基于STEAM理念的中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)選修課程設(shè)計(jì)
——以 “研制永生花” 為例

白 婧，黃 奧，范麗仙，韓 寧

（云南師范大學(xué) 云南 昆明 650500）

STEAM教育是美國國家科學(xué)基金會(huì)于20世紀(jì)90年代提出的，融合了科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等多門學(xué)科的全新教育理念[1]。STEAM教育是將多門學(xué)科知識(shí)融會(huì)貫通的綜合性教育，目的是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用及團(tuán)隊(duì)合作等多方面的能力[2]。STEAM課程是綜合性較強(qiáng)的課程，在知識(shí)系統(tǒng)性方面較分科課程弱一些，不能用其取代其他常規(guī)課程來學(xué)習(xí)文化知識(shí)，開設(shè)STEAM課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)造能力，因此STEAM綜合課程最好作為學(xué)校的選修課開展。[3]

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中建議從 “現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用” “職業(yè)規(guī)劃前瞻” “學(xué)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)” 三個(gè)方向發(fā)揮學(xué)校和教師的積極性及創(chuàng)造性，開設(shè)具有地方特色或?qū)W校特色的校本課程[4]。中國花卉資源豐富，有 “世界園林之母” 的美譽(yù)，花卉深加工產(chǎn)品已走進(jìn)千家萬戶。永生花是以鮮花為原材料加工成的一類干燥花，既保持了鮮花的特質(zhì)，又可延長(zhǎng)保存時(shí)間，是理想的花卉深加工產(chǎn)品。本文從生物學(xué)的 “現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用” 出發(fā)，選擇 “研制永生花” 這一具有學(xué)科交融性和實(shí)踐操作性的實(shí)驗(yàn)作為STEAM選修課的主題內(nèi)容，根據(jù)STEAM教育理念指導(dǎo)設(shè)計(jì) “研制永生花” 的中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)選修課程，為STEAM課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供參考。

1 課程設(shè)計(jì)

1.1 課程簡(jiǎn)介

本門課程是以STEAM教育理念為指導(dǎo)的中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)選修課，課程名稱為 “研制永生花” ，是科學(xué)實(shí)踐類課程。永生花是采用溶液置換等手段，使鮮花經(jīng)過脫水、脫色、染色和干燥等一系列加工工序制作而成的一類干燥花[5]。其在視覺和觸覺上都與真花保持一致[6]。根據(jù)需求對(duì)永生花進(jìn)行加工，可以制作出個(gè)性化的精美產(chǎn)品。在本門課程中，學(xué)生通過探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，親自動(dòng)手實(shí)踐研制永生花，并對(duì)永生花進(jìn)行產(chǎn)品加工和推廣，在此過程中提高了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用和團(tuán)隊(duì)合作等多方面的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

1.2 課程目標(biāo)

“研制永生花” 的實(shí)驗(yàn)選修課是將相關(guān)科學(xué)知識(shí)和方法技術(shù)運(yùn)用到永生花的實(shí)際生產(chǎn)模擬中，以此培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、工程思維以及審美情趣。根據(jù)學(xué)生現(xiàn)階段的知識(shí)基礎(chǔ)和能力基礎(chǔ)，要求學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)理解實(shí)驗(yàn)原理、思考改良措施[7]。本門課程要達(dá)到的具體課程目標(biāo)見表1。

表1 “研制永生花” 的課程目標(biāo)

1.3 課程框架與內(nèi)容

本門課程分為4個(gè)環(huán)節(jié)共10個(gè)課時(shí)，課程框架見表2。

表2 課程框架表

1.3.1 創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

教師播放 “春城” 昆明的宣傳視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考：如何延長(zhǎng)鮮花的保存時(shí)間？如何得到自然界中本不存在的特殊顏色的鮮花？進(jìn)而展示永生花的相關(guān)圖片，介紹制作永生花的背景知識(shí)，包括市場(chǎng)價(jià)格、產(chǎn)業(yè)規(guī)模及其實(shí)用價(jià)值。

