基于STEAM理念的校園植物調(diào)查研學實踐

肖逸群 馮慶

摘 要 闡述以校園植物調(diào)查項目為核心開展的植物認種、二維碼樹牌制作、智能鳥巢設(shè)計、激光雕刻DIY和美植攝影大賽等校內(nèi)研學實踐，構(gòu)建以STEAM理念為框架的校園植物研究性學習。

關(guān)鍵詞 STEAM教育 植物調(diào)查 校內(nèi)研學

隨著以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目的的STEM教育在美國興起，更加完善的STEAM教育模式也逐漸滲透到我國的中小學教育中。STEAM教育打破學科界限，是科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學多學科融合的超學科教育概念。近年來，高考改革模式的變更引發(fā)了研學熱。研學即研究性學習，是學生根據(jù)自身興趣，在教師的指導下選擇項目、開展研究的過程。下面嘗試以校園植物調(diào)查為切入點，開展豐富的拓展創(chuàng)新實踐，以促進學生科學探究思維、技術(shù)應(yīng)用能力、審美承責意識等綜合素養(yǎng)的提高。

1 基于STEAM理念的研學實踐背景

研學基地建設(shè)中，突出區(qū)域性、實踐性、問題性、跨學科性、多元評價五大特征。中山紀念中學是由孫科創(chuàng)辦紀念國父孫中山先生的一所名校，位于風景優(yōu)美的翠亨村，緊鄰植被豐富的五桂山脈。校園占地850畝，依山傍水，古韻清雅。校園植被豐富，是鳥類適宜的棲息地。近年來，由于校園植被更替和植物掛牌的損毀，給師生的植物識別造成一定的困難。故應(yīng)用二維碼技術(shù)對調(diào)查統(tǒng)計的校園植物進行重新建檔，同時設(shè)計智能人工鳥巢掛在樹干上，為鳥類越冬和繁殖提供適宜的環(huán)境。在調(diào)查植物過程中，通過校內(nèi)美植攝影大賽收集植物的圖片，提高學生的審美水平?？蓪⒅参锏南嚓P(guān)資源制作成手工臺歷或明信片，利用激光雕刻技術(shù)制作臺歷架、特色掛牌等。

2 STEAM教學與研學實踐的內(nèi)在聯(lián)系

STEAM教學和研學實踐都是以培養(yǎng)創(chuàng)新性強、綜合素質(zhì)高的健全人才為目的，通過“做中學”實現(xiàn)學生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)，提高學生的社會適應(yīng)能力。它們都具有創(chuàng)新性、靈活性、實踐性和綜合性的特征。研究過程聚焦小課題，多角度思考，挖掘新方向。以學生為主體、以教師為主導開展的校園植物調(diào)查研學實踐過程中，均體現(xiàn)了STEAM教學理念，二者具有密不可分的內(nèi)在聯(lián)系（表1）。

3 基于STEAM理念的研學實踐實施

3.1 項目一：植物資源調(diào)查

調(diào)查過程由學生興趣小組制定計劃、進行分工，將學校分為牌坊區(qū)、壽屏公園區(qū)、高一高二學堂區(qū)、初中高三學堂區(qū)、山下宿舍區(qū)和山頂宿舍區(qū)6個區(qū)。設(shè)計植物種類和名稱表格，以便調(diào)查時進行記錄。教師在學生進行調(diào)查前，應(yīng)注意宣傳調(diào)查的安全規(guī)范，避免造成不必要的人身傷害。調(diào)查過程中，可以借助手機進行拍照或錄制視頻，以保存植物的相關(guān)素材。同時，可以借助手機上的植物識別軟件，如形色、百度百科和中國植物志等，幫助確定植物的名稱。最后，將調(diào)查的植物名稱進行統(tǒng)計和分類。

植物調(diào)查涉及到植物的認種、分類，以及科學的植物資源統(tǒng)計方法，是科學、技術(shù)與數(shù)學學科的綜合訓練。除此以外，學生還根據(jù)興趣制作臘葉標簽和葉脈書簽，不僅鍛煉動手能力，還能提高學生的觀察能力和科學思維水平。

