基于STEAM理念的高中生物學(xué)教學(xué)探索

摘 要：STEAM教育作為一種跨學(xué)科綜合性教育模式，在高中生物授課過(guò)程中能發(fā)揮重要作用，有利于強(qiáng)化學(xué)生的核心素養(yǎng)，讓學(xué)生快速融入生物學(xué)習(xí)體系，增強(qiáng)實(shí)際教學(xué)效果.研究結(jié)合綠葉中色素的提取和分離這一課程，提出了三種有效教學(xué)策略，為在STEAM理念下開展高中生物教學(xué)活動(dòng)提供了重要參考.

關(guān)鍵詞：STEAM理念；生物課程；教學(xué)探索

中圖分類號(hào)：G632"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：1008-0333（2024）21-0136-03

在高中階段，為了有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，教師應(yīng)注重STEAM理念的應(yīng)用價(jià)值，確保其能與課程體系緊密融合，強(qiáng)化實(shí)踐授課質(zhì)量.目前，在STEAM理念下的高中生物教學(xué)仍面臨一些問(wèn)題，如學(xué)生對(duì)生物學(xué)習(xí)的興趣和熱情不高，學(xué)習(xí)效果欠佳.研究試圖探討如何基于STEAM教育理念開展高中生物教學(xué)，以提高教學(xué)質(zhì)量與效果.

1 STEAM教育理念簡(jiǎn)析

通過(guò)整合STEAM教育理念，可以有效訓(xùn)練學(xué)員的綜合創(chuàng)新能力，并培育個(gè)體的核心素養(yǎng)，強(qiáng)化其未來(lái)在工作與生活中的競(jìng)爭(zhēng)力.從實(shí)踐層面分析，STEAM教育并不是簡(jiǎn)單地將五個(gè)核心內(nèi)容進(jìn)行整合，而是需要通過(guò)跨學(xué)科理念展開設(shè)計(jì)規(guī)劃，使學(xué)習(xí)能夠圍繞項(xiàng)目制方案展開，盡可能為學(xué)生提供情景化的學(xué)習(xí)體驗(yàn).鼓勵(lì)學(xué)生在協(xié)作和探究過(guò)程中訓(xùn)練自身的設(shè)計(jì)性思維，在相對(duì)真實(shí)的情景環(huán)境下，試圖利用自身的學(xué)科知識(shí)與技能解決問(wèn)題[1].

2 高中生物課程基于STEAM理念開展教學(xué)的有效策略

2.1 采用項(xiàng)目學(xué)習(xí)法

項(xiàng)目教學(xué)法屬于一種圍繞學(xué)生為主體的授課模式，以問(wèn)題作為基礎(chǔ)導(dǎo)向，讓學(xué)生在項(xiàng)目載體環(huán)境中通過(guò)科學(xué)合作等方式嘗試解決實(shí)際問(wèn)題.在生物課堂環(huán)境中，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合課程本身及學(xué)生的實(shí)際狀態(tài)，設(shè)計(jì)一些具有科學(xué)性和探究性的應(yīng)用項(xiàng)目[2].

以“綠葉中色素的提取和分離”為例，教師可以將這個(gè)項(xiàng)目命名為“綠葉色彩的奧秘”，然后讓學(xué)生從五個(gè)方向著手開展學(xué)習(xí)項(xiàng)目.第一個(gè)方向是：綠葉中含有哪些色素，它們的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是什么？第二個(gè)方向是：綠葉中色素的提取與分離原理是什么，使用什么方法？第三個(gè)方向是：綠葉中色素含量與比例可能受到哪些因素影響，如何進(jìn)行測(cè)定與分析？第四個(gè)方向是：綠葉中色素的生物學(xué)功能與意義是什么？第五個(gè)方向是：綠葉中色素對(duì)人類生活有哪些具體應(yīng)用價(jià)值？

在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)查閱資料、進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)等方式，收集數(shù)據(jù)并撰寫結(jié)果，最后在課堂中展示報(bào)告.通過(guò)合作完成項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生不僅可以有效掌握生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用技能，還可以培養(yǎng)科學(xué)探究精神和跨學(xué)科綜合應(yīng)用能力，同時(shí)增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作與表達(dá)溝通技巧.例如：

老師：同學(xué)們，今天我們要學(xué)習(xí)的是植物葉片中的色素.你們知道植物葉片中有哪些色素嗎？

學(xué)生甲：我知道有葉綠素，它是綠色的，可以參與光合作用.

學(xué)生乙：我還知道有類胡蘿卜素，它是黃色或橙色的，可以保護(hù)葉綠素免受光照損傷.

學(xué)生丙：我聽說(shuō)過(guò)花青素，它是紅色或紫色的，可以吸收多余的光能，防止光氧化.