制作永生花主要分為選材、脫水脫色、染色和干燥四個(gè)步驟?，F(xiàn)多采用甲醇和乙醇的混合液（后文稱A液）脫去鮮花的水分、消除本身的顏色，使花瓣呈現(xiàn)透明狀態(tài)；再用不易揮發(fā)且安全性較高的聚乙二醇（B液）代替鮮花中的水分，最大限度保持細(xì)胞充盈，從而使得永生花能保持鮮花的質(zhì)感。在B液中加入不同顏色的染色劑，配制成著色保鮮液，浸泡后可改變鮮花原本的顏色。最后將浸泡好的花朵用干燥劑進(jìn)行干燥、定型即成為永生花。

教師在講授永生花的基本原理和制作方法的過程中，引導(dǎo)學(xué)生思考影響永生花品質(zhì)的因素，如A液的配比、試劑處理時(shí)間等對(duì)脫水脫色的效果和花朵外觀造成的影響，各小組據(jù)此提出想要探究的問題，為探究如何提升永生花的品質(zhì)、優(yōu)化制作方案做好鋪墊。其次，引導(dǎo)學(xué)生思考永生花在實(shí)際生產(chǎn)和銷售中如何拓展市場(chǎng)并降低成本。通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，體現(xiàn)了STEAM教育的情境性[8]。

1.3.2 深入探究，開展實(shí)驗(yàn)

學(xué)生小組合作查閱文獻(xiàn)資料，根據(jù)提出的問題自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并在教師的指導(dǎo)下對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修正與完善。為了方便實(shí)驗(yàn)探究并節(jié)約時(shí)間和成本，可用花瓣進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，探究不同影響因素對(duì)鮮花脫水脫色的效果和花瓣外形的影響。經(jīng)過醇類溶液處理后，花瓣的重量在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)生明顯的變化，重量的變化在一定程度上指示了一段時(shí)間內(nèi)花瓣組織內(nèi)溶液置換的程度。因此，可以從重量變化對(duì)脫水效果進(jìn)行定量分析。其次可以通過對(duì)花瓣脫色程度、皺縮程度和完整程度等對(duì)脫水脫色后的花瓣外形進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

各小組在實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在課后利用計(jì)算機(jī)軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析，如繪制折線圖、柱狀圖等，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告單的填寫。在設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)的過程中，掌握探究實(shí)驗(yàn)的基本思路和方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。相比于直接給出制作方案，這樣的步驟安排更能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

1.3.3 自主驅(qū)動(dòng)，優(yōu)化方案

學(xué)生完成探究實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行小組間的合作學(xué)習(xí)，交流實(shí)驗(yàn)成果，綜合對(duì)比各小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，討論如何優(yōu)化永生花的制作方案。每個(gè)小組按照優(yōu)化方案至少制作出兩朵完整的永生花。在科學(xué)探究的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，同時(shí)對(duì)研制永生花的整個(gè)過程進(jìn)行反思和總結(jié)，填寫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告單中。

1.3.4 產(chǎn)品加工，匯報(bào)結(jié)果

小組合作設(shè)計(jì)永生花的產(chǎn)品加工和銷售方案，利用周末收集產(chǎn)品加工所需材料，提倡使用廢舊塑料瓶、玻璃罩、木板等可循環(huán)使用的材料。小組合作進(jìn)行永生花的加工，可以制作永生花籃、扇子、吊墜等多種產(chǎn)品[9]。每位同學(xué)將小組最終完成的永生花產(chǎn)品圖片粘貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告單上，并簡(jiǎn)單描述設(shè)計(jì)理念。利用 “產(chǎn)品銷售” 的情景，學(xué)生可以根據(jù)自己的喜好，在考慮到產(chǎn)品批量生產(chǎn)和銷售策略的基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，體現(xiàn)工程思維和藝術(shù)思維。學(xué)生在此過程中體會(huì)科學(xué)之美、藝術(shù)之美，體現(xiàn)了跨學(xué)科整合的STEAM教育理念[10]。與此同時(shí)，通過改造廢舊物品，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

