呂秀賢 張 松** 丘小紅

（1 華南師范大學生命科學學院 廣東廣州 510631 2 廣東實驗中學 廣東廣州 510375）

21世紀初，隨著STEM 教育在基礎教育的推廣，跨學科學習受到了極大的關注。STEAM 教育是在STEM 的基礎上融入藝術（art）的元素，實現了藝術與科學、技術、工程、數學的深度融合［1］，有利于問題解決能力的培養(yǎng)［2］。

STEAM 教育的教學方式與課堂形式多樣，旨在培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)造能力。目前開發(fā)的STEAM 課程大多對實驗條件要求較高，且與生物學相關的案例開發(fā)較少。為了更好地將STEAM 理念融合到高中生物學的實驗教學中，本研究開發(fā)了STEAM 理念下的《微生物食品發(fā)酵》校本課程，探索在高中校本課程中融入STEAM 理念的可行途徑。

1 研究方法及設計

1.1 研究方法 前期調查采用自編的《校本課程環(huán)境分析調查問卷》。檢測學生科學探究能力變化采用了《高中學生生物學習中科學探究能力調查問卷》［3］，其信度為0.74、效度為0.73；檢測學生學習興趣變化采用了《中學生生物學習興趣調查表》［4］，其信度為0.87、效度為0.71。前、后測試使用同一份問卷。在2018年3—7月期間，對選修校本課程的24 名高一學生進行為期1 學期的校本課程教學，教學過程如圖1所示。

圖1 《微生物食品發(fā)酵》課程教學過程流程圖

1.2 研究設計 本課程以STEAM 作為理念指導，以校本課程選修的形式開展教學，共分為4 個實驗模塊，分別是“如何腌制泡菜食用最為健康”“果酒釀制的那些事”“酸奶的制作”和“創(chuàng)意饅頭的研制”，共16 課時，學生需自行確定探究問題、制定實驗方案進行探究并設計產品的包裝和銷售方案。

以“果酒釀制的那些事”為例，教師在講授基礎知識后，學生小組合作進行查閱資料與撰寫實驗方案，在教師指導下進行方案的修正與實施。教師適時引導學生思考如何設計果酒產品的包裝與推廣方案。在此過程中，以STEAM 為目標進行教學，具體教學目標見表1。

表1 “果酒釀制的那些事”專題的教學目標分解

在課程實施中，要求學生運用科學知識理解實驗的基本原理與思考改良措施。在產品制作中運用到技術與工程的知識，例如，技術知識包括實驗儀器的技術原理、無菌操作技術、接種技術、發(fā)酵操作技術、產物分析技術等；工程知識包括產品的生成、發(fā)酵規(guī)模的擴大和制作工藝的改良等。在實驗數據的整合中應用數學的知識，例如，用數學模型描述發(fā)酵過程、呈現實驗數據，探究實驗材料用量、微生物接種時間、接種量和發(fā)酵時間等因素對產品的影響。在產品的包裝設計體現藝術知識，此外產品本身也具有藝術性，例如，粉紅的葡萄酒、潔白的酸奶及加入了不同顏色蔬菜粉制作的顏色和形狀各異的饅頭等。

實驗成果的展示可采用多種方式，例如PPT匯報、實驗報告和實驗展板等。學生以合作學習、實驗探究和自主學習方式進行學習，課程評價采用課堂表現、自評、同伴評分、探究實驗報告和活動成果等多種方式進行，實現了多元化的學習和評價。圖2是在“酸奶的制作”實驗模塊中學生設計的酸奶包裝，圖3為“創(chuàng)意饅頭的研制”實驗模塊的實驗展板。

圖2 學生設計的酸奶包裝

圖3 “創(chuàng)意饅頭的研制”實驗展板

2 結果與分析

2.1 《微生物食品發(fā)酵》校本課程的環(huán)境分析調查結果 對該中學高一的學生進行隨機抽樣調查，結果表明，學生對生物學課程的學習興趣較高，喜愛《微生物食品發(fā)酵》課程。學生在探究性學習方面有一定的基礎，并且參與意愿較高，結果見表2。

表2 《微生物食品發(fā)酵》校本課程的環(huán)境分析部分調查結果

在教學方式的選擇上，學生偏向于教學方式多樣化。本門課程采用了學生喜愛的合作學習、實驗探究和自主學習3 種教學方式，有利于激發(fā)學生的學習興趣，結果見圖4。

圖4 “微生物食品發(fā)酵”課程教學形式選擇

2.2 《微生物食品發(fā)酵》課程的校本教材編寫 教材共分為5 個章節(jié)，分別是：發(fā)酵食品常見微生物、泡菜、酸奶、饅頭和果酒，通過介紹發(fā)酵食品中2 種常見的微生物酵母菌和乳酸菌，以及泡菜、葡萄酒、酸奶和饅頭4 種發(fā)酵食品的制作過程，將理論與實踐相結合，注重基礎知識的實踐與應用。