老師：很好，你們說(shuō)得都對(duì).這些色素都是植物葉片中的重要成分，它們不僅影響植物的生理功能，也影響植物的外觀和美感.今天我們要親自提取和分離這些色素，看看它們的真實(shí)顏色.你們的項(xiàng)目主題是“綠葉色彩的奧秘”，在項(xiàng)目進(jìn)行的過(guò)程中，你們要利用自制的色譜紙，將植物葉片中的色素分離出來(lái)，觀察它們的顏色和分布，并分析它們的性質(zhì)和作用.你們準(zhǔn)備好了嗎？

學(xué)生：準(zhǔn)備好了！

老師：好，那么我們先來(lái)分組.每組四人，每人分配一個(gè)角色，分別是項(xiàng)目經(jīng)理、科學(xué)家、工程師和藝術(shù)家.項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)組織和協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)的工作，科學(xué)家負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)，工程師負(fù)責(zé)制作和使用實(shí)驗(yàn)器材，藝術(shù)家負(fù)責(zé)記錄和展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果.你們可以自由選擇自己的角色，但要保證每組都有四個(gè)角色.分好組后，我會(huì)給你們發(fā)放實(shí)驗(yàn)材料和指導(dǎo)書，你們可以按照指導(dǎo)書的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可以自己探索.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要用PPT向全班展示你們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，以及收獲和感想.你們有什么問(wèn)題嗎？

學(xué)生：沒(méi)有問(wèn)題，老師.

2.2 融入游戲化競(jìng)爭(zhēng)元素

常見的教學(xué)游戲化元素包括目標(biāo)、規(guī)則、挑戰(zhàn)、反饋、獎(jiǎng)勵(lì)或競(jìng)爭(zhēng)合作等.在生物教學(xué)過(guò)程中，教師可以結(jié)合課堂的學(xué)習(xí)目標(biāo)與內(nèi)容，設(shè)計(jì)一些具有游戲化特征的活動(dòng)，以此創(chuàng)設(shè)輕松愉快的氛圍，讓學(xué)生在活動(dòng)

中深入感受生物科學(xué)的獨(dú)特樂(lè)趣，培育他們的創(chuàng)新思維與團(tuán)隊(duì)合作能力[3].

以“綠葉中色素的提取和分離”為例，教師將學(xué)生分為若干小組，針對(duì)不同的植物葉片展開實(shí)驗(yàn)，如菠菜、紫甘藍(lán)或紅薯葉等.教師應(yīng)提前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材和試劑，包括酒精燈、濾紙、醋酸及漏斗等.在準(zhǔn)備完成后，教師給出實(shí)驗(yàn)的基本步驟，如讓學(xué)生加入葉片，切碎并通過(guò)加熱酒精等方式提取色素，隨后采用醋酸分離色素.在講解過(guò)程中，教師應(yīng)避免涉及過(guò)多操作細(xì)節(jié)，如加入量、加入時(shí)間或分類方法等，以便讓學(xué)生能自主探索并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，提高學(xué)習(xí)與分析能力.

實(shí)驗(yàn)階段，教師可以設(shè)置評(píng)價(jià)指標(biāo)，如色素提取種類、純度及穩(wěn)定性等.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)這些指標(biāo)評(píng)分并點(diǎn)評(píng)，給予相應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)與反饋.這種方式鼓勵(lì)學(xué)生展開學(xué)習(xí)競(jìng)爭(zhēng)與合作，并通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分享心得來(lái)探討生物知識(shí)問(wèn)題，使知識(shí)有效內(nèi)化于學(xué)生的認(rèn)知思維中.這種游戲化實(shí)驗(yàn)活動(dòng)不僅讓學(xué)生能快速理解實(shí)驗(yàn)原理與技能，還能感受生物知識(shí)的趣味性與挑戰(zhàn)性，激發(fā)其求知好奇心，為科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力的提升打下基礎(chǔ).這種教學(xué)實(shí)驗(yàn)方式也符合STEAM理念的要求，能將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)方法整合，建立一個(gè)有計(jì)劃的整體，讓學(xué)生在跨學(xué)科的學(xué)習(xí)過(guò)程中鍛煉自身的思維多元化.例如：

老師：同學(xué)們，今天我們要進(jìn)行一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)，探究綠葉中色素的提取和分離.你們知道綠葉中有哪些色素嗎？

學(xué)生甲：綠葉中有葉綠素、類胡蘿卜素和花青素.

老師：那你們知道怎么提取和分離這些色素嗎？

學(xué)生乙：我們可以用酒精把葉片中的色素溶解出來(lái)，然后用紙層析法把不同的色素分離出來(lái).

老師：那么，現(xiàn)在我們就開始實(shí)驗(yàn)吧.我已經(jīng)準(zhǔn)備好了實(shí)驗(yàn)材料和器材，你們可以選擇不同的葉片，比如菠菜葉、紫甘藍(lán)葉、紅薯葉等，看看它們的色素提取和分離效果有什么不同.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們會(huì)進(jìn)行一個(gè)比賽，看看哪一隊(duì)的實(shí)驗(yàn)做得最好.

