STEAM 教育理念下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)
——以葉脈書簽的制作為例

王 紀(jì)，趙鈺婷

（南京曉莊學(xué)院，江蘇 南京 211171）

小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)STEAM 課程設(shè)計(jì)，是將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)融入教學(xué)實(shí)踐，從而創(chuàng)新小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。本文結(jié)合實(shí)際教學(xué)案例，探討如何利用STEAM 教育理念對(duì)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在課程設(shè)計(jì)中引入STEAM 理念有以下意義：（1）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。（2）發(fā)展學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作與交流表達(dá)能力。（3）培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)素養(yǎng)。（4）有利于小學(xué)科學(xué)課標(biāo)提出的探究式學(xué)習(xí)、保護(hù)學(xué)生的好奇心和求知欲、突出學(xué)生的主體地位等課程基本理念的實(shí)現(xiàn)。

一、課程目標(biāo)

（一）知識(shí)與技能目標(biāo)

了解葉片的結(jié)構(gòu)和葉脈書簽制作的原理；學(xué)會(huì)選擇合適的工具和材料，制作出完整的葉脈書簽；掌握簡(jiǎn)單的科學(xué)實(shí)驗(yàn)技巧，提高科學(xué)素養(yǎng)。

（二）過程與方法目標(biāo)

小組討論后提出實(shí)驗(yàn)方案，并探究在動(dòng)手操作的過程中，體驗(yàn)手工工藝的創(chuàng)意制作過程和方法。

（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

保持和發(fā)展學(xué)生對(duì)周圍世界的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和探索精神，培養(yǎng)學(xué)生親近自然、欣賞自然的意識(shí)，提高學(xué)生的交流和合作意識(shí)。

通過裝飾和美化葉脈書簽，提高美術(shù)素養(yǎng)；通過互相贈(zèng)予葉脈書簽提高同學(xué)之間的友情。體驗(yàn)知識(shí)綜合、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、工程制作和藝術(shù)創(chuàng)作的樂趣。

二、課程內(nèi)容及過程

在《葉脈書簽》的STEM 教學(xué)活動(dòng)中，采用PBL 教學(xué)法，堅(jiān)持“以學(xué)生為中心，以問題為基礎(chǔ)”的原則。教師根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，制定教學(xué)流程，讓學(xué)生體驗(yàn)手工工藝的創(chuàng)意制作過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力，提升審美情趣。在師生有效互動(dòng)的前提下，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果。本教案將整個(gè)活動(dòng)分為“問題與聚焦”“調(diào)查與研究”“制作與設(shè)計(jì)”“展示與評(píng)價(jià)”“拓展與應(yīng)用”五個(gè)環(huán)節(jié)。

（一）問題與聚焦

【活動(dòng)說明】本環(huán)節(jié)是整個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的起始環(huán)節(jié)，主要是創(chuàng)設(shè)一個(gè)解決生活中實(shí)際問題的情境，讓學(xué)生充分感受到活動(dòng)的趣味性和真實(shí)性，調(diào)動(dòng)他們參與活動(dòng)的積極性。

活動(dòng)1：如何留住秋天？

教師在課上提出：進(jìn)入秋天，天氣轉(zhuǎn)冷，許多樹葉經(jīng)不住涼風(fēng)習(xí)習(xí)，被吹落在地，化作春泥。而回想秋日里那飄灑在空中的葉子，它們把大地點(diǎn)綴得那么美麗真讓人懷念。怎么才能留住樹葉，留住秋天呢？

學(xué)生思考：可以畫畫，可以拍照，可以為它寫詩。

教師引導(dǎo)：我們不妨親手做一個(gè)葉脈書簽，既美觀，又具有一定的實(shí)用意義。

（二）調(diào)查與研究

【活動(dòng)說明】本環(huán)節(jié)學(xué)生將完成實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備。通過這個(gè)活動(dòng)，也讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)活動(dòng)背后的生物、化學(xué)知識(shí)，并且進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備，使學(xué)生具有一定的工程素養(yǎng)。

活動(dòng)2：制葉的“盤算”

教師展示葉脈書簽成品，同學(xué)們觀賞，同時(shí)思考：葉脈書簽制作的原理是什么？葉脈書簽是如何制作的？制作葉脈書簽需要哪些材料？教師進(jìn)行問題的匯總，提出活動(dòng)任務(wù)：了解葉片的結(jié)構(gòu)、了解葉脈書簽制作的科學(xué)原理、梳理制作葉脈書簽的實(shí)驗(yàn)過程、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)工具和材料。請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位，通過查閱書本或進(jìn)行網(wǎng)上搜索，解決以上問題。

在此活動(dòng)中，通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、小組的合作學(xué)習(xí)、班級(jí)的分享交流讓學(xué)生了解到：（1）葉片由表皮、葉肉和葉脈3 部分組成。（2）熱堿液能腐蝕表皮和葉肉中的蛋白質(zhì)，而構(gòu)成葉脈的纖維素不易被堿腐蝕。因此，采用熱堿液處理葉片時(shí)葉脈可以被保留。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)生設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)步驟：采葉、配液、煮葉、刷葉。根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，整理出實(shí)驗(yàn)所需要的工具，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備。

