STEAM理念下的高中《微生物食品發(fā)酵》校本課程的開(kāi)發(fā)與研究*

呂秀賢 張 松** 丘小紅

（1 華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 廣東廣州 510631 2 廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué) 廣東廣州 510375）

21世紀(jì)初，隨著STEM 教育在基礎(chǔ)教育的推廣，跨學(xué)科學(xué)習(xí)受到了極大的關(guān)注。STEAM 教育是在STEM 的基礎(chǔ)上融入藝術(shù)（art）的元素，實(shí)現(xiàn)了藝術(shù)與科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的深度融合［1］，有利于問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)［2］。

STEAM 教育的教學(xué)方式與課堂形式多樣，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力。目前開(kāi)發(fā)的STEAM 課程大多對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求較高，且與生物學(xué)相關(guān)的案例開(kāi)發(fā)較少。為了更好地將STEAM 理念融合到高中生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，本研究開(kāi)發(fā)了STEAM 理念下的《微生物食品發(fā)酵》校本課程，探索在高中校本課程中融入STEAM 理念的可行途徑。

1 研究方法及設(shè)計(jì)

1.1 研究方法 前期調(diào)查采用自編的《校本課程環(huán)境分析調(diào)查問(wèn)卷》。檢測(cè)學(xué)生科學(xué)探究能力變化采用了《高中學(xué)生生物學(xué)習(xí)中科學(xué)探究能力調(diào)查問(wèn)卷》［3］，其信度為0.74、效度為0.73；檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣變化采用了《中學(xué)生生物學(xué)習(xí)興趣調(diào)查表》［4］，其信度為0.87、效度為0.71。前、后測(cè)試使用同一份問(wèn)卷。在2018年3—7月期間，對(duì)選修校本課程的24 名高一學(xué)生進(jìn)行為期1 學(xué)期的校本課程教學(xué)，教學(xué)過(guò)程如圖1所示。

圖1 《微生物食品發(fā)酵》課程教學(xué)過(guò)程流程圖

1.2 研究設(shè)計(jì) 本課程以STEAM 作為理念指導(dǎo)，以校本課程選修的形式開(kāi)展教學(xué)，共分為4 個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，分別是“如何腌制泡菜食用最為健康”“果酒釀制的那些事”“酸奶的制作”和“創(chuàng)意饅頭的研制”，共16 課時(shí)，學(xué)生需自行確定探究問(wèn)題、制定實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究并設(shè)計(jì)產(chǎn)品的包裝和銷售方案。

以“果酒釀制的那些事”為例，教師在講授基礎(chǔ)知識(shí)后，學(xué)生小組合作進(jìn)行查閱資料與撰寫實(shí)驗(yàn)方案，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行方案的修正與實(shí)施。教師適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考如何設(shè)計(jì)果酒產(chǎn)品的包裝與推廣方案。在此過(guò)程中，以STEAM 為目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)，具體教學(xué)目標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 “果酒釀制的那些事”專題的教學(xué)目標(biāo)分解

在課程實(shí)施中，要求學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)理解實(shí)驗(yàn)的基本原理與思考改良措施。在產(chǎn)品制作中運(yùn)用到技術(shù)與工程的知識(shí)，例如，技術(shù)知識(shí)包括實(shí)驗(yàn)儀器的技術(shù)原理、無(wú)菌操作技術(shù)、接種技術(shù)、發(fā)酵操作技術(shù)、產(chǎn)物分析技術(shù)等；工程知識(shí)包括產(chǎn)品的生成、發(fā)酵規(guī)模的擴(kuò)大和制作工藝的改良等。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整合中應(yīng)用數(shù)學(xué)的知識(shí)，例如，用數(shù)學(xué)模型描述發(fā)酵過(guò)程、呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，探究實(shí)驗(yàn)材料用量、微生物接種時(shí)間、接種量和發(fā)酵時(shí)間等因素對(duì)產(chǎn)品的影響。在產(chǎn)品的包裝設(shè)計(jì)體現(xiàn)藝術(shù)知識(shí)，此外產(chǎn)品本身也具有藝術(shù)性，例如，粉紅的葡萄酒、潔白的酸奶及加入了不同顏色蔬菜粉制作的顏色和形狀各異的饅頭等。