2.3 落實(shí)翻轉(zhuǎn)課堂理念

翻轉(zhuǎn)課堂屬于一種傳統(tǒng)教學(xué)模式的改進(jìn)版方法，要求教師將講授知識(shí)的內(nèi)容放在課前階段，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或其他方式讓學(xué)生展開自主學(xué)習(xí).在自主學(xué)習(xí)結(jié)束后，課堂時(shí)間全部用于討論、實(shí)踐以及探究等活動(dòng)，以此最大限度增強(qiáng)學(xué)生的參與程度，為他們主動(dòng)學(xué)習(xí)的態(tài)度培養(yǎng)堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).以“綠葉中色素的提取和分離”為例，教師可以在課前階段通過(guò)QQ或微信向?qū)W生提供相應(yīng)的教學(xué)資源，比如科學(xué)科普視頻、色素提取操作動(dòng)畫等，以此讓學(xué)生了解綠葉中存在多種色素，有葉綠素、胡蘿卜素、花青素，了解色素的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與核心功能.同時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用色素的溶解性差異進(jìn)行提取和分離操作.

課前階段結(jié)束后，教師可以在課堂環(huán)境中組織學(xué)生開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，利用器材和必備材料，結(jié)合課前學(xué)習(xí)的步驟進(jìn)行操作.操作過(guò)程中，學(xué)生需觀察現(xiàn)象并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析做準(zhǔn)備，確保有效探究實(shí)驗(yàn)原理和總結(jié)生物規(guī)律知識(shí)[4].實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極利用數(shù)學(xué)、物理或化學(xué)等學(xué)科知識(shí)解決可能遇到的問(wèn)題，如計(jì)算色素濃度、控制時(shí)間溫度或選擇合適的溶劑等.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師需要為學(xué)生準(zhǔn)備展示和交流的平臺(tái)，讓他們分享實(shí)驗(yàn)心得，評(píng)價(jià)自己或其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)成果.通過(guò)這種方式反思實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)意和視野拓展提供支持.例如：

老師：大家好，今天我們將繼續(xù)進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn).在課前，你們都觀看了我通過(guò)QQ發(fā)給你們的科普視頻和色素提取操作動(dòng)畫，對(duì)吧？

學(xué)生甲：是的，老師.我看了視頻，對(duì)葉綠素和胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有了初步了解.但我對(duì)花青素的溶解性有些疑問(wèn).

老師：很好的問(wèn)題.花青素是水溶性的，這與葉綠素和胡蘿卜素的脂溶性不同.這個(gè)特點(diǎn)怎么影響我們的實(shí)驗(yàn)步驟呢？

學(xué)生乙：這意味著我們可能需要用不同的溶劑來(lái)提取這些色素.

老師：非常正確.今天的實(shí)驗(yàn)中，我們將使用酒精提取葉綠素.在操作過(guò)程中，注意記錄你們觀察到的每一個(gè)現(xiàn)象.你們覺得在實(shí)驗(yàn)中會(huì)看到什么特別的現(xiàn)象？

學(xué)生丙：我猜，色素會(huì)隨著酒精的流動(dòng)在紙上移動(dòng)，形成不同顏色的帶.

老師：很好，這就是色譜實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵.我們還可以用數(shù)學(xué)方法來(lái)計(jì)算色素帶的遷移率.現(xiàn)在，讓我們開始實(shí)驗(yàn).請(qǐng)按照課前學(xué)習(xí)的步驟進(jìn)行操作，并記得記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

學(xué)生丁：老師，如果我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)期不符，我們應(yīng)該怎么辦？

老師：這正是科學(xué)探究的魅力所在.如果發(fā)現(xiàn)異常，我們可以討論可能的原因，并思考如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們會(huì)一起分享和討論各組的發(fā)現(xiàn)和挑戰(zhàn).記住，科學(xué)探究不僅是找到答案，更重要的是學(xué)會(huì)提出問(wèn)題和解決問(wèn)題.讓我們開始吧！

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，STEAM教育理念下的高中生物教學(xué)策略，包括采用項(xiàng)目學(xué)習(xí)法、融入游戲化競(jìng)爭(zhēng)元素、落實(shí)翻轉(zhuǎn)課堂理念等.結(jié)合相應(yīng)案例深入分析每個(gè)策略，研究認(rèn)為，結(jié)合STEAM教育理念開展高中生物教學(xué)，能顯著激發(fā)學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，對(duì)個(gè)體的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力也具有重要的培養(yǎng)作用.

參考文獻(xiàn)：

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[3] 李勇慧，于相麗，陳明等.高中生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)研究[J].內(nèi)江科技，2022，43（09）：111-112.

[4] 周軍花.高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的實(shí)踐探索[J].甘肅教育研究，2022（09）：80-82.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］