活動(dòng)3：選葉的“眼光”

根據(jù)學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)，生活中的葉片各種各樣，千奇百怪，如卵圓型的桂葉、扇形的銀杏葉、巴掌形的楓葉、針狀的松葉、心型的丁香葉、菱形的烏桕葉等等，這些植物葉片除了形狀不同，其薄厚、紋理、質(zhì)地也不盡相同。在此活動(dòng)中，教師提出選擇葉片要有“眼光”，看看哪位同學(xué)最具慧眼，選擇的葉子最適合做葉脈書簽。

首先，讓同學(xué)們通過觀察、觸摸，把采集來的各種樹葉分類。其次，讓同學(xué)們根據(jù)是否適合做成葉脈書簽進(jìn)行投票，并講一講各自的理由。然后，選出最受歡迎的植物葉片。如果同學(xué)選出的最受歡迎葉片不是最適合做葉脈書簽的葉片，這時(shí)教師可以進(jìn)一步提示：制作葉脈書簽要選擇外形完整、大小合適、具有網(wǎng)狀葉脈的植物葉片；幼嫩的植物葉片，易煮爛，但葉脈也容易被刷壞；老的葉子，不易煮透，葉脈也可能不完全。最后，根據(jù)教師的提示，學(xué)生們重新選擇，選出最適合做葉脈書簽的植物葉片。

（三）設(shè)計(jì)與制作

【活動(dòng)說明】本環(huán)節(jié)，學(xué)生要通過3 個(gè)子環(huán)節(jié)來完成葉脈書簽的制作。通過煮葉的“火候”和刷葉的“技巧”兩個(gè)活動(dòng)，學(xué)生能夠收獲科學(xué)和工程方面的知識(shí)，而裝點(diǎn)的“藝術(shù)”能夠讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)具有自己個(gè)性的葉脈書簽，培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)創(chuàng)造能力。

活動(dòng)4：煮葉的“火候”

在實(shí)驗(yàn)開始前，教師應(yīng)當(dāng)采用微視頻的形式將實(shí)驗(yàn)過程展示給學(xué)生。在煮葉前，教師需要告知學(xué)生一些實(shí)驗(yàn)安全知識(shí)，比如注意佩戴實(shí)驗(yàn)手套，在使用酒精燈和一些化學(xué)試劑時(shí)要注意安全等等。通過演示教授學(xué)生一些基本實(shí)驗(yàn)操作技能，如酒精燈的正確使用方法、燒杯的使用方法、藥品取用方法、稱量方法等等。實(shí)驗(yàn)過程中既要保證學(xué)生的安全，又要使其掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能，讓學(xué)生充分體驗(yàn)到動(dòng)手的樂趣，又掌握了應(yīng)會(huì)的知識(shí)技能。特別是過程中一定要注意，學(xué)生起主導(dǎo)作用，教師起輔助作用。

在此活動(dòng)中，教師要提醒學(xué)生煮葉過程需要關(guān)注“火候”。學(xué)生需要進(jìn)行預(yù)判和自主實(shí)驗(yàn)，在煮葉的過程中觀察葉片的變化，并及時(shí)記錄下時(shí)間和葉片的狀態(tài)。當(dāng)溶液變?yōu)樯钌?，葉片柔軟且背面有氣泡凸起時(shí)，停止加熱，用鑷子取出葉片，放在燒杯中備用。記錄單要提前設(shè)計(jì)好，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)能力。

活動(dòng)5：刷葉的“技巧”

在此活動(dòng)中，教師首先要提醒學(xué)生在刷葉前用自來水沖洗植物葉片3～5 次，去除表面殘留堿液。接著，讓同學(xué)們自主探索，如何才能刷出又干凈又完整的葉脈。不少同學(xué)在嘗試過程中會(huì)出現(xiàn)以下問題：牙刷傾斜角度較大且用力過大，主葉脈會(huì)產(chǎn)生裂痕，導(dǎo)致葉片廢棄；葉片邊緣的葉肉不易用牙刷刷掉。在同學(xué)們的合作互助、經(jīng)驗(yàn)交流和不斷地嘗試中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，為了獲得完整、干凈的葉脈，須掌握以下操作要領(lǐng)：（1）傾斜牙刷，使牙刷與葉片之間呈45°夾角，該角度容易刷掉葉肉；（2）避免來回刷，應(yīng)按住葉片一端，朝同一方向刷洗葉片；（3）從葉片外側(cè)向內(nèi)刷的方式可有效去除主葉脈邊的葉肉，避免造成撕裂；（4）由于葉片下表面細(xì)胞排列較為疏松，其葉肉比上表面更容易被去除，所以，可以先刷葉片的下表面，再刷葉片的上表面；（5）使用指甲輕輕刮去葉片邊緣的葉肉。學(xué)生觀察刷好的葉脈，發(fā)現(xiàn)葉脈分布密集、相互交錯(cuò)連接、質(zhì)地堅(jiān)韌，且所有葉脈并不 在同一平面上，還呈現(xiàn)出輕微彎曲狀等。學(xué)生通過討論葉脈結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，能夠獲得一些生物學(xué)的知識(shí)。

