從STEM至U STEAM:藝術成分在生物學科教學和項目中的應用初探

宋泉穎

摘要 相比STEM教學體系，STEAM教學可以更好激發學生創造力、發現問題和發散性思維，本文介紹了將藝術元素引入STEM教學體系的必要性以及給項目帶來的變化，并以滬教版生命科學課程教學為例，介紹一些可以導入藝術因素的教學板塊或者生物學科項目。

關鍵詞 STEM 藝術 STEAM 生物學科

中圖分類號G633.91

文獻標志碼B

STEM指的是將科學、技術、工程和數學教育有機整合的教學體系。這個概念早在1986年由美國國家科學委員于《本科的科學、數學和工程教育》報告中首次提出，最初預在美國高校推廣這種教育模式。后期在2007年10月，美國國家科學委員會公布《國家行動計劃：應對美國科學、技術、工程和數學教育系統的緊急需要》，將STEM教育由大學本科階段向中小學階段延伸。2012年，韓國首次提出STEAM教育的概念，將人文藝術項目融入STEM教育體系，實現了STEM教育的又一個跨越。這一延伸概念得到了世界各國的廣泛認可。可是將人文藝術項目加入STEM教育體系的理由以及帶來的影響有哪些？怎樣在STEAM教學理念下的初中生命科學教學過程中加入藝術成分呢？

1 從STEM到STEAM，加入一個“A”的意義

從STEM到STEAM，加入了一個藝術成分，而這個藝術成分指的是廣泛意義上的人文藝術，包含社會調查、語言、美學、形體、音樂等藝術形式。早在2012年，一項美國經濟調查結果顯示美國在讀學生對STEM項目缺乏興趣，由該教學體系帶來的就業市場發展速度是金融市場發展速度的三倍，可僅有4.4%的美國在讀學生參與STEM項目。筆者也曾經對在校參與過STEM項目學生做過一個調查問卷，結果顯示：其中一部分學生認為編程和機械類等知識有一定難度，接受起來有一定困難，且以低年級學生居多;還有一部分學生認為每個小課題只是單純完成某項任務，缺乏創造性和趣味性，當然不排斥也可能還有一些原因并沒有列舉出來（表1）。

科學發展本身也離不開人文、藝術的協助，許多科學家本身也是優秀的音樂家，因為他們可以從人文、藝術獲取探索和創造的靈感和活力。對于許多中學生尤其低年級學生而言，科學、工程和技術本身可能過于枯燥乏味，而加入感性、活潑的人文因素可以讓枯燥的課堂活躍起來，幫助他們嘗試實現“天馬行空”的想法。

2 在STEAM教學理念下，初中生命科學教學過程中可加入的藝術成分

我國的STEAM教育開始時間比較晚且發展速度慢，由于我國比較特殊的教育模式，在中小學全面推廣STEAM教學模式有一定難度，上海目前大多數學校采用的仍是“走班制”的拓展課模式。我國教育現狀是基礎教育中理科（數學、物理、化學、生物、地理等）教學比較扎實，而工程、技術和實踐操作環節相對薄弱。因此，將藝術、工程、技術等元素融入日常理科科學教學中，打造STEAM教學理念下的科學教學模式必然是未來教育發展的大勢所趨。下面以滬教版生命科學課程教學為例，闡述一些可以導入藝術因素的教學板塊或者生物學科項目。

2.1 繪制學校植物圖譜和自然筆記

學習滬版教材第二冊第四章第一節植物章節第三小節“認識身邊的植物”時，教師可組織學生從課堂走出去，借助手機APP軟件——形色、花伴侶等識別校園內的植物，并結合校園地圖將搜尋結果標注出來，繪制出學校特有的植物圖譜。這種拓展環節既可以培養學生使用科技軟件能力，又可以培養學生繪制圖譜和設計能力。

近年來，為培養中小學生保護生態環境的意識，環境保護部、中宣部等六部門每年將舉辦一次全國青少年自然筆記大賽。學生在日常出去游玩或者校園內會觀察到一些日常生活中很難觀察到的植物。自然筆記比賽可以鼓勵青少年兒童走進自然，以手寫、手繪形式記錄在自然界中觀察到的植物。而這并不是簡單的繪畫比賽，學生要對大自然有自己獨特的思考和感悟，在此基礎上兼顧圖畫及文字記錄的準確性、設計合理美觀，在嚴謹中透露著美感，在美感中透露著專業。

2.2 制作植物書簽和手工畫

在教師利用文字或者圖畫介紹植物的葉片結構和葉脈等知識點的過程中，教師可以借助植物書簽制作或者植物手工繪畫來幫助學生理解和自主觀察葉片結構。學生在創作過程中不僅僅會關注設計本身，也同時關心每片葉子或者花瓣每個紋理和結構細節，在制作和分析藝術品的過程中學習到了課堂上難以理解的植物學知識。這項活動既培養學生對大自然萬物的觀察和欣賞力，又培養了學生對美獨特見解。

