STEAM理念下的生物實驗設計

李聰聰

摘要：STEAM教育是綜合的技術教育，它需要跨學科融合，STEAM的課堂常常是基于真實問題解決的探究學習、基于設計的學習，強調發展學生的設計能力與問題解決能力。從案例中去體現STEAM的特征，從多角度體會STEAM的優勢。

關鍵詞：STEAM；生物實驗設計

STEAM是科學、技術、工程學、藝術、數學的英文首字母的簡寫，指在科學課程中嵌入科學、技術、工程學、藝術和數學的內容并強調這些學科之間的關聯和應用，其基本思路和策略完全適合生物學課程。采用STEAM的課程設計有助于學生將生物學、數學和其他自然科學的原理、技術的手段和工程學的思路應用于解決現實生活中的問題，有助于學生理解科學、數學和技術的本質，提高學生的實踐能力。下面我就STEAM背景下的生物實驗設計談談自己的淺見。

STEAM的特征

一、STEAM的趣味性

從學生的興趣出發，基于真實問題，營造探索、發現、創造三個條件激發學生學習；培養學生的求知欲、自信、思維技巧、創意表達、解決問題能力，發展學生的個性特長，提升學生的綜合素養。

案例一：洗手液的價格與品質

實驗探究背景：學生通過學習有關細菌和真菌的知識認識到洗手前比洗后后手上的細菌和真菌的數量少。因此學生開始十分注意清潔手部衛生，那么我們應該選擇什么品牌的什么價位的洗手液呢？某些品牌的洗手液真的如廣告中那樣效果明顯嗎？學生進行了實驗設計。

（一）材料用具

不同價位的洗手液10個，培養皿22個，封口膠，高壓滅菌鍋，牛肉膏，蛋白胨，蒸餾水。

（二）實驗設計

1、配置培養基，按照一定的比例配置培養基。

2、滅菌：將培養皿，和配置好的培養基用高壓滅菌鍋進行滅菌。

3、將培養基倒入培養皿中，蓋蓋冷卻至室溫并凝固。在培養皿上分別標上1-11號以及洗手液的價位。

4、接種：10位同學選用不同價位的洗手液，用相同的洗手步驟和時間對自己的手部進行清潔，清潔完成后每位同學分別找到標有對應價位的1-10號培養基，右手迅速打開蓋子將自己的左手在培養基上輕摁一下，接種完成后迅速蓋上蓋子并用封口膠將培養皿封好，11號培養基不做任何處理，直接封口，做空白對照。

5、培養：將1-11號培養基放在相同且適宜的恒溫培養箱中進行培養。

6、觀察：培養一段時間后進行觀察，觀察并比較每一個培養基上的菌落數量作好記錄。

7、匯報總結與交流：通過實驗數據分析得出洗手液的清潔程度與價位之間的關系。交流實驗過程中存在的問題與經驗。

（3）實驗拓展：

1、選用同學們常用的不同品牌的洗手液，進行實驗，比一比各皮牌的洗手液的清潔程度。

2、有同學認為肥皂的清潔程度比香皂好，針對這一意見我們也可進行實驗。

STEAM的趣味性主要體現在：學生發現的現象和提出的問題有趣；學生為探究問題而做出的實驗思路及設計具有挑戰性；學生的研究方向及問題與學生生活息息相關。學生通過自己發現問題、設計實驗、總結實驗結果、解決問題的過程能夠收獲一份成就感。同時也可以激發學生的學習動機。

二、STEAM的跨學科性

STEAM教育是綜合的技術教育，它需要跨學科融合，STEAM的課堂常常是基于真實問題解決的探究學習、基于設計的學習，強調發展學生的設計能力與問題解決能力。

案例二：男孩女孩的出生概率

實驗探究背景：新生兒性別是人們普遍關注的問題，過去受重男輕女思想的影響，有的婦女因生了女孩備受責難。如今醫療技術手段先進，胎兒的性別鑒定成了日常人們討論的話題，利用現代技術手段來控制胎兒性別必定會導致男女比例失衡的問題。那么生男生女到底是怎么回事兒呢？學生對此問題產生疑惑，根據所學男女性染色體的結構，同學們對此問題進行了實驗設計。

（一）材料用具

白卡紙條，紙杯，筆等。

（二）實驗設計

1、在10個白色卡紙條一端寫上Y代表含Y染色體的精子，在10個白色卡紙條一端寫上X代表含X染色體的精子。將這20個卡紙條寫有字母的一端朝下放入一個寫有精子的紙杯中，搖勻。

2、在20個白色卡紙條一端寫上X代表卵細胞。將這20個卡紙條寫有字母的一端朝下放入一個寫有卵細胞的紙杯中，搖勻。

3、兩位同學分別從裝有“精子”和裝有“卵細胞”的紙杯中隨機取一個紙條；第三位同學負責記錄兩個卡紙條代表的性染色體組成。每次取完記錄后，再將卡紙條放回去，注意搖勻再取，共記錄10次。

4、全班統計各個小組模擬精子與卵細胞隨機結合的結果。

此案例體現了生物與數學的整合，實驗數據的統計與分析離不開數學思想。STEAM課程是跨越學科界限的，這種課程的開展需要多學科知識的綜合應用，如科學、技術、工程學、藝術、數學等，初中生物實驗的設計亦是如此，我們在利用多學科知識的同時將重心放在特定的問題上。

三、STEAM的體驗性和情境性

STEAM課程的情境性體現在，它強調把知識還原于豐富的生活，結合生活中有趣、具有挑戰的問題在生活的情境中設計實驗辨識問題本質，從而解決學生的問題。

STEAM課程的體驗性性體現在，STEAM課程不僅主張學習概念、原理，更強調動手做，讓學生在“做中學”（Learning by doing）。不僅要學會聽科學、看科學更要學會做科學，在參與、體驗實驗探究的過程中習得知識。

STEAM下生物實驗還要有協作性，強調群體協同，同學之間互幫互助、互相啟發；還有設計性，學生根據實驗需要設計相應生物模型，幫助學生建構概念；在設計的過程中還要盡量美觀，符合人文科學和社會科學的要求，具有一定的藝術性；最后還要有證實性，這也是科學區別于其他學科的重要方面。

一系列的實驗案例證明當學生帶著問題去設計實驗時，學生便從一個“體驗者”向“設計者”邁進了。實驗后教師組織學生交流問題，促成進一步的思維碰撞。通過這樣的體驗、觀察和思辨過程，學生在自主設計實驗時便會有了基本的設計思路，再經過實際運用，對于重要概念也會有深刻的理解。