立足于學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的STEAM課程

王莉

摘要：結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，探討如何在STEAM課堂教學(xué)中，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的策略，最終達(dá)成促進(jìn)學(xué)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(xué)學(xué)科核心素養(yǎng) 科學(xué)思維 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1STEAM課程特點(diǎn)的簡(jiǎn)介

STEAM教育理念來源于提倡科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（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(xué)科教育簡(jiǎn)單的疊加，而是有機(jī)整合各個(gè)學(xué)科內(nèi)容，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自由探索、自主思考的學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生體驗(yàn)用科學(xué)思維、科學(xué)方法解決問題的過程，提升學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，從而提升學(xué)生的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

STEAM教育通常采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL），創(chuàng)設(shè)了基于真實(shí)生活的學(xué)習(xí)情境，注重學(xué)習(xí)的過程，促進(jìn)學(xué)生在合作中不斷地嘗試和探索，利用批判性思維等科學(xué)思維在交往與合作中解決問題。這種學(xué)習(xí)過程包含如下環(huán)節(jié)：體驗(yàn)——反思——分享——整合——運(yùn)用。近幾年，我國(guó)許多中小學(xué)都開始在學(xué)校課程中探索和實(shí)施STEAM課程，并進(jìn)行本土化的實(shí)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(xué)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(jì)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以解決具有現(xiàn)實(shí)意義的問題為目的導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，通過提出問題、規(guī)劃方案、解決問題、評(píng)價(jià)反思等環(huán)節(jié)，提高學(xué)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(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，以認(rèn)識(shí)校園植物、尋找可能含有抑菌殺菌成分植物為起點(diǎn)，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(yàn)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(xué)生以課程小報(bào)的形式進(jìn)行交流、分享和展示。課程方案的設(shè)計(jì)充分聯(lián)系生活實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，通過一系列的探究活動(dòng)和跨學(xué)科知識(shí)的整合，拓展學(xué)生的思維，鍛煉學(xué)生的能力。

2.2學(xué)習(xí)對(duì)象與課時(shí)

初一、初二學(xué)生，約5-6課時(shí)。

2.3課程目標(biāo)

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

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

（3）從工程學(xué)角度，設(shè)計(jì)利用植物提取物制作手工精油皂的方案，并實(shí)施。

（4）通過設(shè)計(jì)小報(bào)匯報(bào)、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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等，培養(yǎng)數(shù)學(xué)分析和應(yīng)用的能力。

2.4課程的實(shí)施

2.4.1識(shí)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(xué)校的綠化生態(tài)。所以，課程的第一課時(shí)從聯(lián)系學(xué)生的日常生活，從校園出發(fā)，將內(nèi)容設(shè)定為識(shí)遍校園植物，探尋含有抑菌殺菌成分的植物。活動(dòng)過程：①學(xué)生分組;②帶上事先查閱好的資料、相機(jī)或手機(jī)、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(shí)驗(yàn)材料。

調(diào)查認(rèn)識(shí)校園植物種類的活動(dòng)不僅要求學(xué)生能綜合運(yùn)用植物分類學(xué)知識(shí)，還要求學(xué)生能理解生物的各種變異現(xiàn)象。在此學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生可以使用智能手機(jī)上的相關(guān)APP，幫助確定植物名稱。在這個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生不僅確定了進(jìn)一步探究的植物，還認(rèn)識(shí)了校園中的很多植物。

2.4.2提取植物精油

確定了要進(jìn)一步探究的5種植物后，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題：抑菌或殺菌成分的化學(xué)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(xué)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(xué)生推測(cè)：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(fù)雜的混合物，一般是將草本植物的花、葉、根、樹皮、果實(shí)、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(shí)驗(yàn)步驟：①學(xué)生分組，分成5組;②各組分別準(zhǔn)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(diǎn)燃酒精燈開始蒸餾;⑦收集精油;⑧從顏色、氣味等方面評(píng)價(jià)所提取的精油，計(jì)算出油率（出油率=芳香油質(zhì)量/原料質(zhì)量）。

但是，在實(shí)踐中由于實(shí)驗(yàn)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(dǎo)學(xué)生思考：針對(duì)現(xiàn)有的器材，可以如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，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(xué)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。可采用鹽析法，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(xué)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(jì)了探究實(shí)驗(yàn)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(gè)，做好標(biāo)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(dǎo)學(xué)生分析：為什么培養(yǎng)細(xì)菌用土壤浸出液？產(chǎn)生抑菌圈的原理是什么？學(xué)生討論后發(fā)現(xiàn)，由于受實(shí)驗(yàn)室提取精油的純度限制，最終的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(xué)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(yùn)用到實(shí)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(dòng)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(xué)生還在制作時(shí)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(xué)生手上仿佛成了一件件美麗的藝術(shù)品。另外，學(xué)生籌劃著在學(xué)校的愛心義賣會(huì)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(bào)展示交流

各小組將此次課程制作成課程小報(bào)，班級(jí)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(píng)價(jià)

教師在評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)遵循方向性與發(fā)展性原則，注重學(xué)生的發(fā)展性和過程性評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生提高核心素養(yǎng)。教師采用表現(xiàn)性評(píng)價(jià)和交流式評(píng)價(jià)。表現(xiàn)性評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括科學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)操作、口頭表達(dá)，以及使用STEAM知識(shí)解決生活中的實(shí)際問題等;交流式評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括課堂問答、面談、課堂討論、小報(bào)制作等。每次課前，教師反饋上次課程的評(píng)價(jià)結(jié)果，以便各位學(xué)生及時(shí)調(diào)整。

