王莉

摘要：結(jié)合教學實踐，探討如何在STEAM課堂教學中，發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)的策略，最終達成促進學生核心素養(yǎng)形成與發(fā)展的教育愿景。

關(guān)鍵詞：STEAM教育 核心素養(yǎng) 生物學學科核心素養(yǎng) 科學思維 項目式學習

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

1STEAM課程特點的簡介

STEAM教育理念來源于提倡科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathemat.ics）的STEM教育，并加入了藝術(shù)（Arts），從而變得更加全面。STEAM教育并不是將這五門學科教育簡單的疊加，而是有機整合各個學科內(nèi)容，給學生創(chuàng)設(shè)自由探索、自主思考的學習情境，使學生體驗用科學思維、科學方法解決問題的過程，提升學生的創(chuàng)新精神與實踐能力，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，從而提升學生的核心競爭力。

STEAM教育通常采用項目式學習（PBL），創(chuàng)設(shè)了基于真實生活的學習情境，注重學習的過程，促進學生在合作中不斷地嘗試和探索，利用批判性思維等科學思維在交往與合作中解決問題。這種學習過程包含如下環(huán)節(jié)：體驗——反思——分享——整合——運用。近幾年，我國許多中小學都開始在學校課程中探索和實施STEAM課程，并進行本土化的實踐和研究。下面以“植物中有抑菌或殺菌成分嗎？”為例，探討在STEAM課程中如何培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

2STEAM課程案例——植物中有抑菌或殺菌成分嗎

2.1課程的設(shè)計

項目式學習以解決具有現(xiàn)實意義的問題為目的導向，以學生為中心，通過提出問題、規(guī)劃方案、解決問題、評價反思等環(huán)節(jié)，提高學生解決問題的能力。因此，“植物中有抑菌或殺菌成分嗎？”的開展采用項目式學習的方式，以認識校園植物、尋找可能含有抑菌殺菌成分植物為起點，逐步引出需要解決的問題——如何提取植物中的抑菌或殺菌成分？如何驗證這些成分具有抑菌或殺菌功能？如果提取出具有抑菌或殺菌功能的成分，如何將它應(yīng)用到生活中去？最后，學生以課程小報的形式進行交流、分享和展示。課程方案的設(shè)計充分聯(lián)系生活實際，引導學生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，通過一系列的探究活動和跨學科知識的整合，拓展學生的思維，鍛煉學生的能力。

2.2學習對象與課時

初一、初二學生，約5-6課時。

2.3課程目標

（1）尋找植物中的抑菌或殺菌成分，以事實為證據(jù)，通過邏輯推理尋找因果關(guān)系，去解釋相關(guān)實驗現(xiàn)象，培養(yǎng)科學思維和科學精神。

（2）提取植物中的抑菌或殺菌成分，驗證提取物的殺菌效果，培養(yǎng)實驗操作技術(shù)能力。

（3）從工程學角度，設(shè)計利用植物提取物制作手工精油皂的方案，并實施。

（4）通過設(shè)計小報匯報、手工皂的造型和包裝，培養(yǎng)藝術(shù)素養(yǎng)。

（5）通過收集數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)分析等，培養(yǎng)數(shù)學分析和應(yīng)用的能力。

2.4課程的實施

2.4.1識遍校園植物

每一所校園中都有很多植物，這些植物組成了學校的綠化生態(tài)。所以，課程的第一課時從聯(lián)系學生的日常生活，從校園出發(fā)，將內(nèi)容設(shè)定為識遍校園植物，探尋含有抑菌殺菌成分的植物?；顒舆^程：①學生分組;②帶上事先查閱好的資料、相機或手機、筆記本等記錄工具，在校園中收集植物信息;③根據(jù)收集到的信息，確定植物名稱，判斷是否可能含有抑菌或殺菌成分;④匯總?cè)嗍占男畔ⅲ_定了選擇夾竹桃、八角金盤、大蒜、香樟、枇杷5種植物為實驗材料。

調(diào)查認識校園植物種類的活動不僅要求學生能綜合運用植物分類學知識，還要求學生能理解生物的各種變異現(xiàn)象。在此學習活動中，學生可以使用智能手機上的相關(guān)APP，幫助確定植物名稱。在這個活動中，學生不僅確定了進一步探究的植物，還認識了校園中的很多植物。

2.4.2提取植物精油

確定了要進一步探究的5種植物后，教師引導學生提出問題：抑菌或殺菌成分的化學本質(zhì)是什么，可能存在于植物的什么結(jié)構(gòu)中？如何提取出來？通過查閱資料，學生了解到，生活中常見的玫瑰精油具有抗菌、抗痙攣凈化、鎮(zhèn)靜等功效。因此，學生推測：從植物中提取到的植物芳香油可能有抑菌或殺菌成分。

