基于STEM理念的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)策略

張華容

摘要：高中生物學(xué)科具備較強(qiáng)的實(shí)踐性，通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠輔助教學(xué)效果的進(jìn)一步提升。STEAM理念在教學(xué)過程中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于學(xué)生更加全面綜合的培養(yǎng)，從多學(xué)科的角度提升教學(xué)效果。基于STEAM理念對(duì)于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)，能夠通過實(shí)驗(yàn)過程對(duì)于學(xué)生的多方面的能力進(jìn)行培養(yǎng)。本文針對(duì)基于STEAM理念的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)策略進(jìn)行探究，希望能夠不斷優(yōu)化高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：STEAM理念;高中生物;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

STEAM理念作為一種科學(xué)的教育理念，通過挖掘不同學(xué)科知識(shí)中存在的聯(lián)系從而對(duì)于多學(xué)科內(nèi)容體系進(jìn)行有效的整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中應(yīng)用STEAM教育理念能夠?yàn)閷W(xué)生提供實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的多樣性視角，使得學(xué)生能夠從更加綜合的角度探究環(huán)境因素對(duì)于光合作用強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，提升學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效果。

一、明確實(shí)驗(yàn)原理

"探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響"這一內(nèi)容是人教版高中生物必修一中的重要內(nèi)容，這一單元內(nèi)容的學(xué)習(xí)需要借助于實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行，從而提升學(xué)生對(duì)于光合作用內(nèi)容的整體認(rèn)知。實(shí)驗(yàn)過程開始前教師首先需要對(duì)于光合作用的理論知識(shí)體系進(jìn)行講解，可以借助于生活場(chǎng)景中進(jìn)行內(nèi)容導(dǎo)入。光合作用對(duì)于植物生長(zhǎng)有著重要的影響，充足的光合作用是植物生長(zhǎng)的必要條件。如果糧食生長(zhǎng)過程中的光合作用太弱，那么必定不會(huì)有很好的收成。環(huán)境中二氧化碳濃度、土壤水分、光照以及溫度等都會(huì)對(duì)于光合作用的強(qiáng)度產(chǎn)生影響，如何確定環(huán)境因素對(duì)于光合作用造成的影響，然后通過針對(duì)性的調(diào)整提升光合作用的效果呢？那么就需要對(duì)于環(huán)境當(dāng)中存在的影響光合作用效果的因素進(jìn)行發(fā)掘，然后通過進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，有效的提升植物的光合作用，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)或者糧食增產(chǎn)。

本次實(shí)驗(yàn)的原理是光合作用的強(qiáng)度可以通過測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)原料消耗后產(chǎn)物生成的數(shù)量實(shí)現(xiàn)定量表示，通過控制變量的方式對(duì)于不同條件下葉片上浮數(shù)量從而確定氧氣的生成量，實(shí)現(xiàn)對(duì)于植物光合作用測(cè)定。通過理解實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)用的科學(xué)原理，并且通過實(shí)驗(yàn)過程驗(yàn)證這一科學(xué)原理，能夠使得學(xué)生通過實(shí)踐的方式加深對(duì)于這一原理的認(rèn)知，達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。

二、規(guī)范實(shí)驗(yàn)技術(shù)

科學(xué)研究的基礎(chǔ)建立在規(guī)范的實(shí)驗(yàn)流程之上[1]。本次實(shí)驗(yàn)針對(duì)環(huán)境中二氧化碳濃度對(duì)于光合作用強(qiáng)度的影響進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)過程中首先將葉片細(xì)胞中存在的氣體進(jìn)行排出，使得葉片能夠深入水底。只有將葉片細(xì)胞中的空氣徹底排出，葉片才會(huì)沉入水底。排出葉片空氣的方法可以采用真空滲水法，使用注射器不斷抽取葉片中的空氣，使得葉片能夠沉入水下。在光合作用的過程中，植物會(huì)對(duì)于環(huán)境中的二氧化碳進(jìn)行吸收，然后向外排除氧氣，氧氣在水中具有較低的溶解度，因此隨著光合作用而產(chǎn)生的氧氣會(huì)逐漸積聚在葉片間隙，隨著氧氣的增加，葉片會(huì)逐漸上浮，通過對(duì)于葉片上浮的時(shí)間以及數(shù)量進(jìn)行測(cè)算，從而確定植物光合作用的強(qiáng)弱。通過對(duì)于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的探究，能夠幫助學(xué)生規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，并且進(jìn)行對(duì)于實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行探究。