3實(shí)踐反思

為培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”，國(guó)家提出了學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)（圖1）。STEAM課程通過基于項(xiàng)目的實(shí)踐活動(dòng)，聯(lián)系學(xué)生的生活，融合貫通各學(xué)科內(nèi)容，使學(xué)生認(rèn)識(shí)風(fēng)土人情、特色生物、科技發(fā)展、文化藝術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、批判性思維、科學(xué)探究、審美觀念、藝術(shù)修養(yǎng)，循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

3.1整合跨學(xué)科知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生在實(shí)踐中建構(gòu)認(rèn)知

本課程的設(shè)計(jì)融合了生物、化學(xué)、信息、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等各學(xué)科的知識(shí)，充分利用學(xué)生生活中隨手可得的內(nèi)容作為真實(shí)的情境素材，進(jìn)行設(shè)計(jì)項(xiàng)目式活動(dòng)，以核心問題為導(dǎo)向，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)學(xué)科核心概念和跨學(xué)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(dǎo)學(xué)生在校園中尋找探究的實(shí)驗(yàn)材料。學(xué)生首先需要運(yùn)用生物學(xué)分類知識(shí)辨認(rèn)植物，然后再收集植物的特點(diǎn)，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(xué)生需要運(yùn)用化學(xué)知識(shí)和物理知識(shí)，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(bào)，學(xué)生需要從藝術(shù)性出發(fā)，并運(yùn)用信息技術(shù)等手段，對(duì)實(shí)踐成果進(jìn)行更好地展示。

3.2以學(xué)生為主體，促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐參與和合作交流，使學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)

STEAM課程要求以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自己動(dòng)手完成他們感興趣并和生活相關(guān)的項(xiàng)目。在此課程中，教師將課程內(nèi)容分解成幾個(gè)小項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)自己校園中見到的植物，提出明確、有價(jià)值的問題。學(xué)生通過交流與合作，設(shè)計(jì)并實(shí)施恰當(dāng)可行的方案，運(yùn)用各學(xué)科的科學(xué)原理，解決問題。學(xué)生從辨認(rèn)植物開始，到最終制作出含有精油的手工皂，從淺層學(xué)習(xí)走向深入學(xué)習(xí)，從建構(gòu)自己的知識(shí)體系與發(fā)展能力發(fā)展到創(chuàng)新地運(yùn)用知識(shí)和技能自制產(chǎn)品，使學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力。在這個(gè)過程中，學(xué)生通過交流與合作，在與自然現(xiàn)象、教師及其他學(xué)習(xí)者等周圍環(huán)境因素的互動(dòng)中，不斷改進(jìn)自己的實(shí)踐過程，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，開始注重學(xué)習(xí)與日常生活的聯(lián)系，注重學(xué)習(xí)的過程。

3.3促進(jìn)學(xué)生在真實(shí)問題解決中培養(yǎng)科學(xué)思維，形成知識(shí)、發(fā)展能力

貼近學(xué)生生活、內(nèi)容豐富的課程才可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)脫離了學(xué)生的生活，會(huì)使學(xué)習(xí)與生活割裂開，使學(xué)生的學(xué)習(xí)陷入程式化過程，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，更無法促進(jìn)學(xué)生將知識(shí)和技能的遷移運(yùn)用于解決問題中。STEAM課程有機(jī)整合各個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)聯(lián)系學(xué)生生活的學(xué)習(xí)情境，指引學(xué)生探索生活中的未知。學(xué)生經(jīng)歷解決真實(shí)問題的過程，獨(dú)立思考，多角度辯證地分析問題，用于嘗試和改進(jìn)，逐步建構(gòu)知識(shí)和發(fā)展各項(xiàng)能力。

以本課程為例，從課程的由來到每個(gè)小項(xiàng)目的形成實(shí)施，都需要學(xué)生以事實(shí)為證據(jù)，通過邏輯推理尋找因果關(guān)系，去解釋相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維的方法探討問題，審視或論證的過程，實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。在探究植物精油的抑菌或殺菌功能的活動(dòng)中，學(xué)生開始設(shè)計(jì)在培養(yǎng)基中加入所提取出的植物精油，沒有達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，各個(gè)培養(yǎng)基上都長(zhǎng)了很多菌落。學(xué)生重新思考，認(rèn)為添加精油的含量不夠，因此在配置培養(yǎng)基時(shí)增加精油的含量，也并沒有達(dá)到預(yù)期的效果。各小組進(jìn)行討論，決定采取先培養(yǎng)細(xì)菌、再用精油影響的方案。再整個(gè)探究過程中，學(xué)生主動(dòng)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(xué)思維能力水平。

3.4促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)新，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任

本課程的開發(fā)和實(shí)施基于實(shí)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(xué)認(rèn)識(shí)自然，還注重用藝術(shù)美化萬物，培養(yǎng)學(xué)生的審美情趣，更關(guān)注提高學(xué)生的合作交往能力。課程的產(chǎn)品——手工皂還可以被學(xué)生作學(xué)校義賣活動(dòng)的物品，增加了學(xué)生的自豪感，提高了學(xué)生進(jìn)行公益活動(dòng)的積極性。在整個(gè)課程的實(shí)施過程中，學(xué)生通過親身經(jīng)歷，理解了科學(xué)創(chuàng)新素養(yǎng)的重要性，逐漸樹立了“用科技創(chuàng)新改進(jìn)生活和生產(chǎn)”的理念。