤器，微孔滤膜（直径13mm，孔径3m）等。5任务实施STEAM教育倡导学生进行探究性学习。如何激发学生的探究欲望？教师课前创设实验教学评

5、价情境：你身边有人吸食电子烟吗？你能设计探究实验探究电子烟的成分吗？你能否通过模拟实验，直观呈现这些成分的危害？学生以学习小组为单位，自主查阅电子烟的相关资料，明确实验原理，掌握相关的实验操作技术。课上，各小组根据所搜集的资料，讨论、设计实验步骤。各组展示小组的设计，相互提出建议。之后，学生列出所需材料和仪器清单，明确各种试剂的浓度和作用，并在教师引导下分析已有方案，修改细节。在完成实验材料与仪器的准备工作后，学生动手完成实验探究，及时记录实验结果。最后，学生分析实验结果，得出实验结论，形成成果，进行推广。5.1探究烟油中是否含有烟碱实验原理：烟碱能使紫色高锰酸钾溶液褪色。实验过程：取两支试管

6、，编号1号和2号，各加入2mL高锰酸钾溶液，之后分别加入1mL烟油和1mL蒸馏水，充分震荡混匀。实验结果：1号试管中紫色高锰酸钾溶液紫色褪去，2号试管无明显变化。由此，学生得出结论：电子烟的烟油中含有烟碱成分。5.2探究烟碱的危害實验原理：少剂量烟碱可引起生物体机体兴奋，大剂量可导致生物呼吸麻痹直至死亡。实验过程：准备5个烧杯，编号1-5号，分别加入清水和体积分数分别为0.2%、0.5%、1.0%和2.0%的烟油溶液各300mL。之后，同时各加入5条小鱼并开始计时。每隔一段时间观察小鱼活跃状态，记录小鱼全部死亡所用的时间。实验结果：烟油溶液浓度越高，小鱼初始越兴奋，由麻痹到死亡也越快（表1）。

7、由此，学生得出结论：烟碱对生物个体有严重危害，并且浓度越高，危害越严重。5.3探究电子烟烟油加热后产生的有害物质学生查阅资料，得知：烟油在加热的过程中形成的烟雾，其成分主要除了有烟碱，还有一些挥发性有机化合物、致癌化学品以及重金属等，如丙二醇和丙三醇在高温下可生成甲醛、乙醛等醛类物质。实验原理：斐林试剂与醛可以生成砖红色沉淀。实验过程：取一个两口烧瓶，一口连一支温度计，另一口固定一只气球（防止烟雾挥发并起到缓冲作用）。将装有5mL电子烟烟油的烧瓶放入电子控温加热器中，300加热5s，冷却备用。取3支试管，分别编号1、2、3号，各加入3mL斐林试剂，再分别加入1mL加热后的烟油、未加热的烟油、蒸

8、馏水，充分震荡混匀，于沸水浴中3min，观察现象。实验结果：1号试管中出现砖红色沉淀，其他两支试管无明显变化。学生由此得出结论：烟油加热后会产生醛类物质，对人体有严重危害。5.4探究电子烟烟雾中含有重金属实验原理：硫代乙酰胺在弱酸性条件下水解，产生硫化氢，与重金属离子生成黄色到棕黑色的硫化物混悬液，用微孔滤膜滤过，重金属硫化物沉集于滤膜形成色斑，与标准铅斑比较，可半定量测定重金属含量，并且检测灵敏度较高。实验过程：（1）收集煙雾。取孟氏洗气瓶1个，一端连接装有1mL烟油的电子烟，另一端连接注射器，往洗气瓶中加蒸馏水至8mL（图2），抽动注射器，模拟吸烟过程并收集烟雾直至烟油耗尽。洗气结束后，加

9、蒸馏水至10mL，得样品，备用。（2）制备梯度标准铅斑。准备4个锥形瓶，分别移取标准铅溶液（1g/mL）0、2、4、6mL，再加蒸馏水到10mL，即每支试管中的含铅量等于0g、2g、4g、6g。加入pH约3.5醋酸盐缓冲液2mL与硫代乙酰胺试液1mL，摇匀，放置10min。用50mL注射器，分别将各梯度标准液转移至微孔滤膜过滤器中，缓缓进行压滤，滤毕，取下滤膜，放在滤纸上干燥，即得梯度标准铅斑：0g对应的滤膜上无铅斑，2g、4g、6g分别对应的滤膜铅斑颜色由黄色到棕黑色，依次加深（图3）。（3）比色。依照标准铅斑的制备，将步骤（1）中所得样品进行压滤，10min内将生成的斑点与标准铅斑进行比色

10、。本课程中学生研究了3份电子烟样品。结果显示，样品1的滤膜铅斑颜色介于标准铅斑的02g之间，样品2的滤膜铅斑颜色接近2g，样品3的滤膜铅斑颜色介于46g之间，即3份样品均含有一定量的重金属。由此学生得出结论：电子烟烟雾中含有重金属，对人体有害。5.5了解电子烟调味剂的危害教师提问：实验过程中，除了看到、听到、摸到，你还有什么感官能获得信息？学生回答：闻到香味。教师告知学生电子烟中起调味作用的物质双乙酰，会导致“爆米花肺”，同时播放相关视频，提醒学生警惕并拒绝“二手电子烟”。6成果推广学生自行总结电子烟的危害，并讨论实验收获。教师课后举办“拒绝电子烟，养成好习惯”倡议签名活动，并将实验成果在全校

11、范围内推广，呼吁师生摒弃吸烟文化，体现中学生物课程的人文关怀。7项目评价“探究电子烟的危害”项目是综合了科学、创新、技术和人文等因素的探究任务评价情境，能使学生真实地展现自己的核心素养发展水平，实现激励学生学习和改进教师教学的评价目的。项目评价需要从科学性、创新性、过程性和推广性4方面进行。评价量规见表2。8教学反思预防青少年吸烟是学校教育的重要组成部分，但以往的教育实践活动多以电子烟成分与危害的科普介绍为主，学生很难深刻认识到电子烟的毒性。本研究以此情境作为评价背景和载体，与生物学学科核心素养的评价有机结合，在STEAM教育理念的基础上，引导学生自行查阅资料、制订并实施计划，在实验室条件下亲自验证了电子烟的危害。探究实验评价情境的创设充分提升了生物学科的育人价值，为教学评价注入了新元素，是对当前教学评价理论的创造性拓展，也将对生物学科教学评价体系的创新和发展产生积极的影响。参考文献：1闫白洋.融入STEAM理念的研究型课程的实施