三、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)流程需要選取合適的植物。試驗(yàn)過程使用到的材料以及實(shí)驗(yàn)用具主要包括打孔器、燒杯、NaHCO3溶液、臺(tái)燈等。在校園中就地取材，選取具有完整葉片的綠葉，然后使用打孔器取下相同規(guī)格的圓形葉片，打孔的過程中要選取距離葉片主脈較遠(yuǎn)的部位，以免影響實(shí)驗(yàn)效果。在完成打孔操作以后，使用真空滲水法對(duì)于葉片中的空氣進(jìn)行抽取，使得葉片能夠沉入水中，將完成打孔操作以后的圓片置于黑暗環(huán)境中。選擇三個(gè)規(guī)格相同的燒杯分別張貼一、二、三的標(biāo)記，并且在三個(gè)燒杯中添加40ml的清水。在其中一號(hào)、二號(hào)燒杯中添加30mlNaHCO3溶液。燒杯處理結(jié)果如表1所示。

針對(duì)實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠?qū)τ趯W(xué)生的邏輯思維能力以及實(shí)驗(yàn)體系認(rèn)知進(jìn)行培育，通過實(shí)驗(yàn)流程提升學(xué)生對(duì)于變量控制等生物試驗(yàn)方法的理解與掌握。

四、回收試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，一號(hào)燒杯在添加NaHCO3溶液，并且光照強(qiáng)度更高的情況下，五分鐘內(nèi)有2枚葉片上浮，十分鐘內(nèi)有5枚葉片上浮，十五分鐘內(nèi)有9枚葉片上浮。二號(hào)燒杯在添加NaHCO3溶液，光照條件稍差的情況下，五分鐘內(nèi)有1枚葉片上浮，十分鐘內(nèi)有3枚葉片上浮，十五分鐘內(nèi)有6枚葉片上浮。三號(hào)燒杯未添加NaHCO3溶液，光照條件更好，五分鐘與十分鐘均未有葉片上浮，在十五分鐘內(nèi)有1枚葉片上浮。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包含多種方式，需要學(xué)生通過多樣化的表現(xiàn)手法將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行藝術(shù)性的表達(dá)。回收試驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程可以對(duì)于學(xué)生的綜合能力進(jìn)行培育，按照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)撰寫對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，既能夠加深學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)知，也能夠鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力[2]。

五、總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，一號(hào)燒杯與二號(hào)燒杯添加NaHCO3溶液情況相同的，變量條件為光照強(qiáng)度。在光照強(qiáng)度的差異下，這兩個(gè)燒杯的葉片上浮情況具備明顯的差別。一號(hào)燒杯的光照強(qiáng)度更高，整體的葉片上浮數(shù)量更多，二號(hào)燒杯的光照強(qiáng)度相對(duì)于一號(hào)燒杯更低，葉片上浮的情況和一號(hào)燒杯具備明顯的差異，針對(duì)一號(hào)燒杯和二號(hào)燒杯葉片上浮數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出光照強(qiáng)度對(duì)于植物光合作用強(qiáng)度有著重要的影響。

三號(hào)燒杯與一號(hào)燒杯的光照強(qiáng)度相同，但是三號(hào)燒杯并未添加NaHCO3溶液。相較于一號(hào)燒杯而言，三號(hào)燒杯葉片上浮情況最差。這一數(shù)據(jù)表明NaHCO3溶液對(duì)于植物光合作用的強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生影響。

結(jié)束語

"探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響"作為高中生物重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容環(huán)節(jié)，對(duì)于這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)能夠有效提升學(xué)生對(duì)于生物知識(shí)的理解以及開展生物實(shí)驗(yàn)的能力。將STEAM理念應(yīng)用于"探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響"試驗(yàn)過程中，能夠使得實(shí)驗(yàn)過程從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)這五個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合培養(yǎng)，提升生物教學(xué)的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張恒澤.STEAM理念在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用例析[J].生物學(xué)教學(xué)，2019，44（4）：43-45. DOI：10.3969/j.issn.1004-7549.2019.04.019.

[2]王菁.“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué)，2018，43（8）：63-64. DOI：10.3969/j.issn.1004-7549.2018.08.030.