融入STEAM教育理念的校本課程項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

摘 要：本文依托STEAM教育理念，聚焦教材內(nèi)容，深挖校本生態(tài)資源價(jià)值，通過(guò)設(shè)計(jì)主線進(jìn)階式教學(xué)活動(dòng)，探索高中生物學(xué)校本課程的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方案，以期提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)其社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理念；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；人與環(huán)境；社會(huì)責(zé)任；校本課程

文章編號(hào)：1003-7586（2024）08-0003-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中的“生物與環(huán)境”模塊主要培養(yǎng)學(xué)生樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，形成生態(tài)意識(shí)，參與環(huán)境保護(hù)實(shí)踐，發(fā)展以社會(huì)責(zé)任為中心的核心素養(yǎng)，具有區(qū)別于其他模塊的獨(dú)特育人價(jià)值。人教版普通高中教科書《生物學(xué)·選擇性必修2·生物與環(huán)境》（以下簡(jiǎn)稱“教材”）的前三章內(nèi)容按照種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)的層次展開教學(xué)，主要實(shí)現(xiàn)相關(guān)重要概念的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)各層次生命系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡，感悟生態(tài)學(xué)的思想觀念。第4章則是在前三章基礎(chǔ)概念與原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用拓展，內(nèi)容上緊密聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)生活，以生態(tài)工程建設(shè)為案例培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)思維、工程學(xué)思維和倫理思維等多元科學(xué)思維。

基于此，筆者在教材理論知識(shí)教學(xué)的基礎(chǔ)上，以教材第4章“人與環(huán)境”一節(jié)為例，結(jié)合STEAM教育理念，設(shè)計(jì)校本課程的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程，充分開發(fā)校本生態(tài)資源，讓學(xué)生在研究實(shí)踐生態(tài)學(xué)的過(guò)程中深入體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，從根本上提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐和解決綜合問(wèn)題的能力，彰顯“生物與環(huán)境”模塊的育人價(jià)值，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)和擔(dān)當(dāng)能力，有效進(jìn)行生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1 設(shè)計(jì)理念

STEAM教育是一種融合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等素養(yǎng)要素的多學(xué)科、綜合性教學(xué)模式，其核心是開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行主動(dòng)的探索式學(xué)習(xí)，學(xué)生通過(guò)完成真實(shí)的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，解決實(shí)際問(wèn)題，從而潛移默化地達(dá)到構(gòu)建和深化知識(shí)體系的目的，進(jìn)而培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 設(shè)計(jì)理念

美國(guó)著名教育技術(shù)理論家和教育心理學(xué)家梅里爾（M. D. Merrill）在《首要教學(xué)原理》中首次提出了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的“五星教學(xué)模式”理論，即在“聚焦解決問(wèn)題”的教學(xué)宗旨下，教學(xué)應(yīng)該由“激活原有知識(shí)”“展示論證新知”“嘗試應(yīng)用練習(xí)”和“融會(huì)貫通掌握”不斷重復(fù)的四個(gè)階段循環(huán)圈構(gòu)成，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)需要始終貫穿這四個(gè)階段。［1］最終學(xué)生通過(guò)對(duì)多元素、跨學(xué)科知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)，發(fā)展解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。

2.2 實(shí)施思路

本項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)以教材第4章“人與環(huán)境”一節(jié)為例，充分挖掘并利用校內(nèi)的生物園、綠化帶、古榕院和生態(tài)魚塘等優(yōu)秀生態(tài)資源的學(xué)習(xí)價(jià)值，設(shè)計(jì)高中生物學(xué)的校本課程《生態(tài)美 綠色行》。這不僅為學(xué)生提供了豐富的實(shí)踐活動(dòng)，更能引導(dǎo)學(xué)生充分利用身邊的真實(shí)情境完成教學(xué)任務(wù)，提升解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

本項(xiàng)目依據(jù)STEAM教育理念，探究校本課程中對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，及各環(huán)節(jié)所體現(xiàn)的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，設(shè)計(jì)思路如表1所示。

3 實(shí)施內(nèi)容

3.1 激活原有知識(shí)：生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

教師創(chuàng)設(shè)情境：校內(nèi)的生態(tài)魚塘這一人工生態(tài)系統(tǒng)物種豐富，其設(shè)計(jì)充分利用了生態(tài)學(xué)原理對(duì)魚池過(guò)濾后的水進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。人工生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)水生動(dòng)植物的吸附作用和微生物的分解能力，有效凈化水面，并為水生動(dòng)植物提供長(zhǎng)期生存與繁殖的環(huán)境，從而確保生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

