運用STEAM教育，發展生物學核心素養

顧濤　胡媛　孫磊

摘要：本文以“提取桂花精油并制作手工香皂”為例，從生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個維度出發，探討如何運用STEAM教育發展學生的生物學核心素養，以期為更多的案例研究提供參考。

關鍵詞：STEAM教育生物學核心素養實踐活動

STEAM教育與生物學核心素養培養是現今兩大熱點教育話題，兩者在教育理念上都強調“育人本位”，旨在培養全面發展的人，因此兩者對接可以更好地促進STEAM教育與本土資源融合以及學科核心素養的落實。

本文以人教版高中生物選修一“植物芳香油的提取”內容進行活動設計，以E（工程學）為主線，將S（科學）、T（技術）、A（藝術）和M（數學）有效地結合起來，探討如何運用STEAM教育發展學生的生物學核心素養。

教材中只是涉及“植物芳香油的提取”，本課程還開發了“設計香皂模具及外包裝”“制作手工精油香皂”“組織大型校園義賣”等內容，將提取到的精油封存于香皂之中，既解決了芳香油揮發且不易保存的問題，又拓展了實驗內容，而“組織大型義賣活動”，則把課堂延伸到社會生活中，實現了“課堂教學”與“社會實踐”的有機結合。

一、理論教學，形成生命觀念

（一）活動引入，理論學習

生命觀念是解釋生命現象和探討生命本質的基石，結構與功能觀、生物進化觀等是生命觀念的重要組成成分。

課堂上，先用臺灣美學大師蔣勛的實驗引入，用布把一位孩子的眼睛蒙上，讓他用嗅覺判斷哪朵花是淡雅的月桂，濃烈的玫瑰，甜美的茉莉……這個實驗告訴我們，每種花的香味都不一樣，人也是如此，每個人都是獨一無二，別人無法取代才是你成功的條件。

再結合課程內容，教師講解植物精油的來源和提取方法，學生展示課前查找的資料，了解到植物精油是植物體自身的次級代謝產物，主要成分包括萜類化合物及其衍生物;植物精油可以吸引昆蟲傳粉，利于植物的繁殖;同時對很多昆蟲卵、幼蟲和成蟲具有殺傷作用，在植物和昆蟲的協同進化中起到重要作用。

學生通過理論學習和資料分析，了解植物精油的結構和功能，體會精油是在生物長期進化中形成，樹立結構與功能觀、生物進化觀等生命觀念。

（二）STEAM理念下的課程教學目標

科學：植物精油提取方法、皂化反應原理、無水硫酸鈉吸水等。

數學：香皂體積、密度計算、精油出油率、義賣營業額，盈利率等計算。

技術：精油提取技術、3D打印技術、精油提取器等儀器操作。

工程：提取桂花精油并制作手工香皂工程設計方案。

藝術：紙質外包裝、香皂模具、義賣海報、平面廣告等設計;拍攝10分鐘宣傳片《附中香誕生記》。

二、模型設計，發展科學思維

“科學思維”是能對事物或問題進行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的思維方式，建構模型是其中一種重要的科學思維。

學生就香皂模具的制作方法、材質選擇等問題展開激烈的討論。3D打印技術可充分實現個人創意，滿足定制化需求;模具材質選擇上，學生通過對比實驗在TPU、硅膠、PLA中，最終選擇硅膠，它熱穩定性好、機械強度高，質地柔軟，易于同香皂剝離;同時設計香皂平面圖和3D打印稿（圖1），最終借助3D打印技術制作模具（圖2），充分發展了建構模型的科學思維。

圖1精油香皂平面設計圖、3D打印稿

圖2模具成品、香皂成品

三、借助PBL，提升科學探究

基于項目的學習（ProjectBased Learning）簡PBL，STEAM是一種PBL的探究學習方式，借助工程學思想提升項目質量，學生用他們在科學、技術、藝術、數學各個領域的知識來解決真實世界中的實際問題，要求學生動手動腦，通過小組合作、教師協作，以某個具體項目為驅動，并且最終一定要有產品。本課題以“提取植物精油，并制作香皂”這個項目作為驅動。相對于普通的探究學習，STEAM教育中的科學探究更強調學科融合、工程設計、產品呈現。