植物芳香油就是植物精油，是植物體的特殊器官油腺和腺毛的分泌物，是植物體內(nèi)的次生代謝物。植物精油是一種復雜的混合物，一般是將草本植物的花、葉、根、樹皮、果實、種子、樹脂等以蒸餾、壓榨方式提煉出來的，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療保健、食品工業(yè)和日化產(chǎn)品等領(lǐng)域中。本課程采用蒸餾法，利用植物的葉片提取精油。實驗步驟：①學生分組，分成5組;②各組分別準備上述5種植物中的一種植物葉各100 g，洗凈，剪成小片;③各組組裝蒸餾裝置;④各組量取蒸餾水200 mL，倒入蒸餾瓶中;⑤各組將植物葉片放入蒸餾瓶中;⑥點燃酒精燈開始蒸餾;⑦收集精油;⑧從顏色、氣味等方面評價所提取的精油，計算出油率（出油率=芳香油質(zhì)量/原料質(zhì)量）。

但是，在實踐中由于實驗室設(shè)備有限，提取到的大多是水油混合物，植物精油的量較少。教師引導學生思考：針對現(xiàn)有的器材，可以如何改進實驗，提純精油？如何增加精油的出油率？在工業(yè)化生產(chǎn)上，廠家是如何大規(guī)模生產(chǎn)精油的？學生查閱資料，小組討論后得出：通過蒸餾法得到的混合物還需要提純才能得到濃度較高的精油?？刹捎名}析法，在混合液種加入NaCl溶液，并逐漸增加溶液濃度。待混合液出現(xiàn)分層現(xiàn)象后，利用分液漏斗分離油層。分離出的油層還含有一定水分，可在其中加入固體的Na2SO4，靜置一夜后，過濾，即可得到純度較高的精油。工業(yè)化生產(chǎn)精油通常采用向蒸煮罐中通入蒸汽加壓蒸煮，并且在蒸餾過程中利用攪拌器不停攪拌，以增加出油率。

2.4.3探究植物精油的抑菌或殺菌功能

學生提出問題：如何證明這些精油具有抑菌或殺菌功能呢？提取出足夠數(shù)量的5種植物精油后，各小組通過查閱資料，積極討論，發(fā)現(xiàn)植物精油一般具有廣譜抑菌功能，決定采用微生物培養(yǎng)的方式。設(shè)計了探究實驗的方案如下：①配置培養(yǎng)基：配置6組牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，每組培養(yǎng)基配置多個，做好標記。②制備土壤浸出液：在100 g新鮮土壤中加入100 mL清水，攪拌均勻后過濾。③制備含有植物精油的濾紙小圓片：采用濾紙片法研究抑菌圈，將濾紙片剪成數(shù)片直徑為6 mm的小圓片，分別放入5種植物精油和無菌水中浸泡片刻。④接種：在無菌條件下，向固體培養(yǎng)基平板內(nèi)注入土壤浸出液100uL，用平板涂布法，使用涂布棒涂抹均勻。將含有精油的濾紙片平展放入培養(yǎng)皿中。在對照組中放入含有無菌水的濾紙片。⑤將接種后的培養(yǎng)皿，放入恒溫箱中，設(shè)定溫度30℃，培養(yǎng)24 h后取出。⑥觀察實驗現(xiàn)象。

加入了5種植物精油的培養(yǎng)基上均出現(xiàn)了抑菌圈，這說明所提取的植物精油都具有一定的殺菌或抑菌效果。教師引導學生分析：為什么培養(yǎng)細菌用土壤浸出液？產(chǎn)生抑菌圈的原理是什么？學生討論后發(fā)現(xiàn)，由于受實驗室提取精油的純度限制，最終的實驗結(jié)果只能定性地說明這些植物精油具有抑菌或殺菌的功能，但是無法確定抑菌或殺菌的強弱。

2.4.4制作植物抑菌手工皂

通過探究植物的抑菌或殺菌功能，學生聯(lián)系自己的生活，思考：如何將這些精油抑菌或殺菌的功能運用到實際生活中呢？各小組討論并查找相關(guān)資料，最后決定以植物精油手工皂的方式，展示STEAM課程的成果產(chǎn)品。活動過程：①水浴加熱皂基，使其溶化;②加入制備好的植物精油;③還可以根據(jù)意愿加入顏料;④倒入喜歡的模具中;⑤冷卻凝固，脫模，包裝好。有的學生還在制作時加入植物花瓣或水果切片之后，使香皂成品變得玲瓏精致。一塊小小的香皂在學生手上仿佛成了一件件美麗的藝術(shù)品。另外，學生籌劃著在學校的愛心義賣會上，將親手制作的精油手工皂作為義賣品。

2.4.5制作課程小報展示交流

各小組將此次課程制作成課程小報，班級內(nèi)交流分享，分享課程流程，分享成功，也分享失敗。

2.5課程評價

教師在評價時應(yīng)遵循方向性與發(fā)展性原則，注重學生的發(fā)展性和過程性評價，促進學生提高核心素養(yǎng)。教師采用表現(xiàn)性評價和交流式評價。表現(xiàn)性評價的內(nèi)容包括科學實驗、實驗操作、口頭表達，以及使用STEAM知識解決生活中的實際問題等;交流式評價的內(nèi)容包括課堂問答、面談、課堂討論、小報制作等。每次課前，教師反饋上次課程的評價結(jié)果，以便各位學生及時調(diào)整。

