吳婷

摘 要：STEAM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)等多門學(xué)科的有機(jī)整合體，趣味性、多維性、協(xié)作性和項目性是STEAM教育的四大設(shè)計理念，本文以蘇科版七年級生物“能量的釋放和利用”為例，闡述如何將STEAM教育設(shè)計理念運用到初中生物教學(xué)中，從而使課堂更生動有效，更好的發(fā)展學(xué)生的理性思維。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理念; 教學(xué)設(shè)計; 初中生物

中圖分類號：G633.91? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-3315（2019）05-025-002

1.什么是STEAM教育設(shè)計理念

STEAM教育是基于情境創(chuàng)設(shè)、問題提出、實驗設(shè)計、項目研究等方式，將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多門學(xué)科實行有條理融合的多學(xué)科教育，以此提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和技術(shù)能力。趣味性、多維性、協(xié)作性和項目性是STEAM教育的四大設(shè)計理念，如圖1所示。

趣味性主要體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容的趣味性和教學(xué)活動的趣味性;多維性包括教學(xué)目標(biāo)的多維性、教學(xué)內(nèi)容的多維性、教學(xué)資源的多維性和教學(xué)評價的多維性;協(xié)作性主要體現(xiàn)在學(xué)生和教師的協(xié)作、學(xué)生和學(xué)生的協(xié)作以及教師和教師的協(xié)作;項目性理念是指把問題轉(zhuǎn)化為可操作的項目，讓學(xué)生參與到實際操作當(dāng)中，通過完成一個個項目達(dá)到對知識的理解和掌握。這四大理念并不是簡單的疊加，而是相互融合，彼此貫通，共同指導(dǎo)STEAM教育應(yīng)用的開展。

2.為什么要引入STEAM教育設(shè)計理念

生物學(xué)課程是自然科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科課程，它既要讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識，更期待學(xué)生主動地參與學(xué)習(xí)過程，養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。然而教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生課堂上參與度不高、被動接受知識的現(xiàn)象依然存在，筆者從教師角度出發(fā)分析了一下原因，可能存在以下幾種原因：作為非中考科目，教師對其不重視，比如說以“講實驗”代替“做實驗”;教師重視教學(xué)，然而教學(xué)設(shè)計的內(nèi)容與活動未能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果差。筆者就后者如何設(shè)計出更生動有效的課堂進(jìn)行了研究，嘗試將STEAM教育設(shè)計理念運用到生物課堂教學(xué)中，取得了良好的效果。

3.如何將STEAM教育設(shè)計理念運用到初中生物教學(xué)中

以蘇科版初中生物七年級上冊第7章第1節(jié)“能量的釋放和利用”為例，闡述如何將STEAM教育設(shè)計理念運用到初中生物教學(xué)中。能量是一個抽象的概念，初一的學(xué)生缺少物理和化學(xué)方面的知識，理解起來有一定的困難。因此筆者將本節(jié)內(nèi)容可以劃分為3個項目的學(xué)習(xí)：氣體的變化、物質(zhì)的變化和能量的利用，本文具體介紹第一個項目的學(xué)習(xí)，即氣體的變化。

課前準(zhǔn)備：PPT、實驗材料、實驗裝置、學(xué)生分組、探究活動記錄表等。

3.1情境創(chuàng)設(shè)

播放視頻“士力架廣告”，提出問題：姚明從士力架中獲取了什么變得“來勁了”？引發(fā)學(xué)生的思考。

教師演示實驗“燃燒烘干后的士力架”，提出問題：“燃燒可以釋放出能量，士力架進(jìn)入人體后是否也有類似的燃燒現(xiàn)象呢？”聯(lián)系前面所學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生大膽提出假設(shè)。

設(shè)計意圖：姚明的士力架廣告以及教師現(xiàn)場的演示實驗都充分的調(diào)動了學(xué)生的積極性，體現(xiàn)了趣味性的設(shè)計理念。

3.2體驗?zāi)芰酷尫排c呼吸的關(guān)系

3.2.1展示學(xué)生參加運動會和安靜坐在教室聽課的圖片。教師提問：生命活動需要能量，不同的狀態(tài)需要的能量一樣多嗎？不同的狀態(tài)人的呼吸速率一樣嗎？消耗能量的多少與呼吸速率有關(guān)嗎？

3.2.2讓我們用數(shù)據(jù)來驗證我們的推測吧，教師課前布置任務(wù)讓學(xué)生完成測量，并填寫在表格中，課堂上各組長匯報各組數(shù)據(jù)。

通過實驗驗證了學(xué)生的推測：人體在不同的狀態(tài)下呼吸頻率是不同的。劇烈運動時消耗的能量多，平靜狀態(tài)時消耗的能量少。消耗能量的多少與呼吸頻率成正比。

3.3建構(gòu)呼吸的定義

在上面的活動中我們體驗到了能量釋放與呼吸密切相關(guān)。那么，什么是呼吸呢？請同學(xué)們自己說一說呼吸的定義。

設(shè)計意圖：聯(lián)系生活實際，學(xué)生談?wù)剬粑恼J(rèn)識，為后面植物能否呼吸做鋪墊。

3.4項目性學(xué)習(xí)——植物的呼吸作用之氣體的變化

3.4.1問題提出。我們一致認(rèn)為呼吸是指人體吸入氧氣，呼出二氧化碳的生理現(xiàn)象。那么，植物會呼吸嗎？有人說：植物沒有鼻、肺這些器官，因此植物不會呼吸;也有人說：“植物有根、莖、葉、花、果實、種子這六大器官，也許某個器官會呼吸呢？”同學(xué)們，你們支持哪個觀點？

