STEAM教育在初中生物教學中的運用

摘 要：STEAM教育是一種新型教育模式。在初中生物教學中運用STEAM教育，不僅能夠改變學生被動學習的局面，還能打破學科邊界，培養(yǎng)學生綜合運用多學科知識技能的意識和能力。文章分析了STEAM教育在初中生物教學中的運用意義，從創(chuàng)設跨學科融合情境、進行STEAM案例分析、設計STEAM操作活動、策劃STEAM項目探究、設計STEAM生物作業(yè)五個方面，論述了STEAM教育在初中生物教學中的運用策略。

關鍵詞：STEAM教育；初中生物學；教學策略

基金項目：本文系2021年甘肅省平涼市教育科學規(guī)劃課題“STEAM教育在初中生物教學中的實施策略研究”（課題立項號：［2021］PLG518）的研究成果。

作者簡介：吳霞（1987—），女，甘肅省平涼市第四中學。

在初中生物教學中運用STEAM教育，能調動學生生物學習主動性，提升學生動手操作、創(chuàng)新創(chuàng)造、人文素養(yǎng)等能力品質，是實現(xiàn)生物跨學科教育的主要途徑。為此，教師應該明確STEAM教育在初中生物教學中的運用意義，根據(jù)生物學課程內容和學生實際學情，將STEAM教育元素滲透到生物教學的各環(huán)節(jié)，堅持多學科融合思想，創(chuàng)設生物教學情境，開展豐富多彩的STEAM探究活動，從而有效培養(yǎng)學生的生物學科核心素養(yǎng)。

一、STEAM教育在初中生物教學中的運用意義

所謂STEAM教育，主要是指集科學、技術、工程、藝術、數(shù)學于一體的集成式教育模式。初中生物教學領域的STEAM教育，要求教師根據(jù)生物學課程目標，引入科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等方面的內容，為學生創(chuàng)設趣味化學習情境，設計具有團隊協(xié)作、動手操作元素的生物探究活動，從而提高學生的生物學習效果和綜合素養(yǎng)。經過學情調查和理論實踐研究，筆者將STEAM教育在初中生物教學中的運用意義總結為如下兩個方面。

第一，有助于激發(fā)學生的生物學習興趣。在新課標背景下的初中生物教學中，教師要重視調動學生的學習主動性。生物學科知識具有一定的抽象性，學生理解起來存在一定難度，這會導致學生的生物學習態(tài)度不夠積極。而在生物教學中運用STEAM教育，能有效激發(fā)學生的生物學習興趣。STEAM教育的基本特點是多學科融合，能夠拓寬學生認知生物知識的空間。在生物教學中，教師可以根據(jù)課程知識點，搜集生物知識在科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等領域的應用資料，并以圖文、視頻、動畫等形式呈現(xiàn)給學生，為學生營造直觀的生物學習情境，從而讓學生認識到生物和其他學科的密切聯(lián)系。這樣不僅能使學生感受到生物世界的魅力和精彩，而且能擴充學生的跨學科知識儲備，使學生對生物知識的學習由被動變?yōu)橹鲃印?/p>

第二，有助于培養(yǎng)學生的生物探究和實踐創(chuàng)新能力。生物學科教學強調探究、實踐和創(chuàng)新，然而在傳統(tǒng)的灌輸式教學模式下，學生難以有效發(fā)揮主體作用，缺乏充足的自主探究和實踐機會。在初中生物教學中引入STEAM教育，最重要的意義就是有助于培養(yǎng)學生的生物探究和實踐創(chuàng)新能力。STEAM教育倡導學生進行協(xié)作探究、創(chuàng)意設計和動手操作。教師可以根據(jù)生物教學需要，以數(shù)學與科學為中心，結合工程技術和藝術元素，為學生創(chuàng)設生物模型制作、圖像繪制等實踐探究項目，組織學生以小組為單位，運用多學科知識技能，通過動手操作和創(chuàng)新實踐，合作完成生物實踐項目，這樣能鍛煉學生的探究、協(xié)作、動手實踐、創(chuàng)新創(chuàng)造能力，充分彰顯STEAM教育的運用意義。