3實踐反思

為培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”，國家提出了學生發(fā)展的核心素養(yǎng)（圖1）。STEAM課程通過基于項目的實踐活動，聯(lián)系學生的生活，融合貫通各學科內(nèi)容，使學生認識風土人情、特色生物、科技發(fā)展、文化藝術(shù)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、批判性思維、科學探究、審美觀念、藝術(shù)修養(yǎng)，循序漸進地發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

3.1整合跨學科知識，促進學生在實踐中建構(gòu)認知

本課程的設(shè)計融合了生物、化學、信息、數(shù)學、藝術(shù)等各學科的知識，充分利用學生生活中隨手可得的內(nèi)容作為真實的情境素材，進行設(shè)計項目式活動，以核心問題為導向，促進學生建構(gòu)學科核心概念和跨學科核心概念。

本課程的核心問題是：植物中含有抑菌或殺菌成分嗎？在此問題的引領(lǐng)下，教師引導學生在校園中尋找探究的實驗材料。學生首先需要運用生物學分類知識辨認植物，然后再收集植物的特點，確定用來提取植物精油的材料。在提取植物精油、用精油影響培養(yǎng)的微生物、制作手工皂環(huán)節(jié)，學生需要運用化學知識和物理知識，考慮技術(shù)性和工程性，如怎樣獲得純度較高的植物精油，如何獲得制作完善的手工皂等。為了獲得精美的手工皂，制作圖文并茂的課程小報，學生需要從藝術(shù)性出發(fā)，并運用信息技術(shù)等手段，對實踐成果進行更好地展示。

3.2以學生為主體，促進學生的實踐參與和合作交流，使學生學會學習

STEAM課程要求以學生為主體，讓學生自己動手完成他們感興趣并和生活相關(guān)的項目。在此課程中，教師將課程內(nèi)容分解成幾個小項目，引導學生針對自己校園中見到的植物，提出明確、有價值的問題。學生通過交流與合作，設(shè)計并實施恰當可行的方案，運用各學科的科學原理，解決問題。學生從辨認植物開始，到最終制作出含有精油的手工皂，從淺層學習走向深入學習，從建構(gòu)自己的知識體系與發(fā)展能力發(fā)展到創(chuàng)新地運用知識和技能自制產(chǎn)品，使學生養(yǎng)成主動學習的意識，培養(yǎng)了學生解決問題的能力。在這個過程中，學生通過交流與合作，在與自然現(xiàn)象、教師及其他學習者等周圍環(huán)境因素的互動中，不斷改進自己的實踐過程，學會學習，開始注重學習與日常生活的聯(lián)系，注重學習的過程。

3.3促進學生在真實問題解決中培養(yǎng)科學思維，形成知識、發(fā)展能力

貼近學生生活、內(nèi)容豐富的課程才可以激發(fā)學生的學習興趣。教學脫離了學生的生活，會使學習與生活割裂開，使學生的學習陷入程式化過程，無法激發(fā)學生的學習主動性，更無法促進學生將知識和技能的遷移運用于解決問題中。STEAM課程有機整合各個學科的內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)聯(lián)系學生生活的學習情境，指引學生探索生活中的未知。學生經(jīng)歷解決真實問題的過程，獨立思考，多角度辯證地分析問題，用于嘗試和改進，逐步建構(gòu)知識和發(fā)展各項能力。

以本課程為例，從課程的由來到每個小項目的形成實施，都需要學生以事實為證據(jù)，通過邏輯推理尋找因果關(guān)系，去解釋相關(guān)實驗現(xiàn)象。學生運用科學思維的方法探討問題，審視或論證的過程，實現(xiàn)了深度學習。在探究植物精油的抑菌或殺菌功能的活動中，學生開始設(shè)計在培養(yǎng)基中加入所提取出的植物精油，沒有達到預期的實驗效果，各個培養(yǎng)基上都長了很多菌落。學生重新思考，認為添加精油的含量不夠，因此在配置培養(yǎng)基時增加精油的含量，也并沒有達到預期的效果。各小組進行討論，決定采取先培養(yǎng)細菌、再用精油影響的方案。再整個探究過程中，學生主動探索，發(fā)現(xiàn)問題，開拓思維去解決問題，提升了歸納與概括、演繹與推理及批判性思維等科學思維能力水平。

3.4促進學生進行實踐創(chuàng)新，培養(yǎng)社會責任

本課程的開發(fā)和實施基于實踐創(chuàng)新，精選課程內(nèi)容，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化和生活化，不僅注重用數(shù)學認識自然，還注重用藝術(shù)美化萬物，培養(yǎng)學生的審美情趣，更關(guān)注提高學生的合作交往能力。課程的產(chǎn)品——手工皂還可以被學生作學校義賣活動的物品，增加了學生的自豪感，提高了學生進行公益活動的積極性。在整個課程的實施過程中，學生通過親身經(jīng)歷，理解了科學創(chuàng)新素養(yǎng)的重要性，逐漸樹立了“用科技創(chuàng)新改進生活和生產(chǎn)”的理念。