STEAM理念下的初中生物拓展探究

李 茵

(廣東省廣州市育才中學 廣東 廣州 510080)

1.在STEAM理念下引導(dǎo)學生進行生物學拓展探究的原因

STEAM代表著科學(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Arthritis)、數(shù)學(Mathematics)。STEAM教育就是集科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學多學科整合的綜合教育。強調(diào)對這五個領(lǐng)域進行交叉融合，重視實踐操作，打破了學科之間的界限，與過去傳統(tǒng)的單學科、重書本的教育理念有很大區(qū)別。STEAM教育具備跨學科性、體驗性、情景性、協(xié)作性、設(shè)計性和藝術(shù)性六個核心特征。[1]

一直以來，傳統(tǒng)的學習習慣是分科學習，并把課堂學習作為生物學習的全部，在學習過程中只圍繞著教材中某一個知識點進行學習。就算是新課改后，教材加重了探究的內(nèi)容，但因課時較緊，內(nèi)容較多，教師在課堂教學過程中很難對探究內(nèi)容講深講細，也難以進行拓展。探究內(nèi)容與學生的生活實際聯(lián)系較少，學生在課堂學習后沒有在生活中運用相關(guān)知識，也沒有通過探究進行拓展學習。因此學生不能主動參與探究學習，仍是被動接受知識，這就無法形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，難以養(yǎng)成學科思維的習慣，難以促進學生學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

因此，筆者運用STEAM理念引導(dǎo)學生進行生物拓展探究，通過教學活動融合科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學各學科領(lǐng)域，幫助學生提高收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、獲取新知識的能力、交流與合作的能力。通過將教材上的知識點與學生的生活實際相結(jié)合，激發(fā)學生的學習興趣，使學生通過自身的思考與努力獲得探究的結(jié)果，最終實現(xiàn)對知識的自行吸收。

筆者重點圍繞STEAM教育六個核心特征中的跨學科性、體驗性、協(xié)作性設(shè)計了不同的教學活動，引導(dǎo)學生進行生物學拓展探究。

2.在STEAM理念下引導(dǎo)學生進行生物學拓展探究的策略

2.1 STEAM理念下學生進行生物拓展探究的活動流程。

2.2 跨學科性。跨學科性是STEAM教育最重要的核心特征。要求教師在STEAM教育中，不能再將重點放在某個特定學科或過于關(guān)注學科界限，而要將重心放在待解決的項目問題上，強調(diào)利用科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學這些學科相關(guān)知識解決問題，實現(xiàn)跨學科的教育目標。

學生在課堂上學習了人教版生物八年級上冊中第五單元《生物圈中的其他生物》第四章《細菌和真菌》第五節(jié)《人類對細菌和真菌的利用》后，筆者在STEAM理念下，結(jié)合學生生活中常喝的酸奶，設(shè)計了一個制作并銷售自制酸奶的拓展探究活動。

在探究過程中，學生首先要了解生物學中乳酸菌的相關(guān)知識，掌握利用乳酸菌制作酸奶的方法及步驟；然后運用數(shù)學方法計算制作酸奶所需的各種材料的比例及用量；接著在包裝設(shè)計時要進行藝術(shù)創(chuàng)作，使酸奶包裝更美麗生動，吸引眼球；學生在制定宣傳方案時要運用語言藝術(shù)，創(chuàng)造新穎妙趣的廣告語，提高人們的購買興趣；最后學生在銷售過程中選用漂亮的容器，注重產(chǎn)品的擺盤，展示出產(chǎn)品最吸引人的狀態(tài)，然后用生動的語言向人們推銷產(chǎn)品。

從案例中看出，筆者只是作為一名引路人，引導(dǎo)學生把課堂上所學知識進行拓展探究。在探究過程中，學生把生物、語文、數(shù)學、藝術(shù)等學科知識進行整合和運用，很好地體現(xiàn)了STEAM教育的跨學科性。當學生最終通過自己努力把自制酸奶銷售出去后，心里充滿了成就感，會對下次的拓展探究活動充滿期待，慢慢地，學生就會更主動地進行探究學習。

2.3 體驗性。STEAM教育比傳統(tǒng)教育更強調(diào)讓學生動手、動腦，主動參與學習過程。教師為學生提供動手實踐的學習體驗的機會，學生運用各學科知識應(yīng)對實際問題，發(fā)現(xiàn)、設(shè)計、創(chuàng)造、建構(gòu)、合作并解決問題，因此，STEAM教育具有體驗性特征。學生體驗習得知識的過程中，不僅獲得結(jié)果性知識，還學習到包含在項目問題解決過程中的過程性知識。[2]

無土栽培是人教版生物七年級上冊教材第三單元《生物圈中的綠色植物》第二章《被子植物的一生》第二節(jié)《植株的生長》附屬的科學技術(shù)社會與課外實踐的內(nèi)容。學生學習了植株的生長以及植物生長需要的營養(yǎng)物質(zhì)后，通過無土栽培來對以上知識進行鞏固和應(yīng)用。

筆者在STEAM理念下引導(dǎo)學生對無土栽培進行拓展探究，讓學生體驗無土栽培的過程。在探究活動中，筆者只向?qū)W生提供瓜果類蔬菜用無土栽培原液和葉菜類蔬菜用無土栽培原液，以及配制過程中所需的實驗儀器，告知學生由原液配成栽培營養(yǎng)液的比例。除此之外，與無土栽培相關(guān)的其他知識、無土栽培的方法和步驟需要學生進行自主學習，其他的材料用具要由學生自己準備。