二、STEAM教育在初中生物教學中的運用策略

（一）創(chuàng)設跨學科融合情境，激發(fā)學生的生物學習興趣

傳統(tǒng)生物教學的內容和手段都比較單一，學生在課堂上難以獲得新奇的學習體驗，無法對生物學科的學習產生較強的興趣。而STEAM教育具有多學科融合的特點，會涉及不同學科的知識。研究表明，教師在生物教學中引入其他學科的拓展資料，更容易集中學生的注意力。為此，教師應將STEAM教育運用于初中生物教學中，堅持知識跨界和場景多元的原則，結合生物學課程要點，搜集整理與課程內容有關的STEAM拓展資料，并借助信息化工具，以圖文、影像等形式展示給學生，創(chuàng)設跨學科融合情境，引導學生圍繞情境內容展開探討、交流，使學生了解生物知識在其他領域的具體應用和表現(xiàn)，最終激發(fā)學生的生物學習興趣。例如，在“鳥的生殖和發(fā)育”一課的教學中，教師可創(chuàng)設多學科融合情境，在電子白板上展示自然界中各類鳥巢的圖片和國家體育場“鳥巢”的圖片，同時布置任務：仔細觀察自然界的鳥巢和國家體育場“鳥巢”，說說它們之間有什么相似之處。學生討論后會得出：“鳥巢”體育場的基座和場館結構匯聚成網格狀，就像一個由樹枝編織而成的鳥巢一樣，結構設計上兩者十分相似。通過這樣的情境，教師能將仿生、工程、技術、藝術等學科的元素巧妙地融入生物教學中，讓學生對生物新課內容產生探索興趣。接著，教師再為學生播放白鷺等多種鳥類生殖發(fā)育過程的視頻資料，并提出問題：鳥類的生殖和發(fā)育過程一般包括哪幾個階段？學生探討后能得出：鳥類的生殖和發(fā)育過程一般包括求偶、交配、筑巢、產卵、孵卵和育雛六個階段。教師通過創(chuàng)設跨學科融合情境，能實現(xiàn)STEAM教育與生物學課程的初步整合，讓學生系統(tǒng)建構鳥的生殖和發(fā)育的概念，了解生物學知識在建筑工程設計中的實踐應用^［1］。

（二）進行STEAM案例分析，鍛煉學生的科學思維能力

科學思維是生物核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學生必須具備的素養(yǎng)。STEAM教育的核心理念就是發(fā)展學生的科學思維，其強調問題生成和批判構建。教師運用STEAM教育，為學生精選相應的真實案例，引導學生挖掘案例中的生物知識以及STEAM要素，能夠促使學生養(yǎng)成尊重事實、嚴謹務實的求知態(tài)度。為此，在初中生物教學中運用STEAM教育時，教師應重視對STEAM案例的分析，利用打破學科界限的案例素材，通過設問啟發(fā)、合作共議等方式，幫助學生學習新知，從而鍛煉學生的科學思維能力^［2］。例如，在“植物的生殖”一課的教學中，教師可以進行STEAM案例分析，在白板上展示桃花和桃子的圖片，以及桃樹從開花到結果的過程示意圖。在學生了解案例內容后，教師可提出問題：從美麗的桃花到大大的桃子，中間經歷了哪些過程？學生分析案例后能得出：桃花盛開后，先是經過昆蟲傳粉，而后花瓣等逐漸凋落，留下子房部分繼續(xù)長大，最后發(fā)育成大大的桃子。然后，教師可繼續(xù)提出問題：在桃花變成果實的過程中，哪些結構的作用最大？學生在交流后能得出：雄蕊和雌蕊的作用最大，雄蕊花藥里有花粉，花粉可產生精子；雌蕊包括子房、柱頭和花柱，子房里有胚珠，胚珠里有卵細胞。接著，教師可讓學生簡略畫出雌蕊和雄蕊的示意圖，并在圖中準確標出花粉和卵細胞的位置。隨后，教師再組織學生合作梳理案例內容，并提出問題：從桃樹的案例來看，有性生殖具有什么特點？學生思考交流后能得出：有性生殖的后代具有雙親的遺傳特性。最后，教師可鼓勵學生使用多媒體設備，搜索其他能夠進行有性生殖的植物案例。學生動手搜索后可得到結果：有性生殖的植物還有玉米、黃瓜、西紅柿、櫻桃、蘋果、草莓……在這樣的STEAM案例分析教學中，學生既能感受到自然植物的美，又能提升信息資源獲取能力和科學思維能力，最終獲得生物學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（三）設計STEAM操作活動，強化學生的生物實踐技能