學(xué)生任務(wù)：學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的基本成分進(jìn)行分類，構(gòu)建微生態(tài)系統(tǒng)“生態(tài)缸”來(lái)模擬并觀察生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性原理。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生使用玻璃板和膠黏劑制作生態(tài)缸的框架，在底部逐層鋪墊石塊、細(xì)沙土和含腐殖質(zhì)較多的土，使底部?jī)A斜整體成坡狀。缸內(nèi)倒入曝曬并除氯的自來(lái)水，栽種苔蘚、鴨拓草、黑藻等水生植物，并適量地引入蚯蚓、蝸牛、蝦、魚、烏龜?shù)刃?dòng)物，營(yíng)造一個(gè)內(nèi)容豐富的水下生態(tài)環(huán)境。蓋上生態(tài)缸頂蓋，置于室內(nèi)通風(fēng)且光線良好的位置，每天觀察記錄缸內(nèi)生物的種類及數(shù)量變化并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)期間，教師可以提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考（見表2）。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過(guò)設(shè)計(jì)制作生態(tài)缸的實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生切實(shí)領(lǐng)悟到生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的內(nèi)涵，即生態(tài)系統(tǒng)具有保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)與功能的能力。這種能力以生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部生物群落為核心，具有一定的承載力，由此引導(dǎo)學(xué)生理解生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是有一定限度的。學(xué)生在動(dòng)手制作、觀察、記錄和反思的過(guò)程中，親自操作實(shí)踐、查閱文獻(xiàn)、對(duì)比案例，提升科學(xué)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和藝術(shù)素養(yǎng)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

3.2 展示論證新知：生態(tài)工程的原理

教師創(chuàng)設(shè)情境：通過(guò)生態(tài)缸的制作觀察實(shí)驗(yàn)，學(xué)生已深刻理解生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴于其自我調(diào)節(jié)能力，而這種調(diào)節(jié)能力與生態(tài)系統(tǒng)的組分息息相關(guān)。由此，想要提高人工生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，保持其內(nèi)部穩(wěn)態(tài)，尤其需要注意制作時(shí)各組分的數(shù)量和比例。

教師提問(wèn)：教師以學(xué)校內(nèi)生態(tài)魚塘中的多種淡水魚類為例，若為了提高淡水魚類的存活率，大力增加投放除錦鯉之外的入侵物種羅非魚，會(huì)導(dǎo)致什么后果？外來(lái)入侵物種對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)有哪些影響？

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生在教師的引導(dǎo)下走進(jìn)校園戶外第二課堂，就校內(nèi)豐富的生物資源進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)包括羅非魚、三裂葉蟛蜞菊、紅花酢漿草、水葫蘆、馬纓丹等多種外來(lái)入侵物種。學(xué)生以小組的形式在校內(nèi)走訪觀察并拍照記錄，同時(shí)查閱相關(guān)生物學(xué)知識(shí)，匯總調(diào)查成果，最后以紀(jì)錄片、多媒體、調(diào)查報(bào)告等多種形式進(jìn)行分享、交流和討論。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過(guò)組織分享討論，引導(dǎo)學(xué)生觀察并探究校內(nèi)外來(lái)入侵物種的種群和分布。從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待外來(lái)入侵物種對(duì)當(dāng)?shù)厣锒鄻有缘挠绊懀斫獗Ｗo(hù)生物多樣性的措施、原理和意義。在此過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)多種手段進(jìn)行實(shí)地考察，提升科學(xué)素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，深刻理解校園生物資源的生態(tài)學(xué)意義和價(jià)值，為后續(xù)學(xué)習(xí)生態(tài)工程的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

3.3 嘗試應(yīng)用練習(xí)：生態(tài)工程的應(yīng)用

教師創(chuàng)設(shè)情境：通過(guò)生態(tài)缸的制作和外來(lái)入侵物種的調(diào)查兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠切身體會(huì)到生物多樣性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要意義。物種之間的相互作用及動(dòng)態(tài)平衡則是生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。生態(tài)魚塘工程的案例，是基于生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科交叉實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果。

教師提問(wèn)：生態(tài)工程遵循的原理是什么？生態(tài)魚塘如何運(yùn)用生態(tài)工程的原理實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性？