實(shí)驗(yàn)成果的展示可采用多種方式，例如PPT匯報(bào)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)展板等。學(xué)生以合作學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)探究和自主學(xué)習(xí)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，課程評(píng)價(jià)采用課堂表現(xiàn)、自評(píng)、同伴評(píng)分、探究實(shí)驗(yàn)報(bào)告和活動(dòng)成果等多種方式進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了多元化的學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)。圖2是在“酸奶的制作”實(shí)驗(yàn)?zāi)K中學(xué)生設(shè)計(jì)的酸奶包裝，圖3為“創(chuàng)意饅頭的研制”實(shí)驗(yàn)?zāi)K的實(shí)驗(yàn)展板。

圖2 學(xué)生設(shè)計(jì)的酸奶包裝

圖3 “創(chuàng)意饅頭的研制”實(shí)驗(yàn)展板

2 結(jié)果與分析

2.1 《微生物食品發(fā)酵》校本課程的環(huán)境分析調(diào)查結(jié)果 對(duì)該中學(xué)高一的學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)抽樣調(diào)查，結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣較高，喜愛(ài)《微生物食品發(fā)酵》課程。學(xué)生在探究性學(xué)習(xí)方面有一定的基礎(chǔ)，并且參與意愿較高，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 《微生物食品發(fā)酵》校本課程的環(huán)境分析部分調(diào)查結(jié)果

在教學(xué)方式的選擇上，學(xué)生偏向于教學(xué)方式多樣化。本門課程采用了學(xué)生喜愛(ài)的合作學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)探究和自主學(xué)習(xí)3 種教學(xué)方式，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 “微生物食品發(fā)酵”課程教學(xué)形式選擇

2.2 《微生物食品發(fā)酵》課程的校本教材編寫 教材共分為5 個(gè)章節(jié)，分別是：發(fā)酵食品常見(jiàn)微生物、泡菜、酸奶、饅頭和果酒，通過(guò)介紹發(fā)酵食品中2 種常見(jiàn)的微生物酵母菌和乳酸菌，以及泡菜、葡萄酒、酸奶和饅頭4 種發(fā)酵食品的制作過(guò)程，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，注重基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)踐與應(yīng)用。

2.3 《微生物食品發(fā)酵》課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的影響 《中學(xué)生生物學(xué)習(xí)興趣調(diào)查表》的調(diào)查結(jié)果如表3所示，可看出，經(jīng)過(guò)1 個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐之后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣水平有了顯著的提高，這說(shuō)明選修《微生物食品發(fā)酵》校本課程有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

表3 《微生物食品發(fā)酵》課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的影響

2.4 《微生物食品發(fā)酵》課程對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力的影響 課程開(kāi)始和結(jié)束時(shí)均調(diào)查了學(xué)生的科學(xué)探究能力，《高中學(xué)生生物學(xué)習(xí)中科學(xué)探究能力調(diào)查問(wèn)卷》對(duì)科學(xué)探究能力的八大要素進(jìn)行檢測(cè)，包括提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制訂計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評(píng)價(jià)及表達(dá)交流等方面。問(wèn)卷中有問(wèn)及是否“會(huì)在開(kāi)始探究活動(dòng)之前查閱一些相關(guān)資料”“可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹朴嗇^為合理的實(shí)驗(yàn)步驟”“會(huì)把觀察變量的方法體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)計(jì)劃當(dāng)中”“通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的反思,提出改進(jìn)意見(jiàn),使得實(shí)驗(yàn)的效果更好”“常常在與同小組同學(xué)的討論過(guò)程中找到解決問(wèn)題的方法”等問(wèn)題，其前測(cè)和后測(cè)結(jié)果均有較大差異。

問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果如表4所示，可看出，前測(cè)和后測(cè)的科學(xué)探究能力具有極顯著性差異，這說(shuō)明選修《微生物食品發(fā)酵》校本課程有助于提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