生物是一門重實踐的學科，學生在學習生物知識時，往往需要依托實踐探究才能透徹地理解相應的原理。STEAM教育有別于傳統(tǒng)的單學科和重書本知識的教育方式，更強調發(fā)展學生的綜合能力，這與生物學科教學目標不謀而合。在初中生物教學中運用STEAM教育時，教師應該重視STEAM教育重實踐的特點，根據(jù)課程內容設計STEAM操作活動，在操作活動中融入科學、數(shù)學、藝術等元素，給學生提供動手動腦、實踐探索的機會，從而助力學生深入領會生物知識，提升生物實踐技能^［3］。例如，在“鳥的生殖和發(fā)育”一課中探究鳥卵的外形和結構時，教師可開展STEAM操作活動，先在白板上出示不同的鳥和鳥卵的圖片，讓學生上臺動手連線，為不同的鳥卵找“媽媽”。這樣通過動手連圖操作，學生能認識到不同鳥卵在大小、花色等方面存在差異。然后，教師可給學生提供雞蛋、解剖剪、鑷子、放大鏡、針管、解剖針等工具材料，組織學生分小組對雞蛋進行解剖。學生在解剖后能得知：雞蛋的結構包括蛋殼、蛋殼膜、氣室、蛋白、蛋黃、系帶等。接著，教師可繼續(xù)提出問題：受精卵在孵化過程中會形成胚胎，胚胎發(fā)育需要氧氣，可外面是蛋殼，那氧氣從哪里來呢？學生進一步操作觀察后，會發(fā)現(xiàn)蛋殼上是有氣孔的。在探究蛋殼膜的作用時，教師可以提出問題：為什么雞蛋有一層蛋殼膜？蛋殼膜有什么作用？對于這一問題，學生可能一時答不上來，對此，教師可用工程和科學領域的玻璃貼膜作為例子，引導學生討論得出蛋殼膜具有保溫、阻擋外界微生物等功能。這樣通過STEAM操作活動的開展，學生便能深刻認知鳥卵結構及各部分功能，并感知到自然中潛藏的藝術元素、科學和工程學原理。

（四）策劃STEAM項目探究活動，提高學生的生物探究素養(yǎng)