活動(dòng)6：裝點(diǎn)的“藝術(shù)”（1 課時(shí)）

在此活動(dòng)中，學(xué)生自主設(shè)計(jì)裝飾點(diǎn)綴自己的葉脈書簽。學(xué)生將刷好的葉脈放入培養(yǎng)皿中，加人適量的84 消毒液進(jìn)行漂白，2～3 分鐘后取出，用自來水漂洗于凈。為使葉脈吸干水分快速定型，可以將其放入舊書壓平。學(xué)生可以通過水粉對(duì)葉脈書簽進(jìn)行染色、干花標(biāo)本點(diǎn)綴或粘貼和紙膠帶等方式裝飾葉脈，然后進(jìn)行塑封。塑封后，可以在靠近葉柄段打孔，系上流蘇。至此，學(xué)生DIY 的精美葉脈書簽就制作完成了。

裝飾葉脈的環(huán)節(jié)為全體學(xué)生提供了參與活動(dòng)的機(jī)會(huì)。學(xué)生根據(jù)自己的喜好發(fā)揮靈感、自由創(chuàng)作，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣。在本節(jié)課中，學(xué)生通過付出勞動(dòng)獲得成功，充分感受到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)帶來的成就感。

（四）展示與評(píng)價(jià)

【活動(dòng)說明】本環(huán)節(jié)是一個(gè)綜合體驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生將展示各自的葉脈書簽作品。首先，展示的過程要有序進(jìn)行。其次，對(duì)于葉脈書簽的成品效果，不能用商品的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)，而要采用開放性的評(píng)價(jià)方式，師生共同討論制訂評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

活動(dòng)7：葉脈書簽作品展（1 課時(shí)）

開展一場(chǎng)葉脈書簽的作品展。在活動(dòng)開始前，學(xué)生們要共同設(shè)計(jì)教室的布局，哪塊區(qū)域放置學(xué)生作品，哪塊區(qū)域供觀賞者駐足、觀賞。學(xué)生還要設(shè)計(jì)宣傳單，分發(fā)給其他班級(jí)的同學(xué)、老師，使得感興趣的師生都來作品展進(jìn)行觀摩、評(píng)價(jià)。還需要教師安排好現(xiàn)場(chǎng)的秩序、安全等。

關(guān)于葉脈書簽成果的評(píng)價(jià)，不應(yīng)該由教師一方來評(píng)定，應(yīng)該由教師評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)、作品展觀眾評(píng)價(jià)多方進(jìn)行。另外，也不應(yīng)該過度重視結(jié)果性評(píng)價(jià)，還應(yīng)在整個(gè)活動(dòng)過程中對(duì)學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行及時(shí)記錄，形成過程性評(píng)價(jià)。

在所有活動(dòng)落下帷幕后，學(xué)生可以互贈(zèng)自己的葉脈書簽，加深朋友間的友誼。也可以用于感謝，贈(zèng)給自己的小組里互幫互助的成員或陪伴、輔助實(shí)驗(yàn)的教師等等。

（五）拓展與應(yīng)用

【活動(dòng)說明】將科學(xué)實(shí)驗(yàn)生活化，讓葉脈書簽的實(shí)驗(yàn)走進(jìn)生活?？紤]到實(shí)驗(yàn)使用的氫氧化鈉、碳酸氫鈉等化學(xué)試劑在人們的普通生活中難以獲取，可以思考，生活中的哪些物品可以替代實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)試劑。考慮到環(huán)保和節(jié)能問題，可以思考，實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的哪些工具可以換用其他工具。

活動(dòng)8：更進(jìn)一步（1 課時(shí)）

（1）生活中的物品代替實(shí)驗(yàn)用品。家里的鍋爐可以替代酒精燈和燒杯，生活中的小蘇打就是指碳酸氫鈉，氫氧化鈉可以用食品包裝袋里面的干燥劑熟石灰（Ca（OH）2）和家里蒸饅頭用的純堿（Na2CO3）制成。漂白過程中的84 消毒液可以用洗衣粉代替。

（2）環(huán)保節(jié)能問題。實(shí)驗(yàn)時(shí)選用報(bào)紙、廢書、廢舊牙刷，能夠增強(qiáng)學(xué)生“廢物再利用”的意識(shí)。

本設(shè)計(jì)案例說明：“葉脈書簽”STEAM 活動(dòng)可以根據(jù)實(shí)際任務(wù)計(jì)劃課時(shí)，也可以通過課內(nèi)與課外相結(jié)合完成。