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生回歸教材，溫故知新。結(jié)合校內(nèi)的生態(tài)工程案例，以小組為活動(dòng)單位，根據(jù)相關(guān)生態(tài)學(xué)原理，撰寫實(shí)驗(yàn)論文分析生態(tài)魚塘工程的原理及應(yīng)用，并提出改進(jìn)措施。

教師根據(jù)學(xué)生提出的改進(jìn)了措施，進(jìn)一步提出以下問(wèn)題（見表3）。

設(shè)計(jì)意圖：教師結(jié)合實(shí)際案例引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生態(tài)學(xué)原理進(jìn)行分析和討論，使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到生態(tài)工程需要基于工程學(xué)目的，并充分考慮當(dāng)?shù)刈匀弧⑸鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)情況。此外，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)的不同角度綜合考慮問(wèn)題，理解跨學(xué)科理論融合的實(shí)踐價(jià)值。由于該項(xiàng)目環(huán)節(jié)的難度較大，教師可根據(jù)實(shí)際情況，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行綜合分析并撰寫論文，進(jìn)而有效提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.4 融會(huì)貫通掌握：生態(tài)環(huán)境的檢測(cè)

教師創(chuàng)設(shè)情境：魚塘的水質(zhì)對(duì)生態(tài)工程中各生物組分的生存和繁殖具有重要影響。秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）作為國(guó)際廣泛使用的模式動(dòng)物，具有生理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于培養(yǎng)、生長(zhǎng)周期短的優(yōu)勢(shì)，常被應(yīng)用于環(huán)境評(píng)價(jià)、毒理研究、生命科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。

教師設(shè)置活動(dòng)：教師帶領(lǐng)學(xué)生以秀麗隱桿線蟲作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)設(shè)計(jì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)操作，利用生物學(xué)檢測(cè)指標(biāo)對(duì)生態(tài)魚塘的水質(zhì)進(jìn)行合理檢測(cè)和科學(xué)評(píng)估。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生從池中水體、水泥固化墻池邊水體、自然土塘池邊水體和池塘周邊的土壤四個(gè)取樣地點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行取樣，并將每個(gè)樣點(diǎn)采集的五個(gè)樣品混勻?yàn)橐粋€(gè)大樣品。其中，每個(gè)采樣點(diǎn)經(jīng)分離得到約1 000 g土樣和1 000 mL水樣，置于4 ℃冰箱保存。之后學(xué)生開展秀麗隱桿線蟲暴露試驗(yàn)，以秀麗隱桿線蟲的半數(shù)致死天數(shù)、體長(zhǎng)、產(chǎn)卵數(shù)、運(yùn)動(dòng)行為等數(shù)據(jù)作為檢測(cè)指標(biāo)，觀察現(xiàn)象并記錄過(guò)程，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告或科學(xué)論文，綜合檢測(cè)生態(tài)魚塘不同區(qū)段水質(zhì)對(duì)秀麗隱標(biāo)線蟲的綜合影響，最終分享調(diào)查結(jié)果并交流討論。

設(shè)計(jì)意圖：融合STEAM教育的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，其目的是培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中解決問(wèn)題和創(chuàng)造探索的能力。該項(xiàng)目式學(xué)習(xí)基于生態(tài)學(xué)和工程學(xué)原理，深挖情境中的水質(zhì)檢測(cè)問(wèn)題，在提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的同時(shí)，引導(dǎo)其關(guān)注更深層次的生物學(xué)問(wèn)題，進(jìn)而發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

4 實(shí)踐感悟

本教學(xué)設(shè)計(jì)以學(xué)生實(shí)際生活中的真實(shí)情境為例，對(duì)其背后的生態(tài)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行探究和延伸。教師通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境的探究過(guò)程中完成教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生熱愛學(xué)習(xí)、熱愛生活的生命觀念。

此外，本教學(xué)設(shè)計(jì)在深挖教材內(nèi)容和校本生態(tài)資源的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)階式主線的教學(xué)活動(dòng)環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)體現(xiàn)學(xué)生的課堂主體地位，彰顯“生物與環(huán)境”模塊的育人功能。學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中，以多元化的評(píng)價(jià)方式不斷反思、進(jìn)步與成長(zhǎng)，從而逐漸實(shí)現(xiàn)了從責(zé)任感到責(zé)任意識(shí)的內(nèi)化，最終實(shí)現(xiàn)責(zé)任行為的個(gè)人發(fā)展路徑，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維、問(wèn)題解決能力和實(shí)踐能力的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］MERRIL M D.First principles of instruction［J］.Educational technology research and development，2002，50（3）：43-59.