項目式教學是STEAM教育的主要實施方式之一，項目式教學能讓學生以群組為單位，協(xié)作實施項目探究活動，從項目探究中獲得綜合性的知識和技能。在初中生物教學中運用STEAM教育時，教師應該重視STEAM項目探究活動的創(chuàng)設，整合真實情境、有驅動作用的問題以及多學科知識，為學生設置探究項目及要求，組織學生協(xié)作討論、收集資料、操作探究，從而實現(xiàn)群體性的知識構建，提高學生的生物探究素養(yǎng)。例如，在“綠色植物對有機物的利用”一課的教學中，教師便可策劃STEAM項目探究活動。教師可以先為學生播放一組植物園景色的圖片，并提出項目問題：種子在萌芽過程中是否有能量轉化？學生在討論后能提出猜想：有能量轉化。然后，教師可揭示項目內容和要求：如何驗證種子在萌芽過程中的能量轉化？請大家分組查閱資料，設計實驗方案，通過操作、觀察和記錄，檢測種子萌發(fā)過程中的能量轉化。隨后，教師可將裝有萌發(fā)種子的甲保溫瓶、裝有煮熟種子的乙保溫瓶、溫度計等材料工具分發(fā)給各組，同時開放多媒體設備，讓學生自主、合作開展項目探究活動。學生在進行項目探究后會發(fā)現(xiàn)：甲瓶溫度升高，乙瓶溫度不變。此時教師可提出問題：為什么甲瓶溫度會升高？能量源于何處？學生在思考討論后可得出：甲瓶中的種子進行生命活動時需要能量，能量源于種子中的有機物。最后，教師再引導學生梳理項目探究的內容，讓學生歸納植物體利用有機物的方式。這樣，通過STEAM項目探究活動的開展，生物教學與科學、數(shù)學能進行有機融合，學生的生物探究素養(yǎng)以及綜合運用多學科知識的能力能得到顯著提高^［4］。

（五）設計STEAM生物作業(yè)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)客探索精神

STEAM教育涉及創(chuàng)客內容，主張學生運用多學科知識和創(chuàng)意思維，創(chuàng)造個性化的作品。作業(yè)設計是初中生物教學的重要環(huán)節(jié)，教師在作業(yè)設計中滲透STEAM教育理念和創(chuàng)客元素，能點燃學生對生物作業(yè)的探究熱情。在初中生物教學中運用STEAM教育時，教師應強化對STEAM生物作業(yè)的設計，圍繞課程要點知識，設計創(chuàng)造性、開放性的作業(yè)，以激發(fā)學生的靈感，讓學生學會運用身邊的資源和多學科知識，得到多彩的作業(yè)成果，從而夯實學生的生物基礎，培養(yǎng)學生的創(chuàng)客探索精神^［5］。例如，在“消化和吸收”一課的課堂教學結束后，教師可以為學生設計這樣的STEAM生物作業(yè)：請大家課后用家里的碎布、硬紙板、鉛筆、別針、膠水等材料，制作一個人體消化系統(tǒng)模型。這樣的作業(yè)不僅能體現(xiàn)科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等學科的要素，還能有效考查學生的知識掌握情況，促進學生創(chuàng)客探索精神的發(fā)展。

結語

綜上所述，在初中生物教學中運用STEAM教育，不僅能擴充學生的跨學科知識儲備，激發(fā)學生的生物學習興趣，還能培養(yǎng)學生的生物探究和實踐創(chuàng)新能力。教師在運用STEAM教育時，應根據(jù)生物學課程內容創(chuàng)設多學科融合情境，激發(fā)學生的生物學習興趣，并基于STEAM教育進行案例分析、策劃項目探究，設計操作活動和創(chuàng)造性生物作業(yè)，全面培育學生的科學思維能力、生物實踐技能、探究素養(yǎng)和創(chuàng)客精神，從而提高生物教學質量，實現(xiàn)STEAM教育在生物教學中的高效運用。

［參考文獻］

［1］王蕓蕓. STEAM教育理念下初中生物實驗教學模式實踐探索［J］.讀寫算，2022（16）：22-24.

［2］朱琦. 基于STEAM理念的初中生物項目學習探究［J］.成才之路，2022（6）：123-125.

［3］左承云. STEAM教育在初中生物教學中的運用［J］.文理導航（中旬），2022（2）：64-66.

［4］歐自龍. STEAM教育在初中生物教學中的運用［J］.試題與研究，2021（19）：173-174.

［5］吳麗麗. 基于STEAM教育理念的初中生物教學探究［J］.科普童話，2019（43）：113.