設(shè)計意圖：在學(xué)生的腦海里，植物只有光合作用，植物是沒有呼吸作用的。這個問題提出后，學(xué)生的反應(yīng)非常熱烈。然而也只是停留在猜測的角度，接下來教師要搭建橋梁幫助學(xué)生自己去找到問題的答案。

3.4.2實驗設(shè)計：驗證植物的呼吸會吸入氧氣。設(shè)計實驗時需要解決以下問題：①如何讓植物不進(jìn)行光合作用？②如何知道植物的呼吸部位是某個器官呢？③如何證明植物呼吸會吸入氧氣？

小組合作完成實驗設(shè)計，各小組派代表發(fā)言交流，對問題①②達(dá)成共識：將植物進(jìn)行遮光處理，可以對植物的六個器官分別進(jìn)行實驗，新鮮的植物材料作為實驗組，沸水處理的植物材料作為對照組。對于問題③，有的學(xué)生提出打開蓋子用鼻子呼吸一下;有的學(xué)生說放個小白鼠進(jìn)去，看看小白鼠是否活著;有的學(xué)生提前預(yù)習(xí)書本內(nèi)容后提出用點燃的蠟燭來檢驗;也有學(xué)生提出用氧氣監(jiān)測儀來檢測。

對于學(xué)生的各種方法，教師鼓勵學(xué)生互相點評，最后從關(guān)愛小動物，實驗方法簡單易操作等原則考慮，一致決定用點燃的蠟燭來檢測。

教師分發(fā)提前準(zhǔn)備好的實驗材料，學(xué)生進(jìn)行實驗并記錄。經(jīng)過動手實踐，學(xué)生發(fā)現(xiàn)植物的六大器官都會呼吸，植物的呼吸會吸入氧氣。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生各抒己見，互相評價體現(xiàn)了多維性理念。

3.4.3實驗設(shè)計：驗證植物的呼吸會產(chǎn)生二氧化碳。有了前面一組的實驗，完成本組實驗的設(shè)計就相對簡單些，依然以新鮮的植物和沸水處理過的植物進(jìn)行對照實驗，本次實驗需要解決的問題是：①如何來驗證植物呼吸產(chǎn)生了二氧化碳？②如何收集二氧化碳并將其通入檢測試劑中？

對于問題①，由于學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)化學(xué)這門學(xué)科，想到的方法就是書本上的用澄清石灰水來檢測二氧化碳。筆者經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，澄清石灰水的變色現(xiàn)象不如溴麝香草酚藍(lán)溶液（簡稱BTB）來的明顯，所以將澄清石灰水換成BTB溶液。

教師和兩名學(xué)生共同完成演示實驗：取3支試管編號ABC，分別加入5ml清水和3滴BTB溶液后輕輕振蕩，并請一位學(xué)生用吸管往B試管中通入少量二氧化碳，另一位學(xué)生往C試管中通入大量二氧化碳，然后將3支試管放在一起觀察顏色的變化。

對于問題②，教材中將植物裝在塑料袋中收集二氧化碳有兩個缺陷，一是容易漏氣，二是收集的氣體量不多，所以筆者將此實驗裝置進(jìn)行了改造（見圖2），用排水法來進(jìn)行實驗，實踐下來效果非常好。

圖2排水法將二氧化碳通入BTB溶液中

教師播放操作視頻，學(xué)生觀看視頻后進(jìn)行實驗操作。

（1）取下橡皮管上的止水夾，將玻璃管的一段浸入BTB溶液中。

（2）取下漏斗上的濕棉花，將清水緩慢的倒入漏斗中，錐形瓶中的氣體被排入BTB溶液中。

（3）觀察溶液顏色的變化。經(jīng)過實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)植物的六大器官都會呼吸，植物的呼吸會產(chǎn)生二氧化碳。

由于空氣中本身就存在二氧化碳，你是否可以設(shè)計一個對照組使實驗變得更嚴(yán)謹(jǐn)？這個問題難度有點大，但是在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生還是能夠想出解決辦法，設(shè)置一個空白對照，排除錐形瓶中已有二氧化碳的干擾。

3.5歸納總結(jié)

通過以上兩個實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)植物沒有專門的呼吸器官，換而言之植物的每一個細(xì)胞都可以進(jìn)行呼吸，在呼吸過程中，植物會消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳。

3.6埋下伏筆

在這節(jié)課中，我們知道了能量的釋放和呼吸相關(guān)，并且研究了呼吸過程中氣體的變化，那么在呼吸過程中是否還有物質(zhì)的變化呢？此時教師展示放久了的蘿卜有空心的實物，引發(fā)學(xué)生的思考。同學(xué)們，讓我們相約在下一節(jié)生物課吧。

4.教學(xué)反思

在這節(jié)課中，筆者將STEAM教育的四大理念融入到生物課堂中，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，教師只是課堂的組織者和引導(dǎo)者。在實驗的設(shè)計中，不僅僅有教師的點評，也有各小組間的互評。在實驗操作過程中，處處都有學(xué)生和學(xué)生間的協(xié)作，教師和學(xué)生的協(xié)作。在實驗材料的選擇上，將植物的六大器官都進(jìn)行了實驗，并且設(shè)置空白對照，既培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，又讓學(xué)生體會到了生物課堂的樂趣。筆者相信，恰當(dāng)?shù)膶TEAM教育理念運用到生物課堂中，可以使生物課堂更有效，更好的發(fā)展學(xué)生的理性思維。

參考文獻(xiàn)：

秦瑾若，傅鋼善.STEM教育：基于真實問題情景的跨學(xué)科式教育[J]中國電化教育，2017，（4）：67-72