表4 《微生物食品發(fā)酵》課程對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力的影響

劉恩山等［5］提出科學(xué)的本質(zhì)是定量化、觀察與實(shí)驗(yàn)及在探究過(guò)程積累知識(shí)等?？茖W(xué)是一個(gè)知識(shí)體系，需要一定的探究方法并且與社會(huì)和技術(shù)相互作用。在STEAM 校本課程中，學(xué)生需根據(jù)實(shí)際遇到的問(wèn)題和收集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行觀察與思考，并搜尋相關(guān)科學(xué)資料以不斷修正實(shí)驗(yàn)方案，在此過(guò)程中學(xué)生理解了科學(xué)需要不斷探究與驗(yàn)證，科學(xué)知識(shí)與個(gè)人創(chuàng)造的結(jié)合有利于更好地解決問(wèn)題。在每一實(shí)驗(yàn)?zāi)K結(jié)束后，學(xué)生會(huì)對(duì)自己的表現(xiàn)進(jìn)行自評(píng)，在4 個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K結(jié)束后，有87.50%學(xué)生認(rèn)為自己能依據(jù)科學(xué)知識(shí)和其他同伴一起制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，83.33%學(xué)生認(rèn)為自己可通過(guò)查閱資料、提出修改意見(jiàn)等途徑完善小組的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)比第1 個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K結(jié)束時(shí)所收集到的學(xué)生人數(shù)百分比分別提高了29.17%和29.16%?？煽闯?，學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解和掌握有了一定的提升。

3 討論

3.1 學(xué)生跨學(xué)科意識(shí)的培養(yǎng) STEAM 教育的核心是跨學(xué)科融合［6］，將科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程、藝術(shù)和技術(shù)知識(shí)有機(jī)地整合以解決實(shí)際問(wèn)題［7］。在課程實(shí)施過(guò)程中，教師所創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情境是基于多學(xué)科的背景提出的，要求學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)理解實(shí)驗(yàn)原理與思考改良措施，在產(chǎn)品制作中運(yùn)用技術(shù)與工程的知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整合中應(yīng)用數(shù)學(xué)的知識(shí)，在產(chǎn)品的包裝設(shè)計(jì)中運(yùn)用藝術(shù)知識(shí)。學(xué)生在多學(xué)科知識(shí)的運(yùn)用中不斷培養(yǎng)、重塑自身的知識(shí)架構(gòu)，從而形成了跨學(xué)科意識(shí)。

3.2 學(xué)生的科學(xué)探究能力和學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)采用探究性的學(xué)習(xí)方式，教師在講授完基礎(chǔ)知識(shí)后拋出探究的問(wèn)題，學(xué)生需自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究不同的解決方案。從產(chǎn)品制作工藝的改良探究到產(chǎn)品的包裝與銷售，均由學(xué)生自主完成，學(xué)生的科學(xué)探究能力得到了提高。

本研究創(chuàng)設(shè)了富有驅(qū)動(dòng)性的問(wèn)題情境，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。本門課程中的果酒、泡菜、酸奶和饅頭的制作4 個(gè)實(shí)驗(yàn)與生活密切相關(guān)，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行，學(xué)生體會(huì)到了成就感，有利于學(xué)習(xí)興趣的提高。

3.3 STEAM 教育的普及 教學(xué)硬件條件和課程資源是我國(guó)STEAM 課程普及的兩大絆腳石［8］。目前的STEAM 教育實(shí)驗(yàn)設(shè)備和成本要求較高，難以大范圍推廣?！段⑸锸称钒l(fā)酵》課程所需的實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備大部分中學(xué)均能提供，具有教學(xué)硬件和課程資源的普適性，有利于課程的推廣。此外，將STEAM 教育和核心素養(yǎng)中科學(xué)探究能力的培養(yǎng)相對(duì)接［9］，加快了STEAM 教育的“本土化”進(jìn)程，促進(jìn)STEAM 教育在我國(guó)基礎(chǔ)教育的普及。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究面向高一學(xué)生開(kāi)發(fā)了《微生物食品發(fā)酵》校本課程并編寫了校本教材，教學(xué)實(shí)踐表明，在高中校本課程中融入STEAM 理念是一條有效可行的探索途徑。以科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)的知識(shí)目標(biāo)為指導(dǎo)，學(xué)生通過(guò)跨學(xué)科的知識(shí)運(yùn)用解決真實(shí)情境的問(wèn)題，充分發(fā)揮了校本課程教學(xué)與STEAM 教育結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。這激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的科學(xué)探究能力，為校本課程的開(kāi)發(fā)及STEAM 教育的普及提供了新思路。