運用STEAM教育，發展生物學核心素養2022年1月中第2期（總第102期）（一）實驗準備階段

1.班級分工

將班級分為三組（表1），明確分工，各司其職，培養合作精神。

表1STEAM課程班級分工

精油提取組香皂制作組宣傳設計組1.嘗試使用三種方法提取不同植物精油

2.從成本、出油率、原料來源等多方面比較

3.確定提取哪種植物精油，并大量提取

4.同“香皂制作組”一起確定香皂配方1.設計并比較多種香皂模具設計方案，從成本、美學、校園文化等多方面比較，確定香皂模具方案

2.完善皂化反應步驟，完成預實驗，嘗試添加不同成分及比例

3.確定香皂配方，并大量制作手工香皂1.以前兩組數據為依據，設計產品外包裝

2.制作義賣海報

3.拍攝20張平面廣告

4.拍攝10分鐘廣告片《附中香誕生記》

5.校園網活動連載報道

6.組織義賣活動2.頭腦風暴

學生開展頭腦風暴活動，共同設計初步實驗方案、香皂造型、香皂外包裝（圖3），規劃后續宣傳活動。

圖3香皂外包裝平面展開設計圖

（二）預實驗階段

開展多次預實驗，嘗試用多種植物材料（玫瑰花、桂花、薄荷葉、橘子皮等）、多種提取方法提取植物精油。

在預實驗結束之后，小組討論哪種植物精油出油率高、哪種方法更加可行;并評估精油純度是否達標、如何優化香皂制作步驟。在多方面分析、比較各種精油優缺點之后，最終確定采用蒸餾法提取材料易得、成本較低、操作較易、出油率高的桂花精油，敲定工程設計方案（圖4）。

圖4“提取桂花精油制作手工香皂”工程設計方案

（三）正式實驗階段

學生按照方案，首先在校園里采摘桂花，將桂花分揀之后提取植物精油;再制作皂基，將其溶解之后添加桂花精油等成分，注入模具冷凝成型。最后完成產品制作（圖5）。

圖5桂花精油香皂成品

正式實驗環節對于同學們的要求較高，不但要完成基礎實驗，還需要提取大量精油制作香皂，在此過程中進一步鍛煉了同學們的實踐動手能力。

四、緊貼生活，履行社會責任

生物學核心素養中的社會責任包括結合本地資源開展科學實踐，嘗試解決現實生活中的相關問題。STEAM教育可圍繞社會議題展開調查研究，取材生活，基于生物學知識，培養同學們的社會責任感。

本課題中，桂花取自學?；?，產品設計為學校?；眨M織義賣、拍攝平面廣告和視頻宣傳片等活動，無不取材生活、聯系生活、改變生活。學生將一半義賣款項用于資助本校貧困學子，能夠幫助同學們樹立正確的人生觀，用自己的努力為社會貢獻力量，更加凸顯了本課題的社會責任感。

綜上所述，本課題依托于STEAM教育理念，通過理論學習，幫助同學們更好地樹立生命觀念;同時，3D打印技術幫助同學們培養模型與建模的科學思維;在實驗的探究過程中，提高了學生們的科學探究能力;最后，與生活緊密相關的選題、宣傳、義賣、資助等活動幫助同學們更好地履行社會責任。在新課改背景下，將STEAM教育與生物學教學緊密結合，能夠更好地促進生物學核心素養落實于課堂之中。

目前我國STEAM教育尚在起步階段，還需要盡快建立課程標準、課程評講體系，培養STEAM教育師資，努力構建具有中國特色的STEAM課程體系。

參考文獻：

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責任編輯：黃大燦