3.2 項目二：二維碼樹牌制作

二維碼技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的信息識別技術(shù)，但是在校園教育中的應(yīng)用還有待研究。以往校園植物的識別主要靠掛牌，這種科學普及方法不僅投入大，而且常因環(huán)境變化難以得到有效管理。中山紀念中學校園植物初步統(tǒng)計178種被子植物，其中常見裸子植物9種、單子葉植物36種、雙子葉植物133種、有毒植物約26種。學生將二維碼技術(shù)與校園植物的識別相結(jié)合，不僅有助于師生普及植物認種知識，還能促進學生形成正確的生命觀念和積極的探究精神，有利于學生生物學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二維碼的制作可以利用眾多的二維碼制作軟件，如草料二維碼網(wǎng)站，可以將承載有學生講解植物知識和文化的視頻的網(wǎng)址轉(zhuǎn)換成二維碼，實現(xiàn)在小體積的樹牌上傳遞更多的植物資源信息。在制作樹牌時，學生不僅要形狀美觀，還要考慮在二維碼外貼鋼化玻璃等方法，防止不法分子修改樹牌二維碼至不良網(wǎng)站。這個問題的探討和解決過程涉及到信息技術(shù)、工程和藝術(shù)學科，也有效地增強了學生的社會責任感。

3.3 項目三：智能鳥巢設(shè)計

由于我校植被豐富，且緊鄰五桂山脈，鳥的種類也很多。冬天臨近時，學生提出制作和安放人工鳥巢以便鳥類越冬。在教師的指導下，學生設(shè)計了利用紅外裝置感知鳥類歸巢的智能鳥巢（圖1），計劃通過智能鳥巢統(tǒng)計人工投放鳥巢的有效率，且在安裝攝像頭后可監(jiān)測鳥類的行為。預計在鳥類廣泛入住后還可統(tǒng)計鳥的種類，對鳥類的保護起到促進作用。

學生通過對鳥的體型研究，設(shè)計的鳥巢多種多樣，是跨科學、工程和數(shù)學學科的綜合研究，有利于學生的創(chuàng)新能力和數(shù)學思維的培養(yǎng)。

3.4 項目四：激光雕刻DIY

激光雕刻是一種建立在數(shù)控技術(shù)之上的激光應(yīng)用。學生將自己需要構(gòu)建的模型通過電腦設(shè)計好后，利用激光在材料上進行雕刻圖文或切割圖形，并將切割好的材料搭建成為立體結(jié)構(gòu)。例如，為校園植物手工臺歷制作支架、為人工鳥巢設(shè)計木板模型等，都可以通過激光雕刻輕松解決。它的優(yōu)點是可以設(shè)計成多種具有特色的模型，且同一個設(shè)計在短時間內(nèi)可反復雕刻、切割，就像打印機一樣方便。

激光雕刻技術(shù)具有獨立性，又能為學生的研學服務(wù)。在制作雕刻的過程中涉及技術(shù)、工程和數(shù)學等多個學科，有效提高了學生信息技術(shù)的應(yīng)用能力和數(shù)學建模能力。

3.5 項目五：美植攝影大賽

在全校范圍內(nèi)開展對校園植物的攝影大賽，不僅為校園的攝影發(fā)燒友提供平臺，還能收集大量的校園植物實景圖片，使植物資源的統(tǒng)計更加豐富。

在攝影過程中，需要學生有一雙善于發(fā)現(xiàn)美的眼睛，游歷在校園山水之間，放松心情、陶冶情操，還能追求藝術(shù)之美。攝影大賽是攝影技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合，學生不僅鍛煉了身體素質(zhì)，審美水平也得到提高。

4 基于STEAM理念的研學實踐反思

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中提出“要適當?shù)膶⒖鐚W科知識和技能融入實踐活動，特別是將STEM整合到實踐活動中”。在校園植物調(diào)查的項目研究中，學生興趣小組開發(fā)了很多相關(guān)的子項目，每個項目都是多學科的融合實踐。諸如這種在校園內(nèi)開展的研學活動不僅場所便利、還有學校的大力支持和各學科教師的綜合指導，充分體現(xiàn)了STEAM教學的理念。

在校內(nèi)研學實踐中，學科教師應(yīng)順應(yīng)新時代的潮流變化，及時更新教育觀念，以本學科研究為基點，以學校為小社會，多角度、廣視野地拓展教學，真正讓STEAM理念走進研學實踐，培養(yǎng)具有綜合素養(yǎng)的社會人。