2.3 《微生物食品發(fā)酵》課程對學生學習興趣的影響 《中學生生物學習興趣調查表》的調查結果如表3所示，可看出，經過1 個學期的教學實踐之后，學生的學習興趣水平有了顯著的提高，這說明選修《微生物食品發(fā)酵》校本課程有助于提高學生的學習興趣。

表3 《微生物食品發(fā)酵》課程對學生學習興趣的影響

2.4 《微生物食品發(fā)酵》課程對學生科學探究能力的影響 課程開始和結束時均調查了學生的科學探究能力，《高中學生生物學習中科學探究能力調查問卷》對科學探究能力的八大要素進行檢測，包括提出問題、猜想與假設、制訂計劃、進行實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價及表達交流等方面。問卷中有問及是否“會在開始探究活動之前查閱一些相關資料”“可以根據實驗目的制訂較為合理的實驗步驟”“會把觀察變量的方法體現在實驗計劃當中”“通過對實驗的反思,提出改進意見,使得實驗的效果更好”“常常在與同小組同學的討論過程中找到解決問題的方法”等問題，其前測和后測結果均有較大差異。

問卷調查結果如表4所示，可看出，前測和后測的科學探究能力具有極顯著性差異，這說明選修《微生物食品發(fā)酵》校本課程有助于提高學生的科學探究能力。

表4 《微生物食品發(fā)酵》課程對學生科學探究能力的影響

劉恩山等［5］提出科學的本質是定量化、觀察與實驗及在探究過程積累知識等?？茖W是一個知識體系，需要一定的探究方法并且與社會和技術相互作用。在STEAM 校本課程中，學生需根據實際遇到的問題和收集到的數據，進行觀察與思考，并搜尋相關科學資料以不斷修正實驗方案，在此過程中學生理解了科學需要不斷探究與驗證，科學知識與個人創(chuàng)造的結合有利于更好地解決問題。在每一實驗模塊結束后，學生會對自己的表現進行自評，在4 個實驗模塊結束后，有87.50%學生認為自己能依據科學知識和其他同伴一起制定實驗計劃，83.33%學生認為自己可通過查閱資料、提出修改意見等途徑完善小組的實驗方案，對比第1 個實驗模塊結束時所收集到的學生人數百分比分別提高了29.17%和29.16%?？煽闯?，學生對科學本質的理解和掌握有了一定的提升。

3 討論

3.1 學生跨學科意識的培養(yǎng) STEAM 教育的核心是跨學科融合［6］，將科學、數學、工程、藝術和技術知識有機地整合以解決實際問題［7］。在課程實施過程中，教師所創(chuàng)設的問題情境是基于多學科的背景提出的，要求學生運用科學知識理解實驗原理與思考改良措施，在產品制作中運用技術與工程的知識，在實驗數據的整合中應用數學的知識，在產品的包裝設計中運用藝術知識。學生在多學科知識的運用中不斷培養(yǎng)、重塑自身的知識架構，從而形成了跨學科意識。

3.2 學生的科學探究能力和學習興趣的培養(yǎng)采用探究性的學習方式，教師在講授完基礎知識后拋出探究的問題，學生需自行設計實驗方案，探究不同的解決方案。從產品制作工藝的改良探究到產品的包裝與銷售，均由學生自主完成，學生的科學探究能力得到了提高。

本研究創(chuàng)設了富有驅動性的問題情境，激發(fā)了學生的學習動機。本門課程中的果酒、泡菜、酸奶和饅頭的制作4 個實驗與生活密切相關，實驗操作簡單易行，學生體會到了成就感，有利于學習興趣的提高。

3.3 STEAM 教育的普及 教學硬件條件和課程資源是我國STEAM 課程普及的兩大絆腳石［8］。目前的STEAM 教育實驗設備和成本要求較高，難以大范圍推廣。《微生物食品發(fā)酵》課程所需的實驗材料和實驗設備大部分中學均能提供，具有教學硬件和課程資源的普適性，有利于課程的推廣。此外，將STEAM 教育和核心素養(yǎng)中科學探究能力的培養(yǎng)相對接［9］，加快了STEAM 教育的“本土化”進程，促進STEAM 教育在我國基礎教育的普及。

4 結語

本研究面向高一學生開發(fā)了《微生物食品發(fā)酵》校本課程并編寫了校本教材，教學實踐表明，在高中校本課程中融入STEAM 理念是一條有效可行的探索途徑。以科學、技術、工程、藝術和數學的知識目標為指導，學生通過跨學科的知識運用解決真實情境的問題，充分發(fā)揮了校本課程教學與STEAM 教育結合的優(yōu)勢。這激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的科學探究能力，為校本課程的開發(fā)及STEAM 教育的普及提供了新思路。