2.3 制作孢子印

在真菌內容中，蘑菇、金針菇等作為真菌中的一個特例，它們體積較大卻被歸為微生物中的真菌，教師在講述過程中必然會提到因為蘑菇等具有真菌其他特點，如孢子生殖。由于八年級學生知識儲備能力有限，很多學生很少聽過或接觸孢子。教師可以組織學生利用孢子印做圖方式，提高學生對孢子的認識，并加深對蘑菇等菇類屬于微生物的理解。結合學生個人興趣方向，有些學生借助色卡紙或者植物葉片使作品色彩豐富，還有些學生在作品旁寫上一些富有詩意的話使得觀賞價值提高。這些設計活動極好地培養了學生創造力和動手能力，又提高學生對生命課堂的興趣性和參與度。

2.4 搭建微觀生態系統

滬版教材第二冊第5章第二節有一個內容為“多種多樣的生態系統”。課前學生自主查閱了大量資料，了解每個生態系統的特點和生物群落結構組成。課上，教師引導學生利用生活中的常用物品（黏土、彩筆、剪刀、膠帶、綁帶等）或者廢棄物搭建各種類型的生態系統（如沙漠、雨林、海洋、山脈和城市）。每個小組構建一種生態系統，在構建過程中和使用材料過程中，每個成員都經歷了頭腦風暴的過程，有些學生用沙子、面粉、石頭、橡皮泥模擬制作沙灘和高山，有些學生用貼紙畫或者3D打印作品模擬各種動物，有些學生拿彩紙或者泡沫板模擬海底環境。這樣的生物拓展型活動將科學知識、閱讀、創作、藝術等因素綜合起來，通過開放式教學任務極大開發了學生創作能力和理解應用力。

2.5 設計科普環保海報或者呈現藝術科普劇

“環球自然日自然科學知識挑戰賽”每年都會有一個與生物學科相關聯的年度主題，2019年的主題就是“預見性和不可預測性”。這就像探索自然規律的正反面，只要掌握了條件就能預見結果。與之對立的不可預測性（又稱隨機性），在自然界中也是隨處可見、時時發生，如與生物學科知識體系中的病毒或者是霉菌亦或是基因突變等不可控因素。生物學科屬于自然科學的項目之一，研究對象本身就是自然界各種物質或者現象，因此可探究的課題非常多。教師可以采取寬度優于深度的策略，幫助學生開展資料收集和梳理，并以立體海報形式呈現出來。展覽呈現板塊的內容設計排版非常重要，追求在藝術上的美感，有些學生還借助生物學模型來輔助說明。生物學模型制作并不是簡單的還原，教師要鼓勵學生在熟悉結構的基礎上按照比例合理設計模型，直觀地體現其結構與功能的統一性。

有些科普課題還可以借助藝術科普劇形式呈現，從音樂、表演、劇情和背景幕布上挖掘作品的表現力，可將研究的生物對象轉換為卡通人物，再設計出豐富的情景與引人入勝的故事或情節。例如2019年非常熱門的“垃圾分類”話題，從學校到居住小區，垃圾分類活動倡議已經深入人心。這既是一個提高人民素質的活動，也是一個愛護地球生物圈的環保行為。可是很多居民都不知道為什么要垃圾分類以及如何處理不同類型的垃圾。教師可以引導幾名學生扮演不同顏色的垃圾桶，使用會聲會影軟件制作背景影音配合情節變化，以詼諧幽默的舞臺劇形式向人們傳播這方面的科普知識，讓人們認識到垃圾分類的重要性。學生在扮演垃圾桶的同時，深切感受到垃圾不分類對環境造成的危害。可見藝術的展現，在整個項目學習中實現知識能力與情感的提升，提高學生生物學科的綜合素養。

2.6 抓拍生物活動精彩瞬間

上海市開展科技比賽起源較早，歷年參加的很多比賽涉及生物學知識（如動物學、植物學、微生物學等），舉辦過很多科普類常規活動，如鳥類識別比賽或者昆蟲微距攝影比賽。學校也會組織各種形式的課外研學活動，其中有一些項目是觀察當地特有生物物種及分析當地生態系統結構與環境之間的關系，因此學生有較多機會可以關注到山間野外或者城市中常見鳥類（如麻雀、白頭鵯、烏鶇和珠頸斑鳩等）。教師可組織學生參加記錄動物有趣時刻的攝影活動，在科學性同時兼顧藝術性，即要求圖像清晰、畫面簡潔、美觀，能全面反應該動物的特點。這種課外拓展活動既提高學生學科綜合素養，又培養學生發現自然美、捕捉自然美的意識。很多學生甚至把這類活動作為終身愛好進行培養，可見藝術的加入給簡單的科學項目帶來的不一樣的體驗和感覺。

傳統的STEM教學體系關注工程、技術等手段融入科學教學，重點培養了學生解決問題的能力，卻忽略學生對美感、藝術的追求。而加入的藝術項目也不僅僅是簡單的將藝術加進去，而是希望借助藝術本身更好為整個項目服務，使得項目的娛樂性、可開放性以及對學生的吸引力有所提高。從初中生物學科角度出發，藝術成分的加入確實大大提升了學生的創造力，激發學生發現自然美、尋找自然美到愛上自然美的過程，帶著好感和美感進入生命科學課堂學習，從情感角度大大提高教師初中生命科學教學效率、提升學生學科專業素養。