學生在探究過程中需要自己去查找、收集、整理有關(guān)無土栽培的相關(guān)知識，了解并掌握利用原液配制營養(yǎng)液以及用水培方法對蔬菜進行無土栽培的方法和步驟，自行準備無土栽培所用容器，并對其進行一定的處理以便使用。當學生做好前期準備工作后，就開始以小組為單位進行無土栽培的實操。學生在探究過程中會發(fā)現(xiàn)很多問題，然后通過自己的體驗找到解決的方法。例如，學生準備了很多廢棄的塑料瓶作為無土栽培的容器，但在第一次栽培后發(fā)現(xiàn)，在同樣條件下，不透明塑料瓶里的菜苗長得比在透明塑料瓶里的好。筆者引導(dǎo)學生去思考并找出原因是因為透明塑料瓶里的營養(yǎng)液比不透明塑料瓶里的更易蒸發(fā)，導(dǎo)致菜苗根部接觸不到營養(yǎng)液，營養(yǎng)跟不上，所以長勢不好。學生在以后的栽培過程中就都改用不透明的塑料瓶，獲得了很好的效果。

在探究活動中，學生親身體驗了無土栽培的全過程，體現(xiàn)了STEAM教育的體驗性。對于學生來說，收獲的不僅僅是課本上的無土栽培這一結(jié)果性知識點，還學習到蘊含在項目問題解決過程中的過程性知識。學生通過這次探究活動的體驗，收獲到自己親手種植的蔬菜，從而激發(fā)了自身濃厚的學習興趣，提高了觀察能力、創(chuàng)造力。

2.4 協(xié)作性。STEAM教育具有協(xié)作性，強調(diào)在小組合作中相互幫助、啟發(fā)，進行群體性知識建構(gòu)。STEAM教育中問題的解決離不開其他同學、教師或?qū)＜业暮献?。在解決問題的過程中，學生需要與他人進行交流和討論。STEAM教育的協(xié)作性要求學生以小組為單位，共同收集和學習相關(guān)資料、提出和驗證假設(shè)、評價學習成果；同時學生通過交流討論找出完成學習任務(wù)的方法。[2]

學生在學習生物人教版七年級下冊第四單元《生物圈中的人》第二章《人體的營養(yǎng)》第二節(jié)《消化和吸收》的過程中，了解到人的小腸內(nèi)有各種消化酶，其中有蛋白酶。但教材中沒有提到植物中也有蛋白酶，也沒有進一步講解蛋白酶的相關(guān)知識。為了拓展學生的知識面，也為了讓學生更深入地理解蛋白酶是如何分解蛋白質(zhì)的，筆者設(shè)計了《吃硬幣的果凍》這一拓展探究活動。

在前期準備過程中，筆者引導(dǎo)學生分組，把任務(wù)具體化，通過查閱文獻資料的方法進行自學。學生分組，負責查找、收集不同領(lǐng)域關(guān)于蛋白酶的相關(guān)資料，然后一起對收集到的內(nèi)容進行整理。此時，需要學生之間的協(xié)同配合，學生先與同伴交流收集的資料，然后再與同伴一起對資料進行討論、分析、整理，最終獲得關(guān)于蛋白酶的相關(guān)知識。然后，學生在筆者的引導(dǎo)下共同商討、設(shè)計出利用果凍和硬幣來檢驗蔬果中蛋白酶的探究實驗。學生在探究實驗過程中分工合作，有的負責制作果凍，有的負責榨取蔬果汁，有的負責觀察和記錄，只有各施其職，探究實驗才能順利地進行。探究實驗結(jié)束后，探究活動并沒有結(jié)束，筆者要求學生以魔術(shù)的形式向其他同學或家人表演《吃硬幣的果凍》，這樣學生就要進一步地與他人進行表達和交流。

學生在小組合作完成拓展探究過程中體現(xiàn)了STEAM教育中的協(xié)作性，學生在組內(nèi)交流過程中相互尊重，善于聆聽，樂于助人，與本組成員共同提高，共同分享成功的喜悅，培養(yǎng)了學生的良好品質(zhì)。學生通過成員之間的表達和交流，大膽地將自己的疑惑和見解通過語言表達出來，在交流過程中主動與別人交往，形成自己獨立思想的能力，促進了學生的全面發(fā)展。

3.探究實踐反思

筆者以STEAM教育理念為指導(dǎo)，結(jié)合生物學科學核心素養(yǎng)，將科學、技術(shù)、工程、數(shù)學 、藝術(shù)等學科與生物學有機融合，圍繞著STEAM教育的六大核心特征中的跨學科性、體驗性、協(xié)作性設(shè)計了不同的拓展探究活動，引導(dǎo)學生進行生物學拓展探究。例如，在制作酸奶的案例中，引導(dǎo)學生把課堂上所學知識進行拓展探究，把生物、語文、數(shù)學、藝術(shù)等學科知識進行整合和運用，很好地體現(xiàn)了STEAM教育的跨學科性。在無土栽培案例中，學生親身體驗了無土栽培的全過程，體現(xiàn)了STEAM教育的體驗性。也激發(fā)了學生自身濃厚的學習興趣，提高了觀察能力、創(chuàng)造力，也拓展了視野。學生在《吃硬幣的果凍》拓展探究活動中都有表現(xiàn)自我的機會，在小組合作過程中相互尊重，善于聆聽，樂于助人，與本組成員共同提高，共同分享成功的喜悅，體現(xiàn)了STEAM教育中的協(xié)作性。雖然三個拓展探究活動的內(nèi)容不同，但都突出了學生在探究中的主體地位。在STEAM理念下，教師創(chuàng)造機會激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)展學生主動探索的能力和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。學生通過跨學科的融合，在解決實際問題的過程中，由被動接受學習變成自主學習和合作學習，不僅得到結(jié)果性的知識，還獲得過程性的知識，從而改變了知識結(jié)構(gòu)，提高了學科核心素養(yǎng)。