學(xué)生可借助多媒體以 “產(chǎn)品發(fā)布會(huì)” 的形式進(jìn)行產(chǎn)品匯報(bào)和推廣。其他小組根據(jù)美觀性（產(chǎn)品外觀美觀精致）、創(chuàng)新性（產(chǎn)品構(gòu)思新穎，有創(chuàng)意）、環(huán)保性（充分利用廢舊物品，使用環(huán)保材料）、市場(chǎng)前景（產(chǎn)品物美價(jià)廉，能批量生產(chǎn)和推廣）和匯報(bào)情況（產(chǎn)品推廣員的語言流暢、清晰，有感染力）等五個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終評(píng)選出不同等級(jí)的獎(jiǎng)項(xiàng)。在此過程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高團(tuán)隊(duì)合作能力。同時(shí)，學(xué)生需要考慮產(chǎn)品的制作成本、是否能批量生產(chǎn)、是否環(huán)保等問題，體現(xiàn)數(shù)學(xué)思維、工程思維和環(huán)保理念。

1.4 課程評(píng)價(jià)

本門課程的評(píng)價(jià)采用學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)和教師評(píng)分的多元評(píng)價(jià)方式，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的效率，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)生自評(píng)以實(shí)驗(yàn)報(bào)告單中的 “實(shí)驗(yàn)反思” 部分呈現(xiàn)，要求每位學(xué)生有自己對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的思考和評(píng)價(jià)，占30%；小組互評(píng)以 “產(chǎn)品發(fā)布會(huì)” 中的互評(píng)形式呈現(xiàn)，占30%；教師評(píng)分為平時(shí)表現(xiàn)評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告單評(píng)價(jià)兩個(gè)部分，各占20%。

2 實(shí)施建議

課程開始前，教師應(yīng)進(jìn)行多次預(yù)實(shí)驗(yàn)，便于指導(dǎo)學(xué)生調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。教師應(yīng)該做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，例如提前分組，以便小組成員更加有效地完成實(shí)驗(yàn)；提前確定學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的空余時(shí)間，防止出現(xiàn)混亂。教師應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全注意事項(xiàng)，培養(yǎng)學(xué)生良好、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。教師可以利用視頻、圖片、文字材料等多種形式介紹永生花的相關(guān)知識(shí)，通過真實(shí)情景激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力。教師可提供參考文獻(xiàn)幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)和研究，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供建議和鼓勵(lì)，引導(dǎo)、輔助學(xué)生完成STEAM課程學(xué)習(xí)，在整個(gè)學(xué)習(xí)中指導(dǎo)學(xué)生的發(fā)展和進(jìn)步[11]。教師在課后收集學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告單，對(duì)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神進(jìn)行進(jìn)一步的指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。

3 結(jié)語

STEAM教育理念提倡以學(xué)生為主體，在教學(xué)活動(dòng)中融合多門學(xué)科的知識(shí)或技能，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、表達(dá)能力和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和人文素養(yǎng)，倡導(dǎo)學(xué)生在基于項(xiàng)目或問題的學(xué)習(xí)活動(dòng)中發(fā)揮主觀能動(dòng)性[12]。STEAM教育的出現(xiàn)，需要教師進(jìn)行身份的轉(zhuǎn)換，教師不再是課本知識(shí)的 “傳輸者” ，而是課程的 “開發(fā)者” 。在課程開發(fā)的過程中，不能出現(xiàn) “重形式輕過程” 的問題，教師需要深刻理解STEAM教育理念的內(nèi)涵，不拘泥于固定模式，做到因材施教。對(duì)于中學(xué)階段的學(xué)生，應(yīng)該運(yùn)用多種形式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，通過問題情景引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)科學(xué)理論知識(shí)。作為一線教師，應(yīng)該對(duì)STEAM的教育理念有更加深入的理解，綜合考慮學(xué)生、學(xué)校、地區(qū)的情況，因地制宜，開展特色的STEAM課程。