基于STEAM教育設計理念的初中生物教學設計

吳婷

摘 要：STEAM教育是科學、技術、工程、藝術及數學等多門學科的有機整合體，趣味性、多維性、協作性和項目性是STEAM教育的四大設計理念，本文以蘇科版七年級生物“能量的釋放和利用”為例，闡述如何將STEAM教育設計理念運用到初中生物教學中，從而使課堂更生動有效，更好的發展學生的理性思維。

關鍵詞：STEAM教育理念; 教學設計; 初中生物

中圖分類號：G633.91? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-3315（2019）05-025-002

1.什么是STEAM教育設計理念

STEAM教育是基于情境創設、問題提出、實驗設計、項目研究等方式，將科學、技術、工程、藝術和數學等多門學科實行有條理融合的多學科教育，以此提高學生的科學素養和技術能力。趣味性、多維性、協作性和項目性是STEAM教育的四大設計理念，如圖1所示。

趣味性主要體現在教學內容的趣味性和教學活動的趣味性;多維性包括教學目標的多維性、教學內容的多維性、教學資源的多維性和教學評價的多維性;協作性主要體現在學生和教師的協作、學生和學生的協作以及教師和教師的協作;項目性理念是指把問題轉化為可操作的項目，讓學生參與到實際操作當中，通過完成一個個項目達到對知識的理解和掌握。這四大理念并不是簡單的疊加，而是相互融合，彼此貫通，共同指導STEAM教育應用的開展。

2.為什么要引入STEAM教育設計理念

生物學課程是自然科學領域的學科課程，它既要讓學生獲得基礎的生物學知識，更期待學生主動地參與學習過程，養成理性思維的習慣，形成嚴謹的科學態度。然而教學實踐中發現，學生課堂上參與度不高、被動接受知識的現象依然存在，筆者從教師角度出發分析了一下原因，可能存在以下幾種原因：作為非中考科目，教師對其不重視，比如說以“講實驗”代替“做實驗”;教師重視教學，然而教學設計的內容與活動未能激發學生的學習興趣，教學效果差。筆者就后者如何設計出更生動有效的課堂進行了研究，嘗試將STEAM教育設計理念運用到生物課堂教學中，取得了良好的效果。

3.如何將STEAM教育設計理念運用到初中生物教學中

以蘇科版初中生物七年級上冊第7章第1節“能量的釋放和利用”為例，闡述如何將STEAM教育設計理念運用到初中生物教學中。能量是一個抽象的概念，初一的學生缺少物理和化學方面的知識，理解起來有一定的困難。因此筆者將本節內容可以劃分為3個項目的學習：氣體的變化、物質的變化和能量的利用，本文具體介紹第一個項目的學習，即氣體的變化。

課前準備：PPT、實驗材料、實驗裝置、學生分組、探究活動記錄表等。

3.1情境創設

播放視頻“士力架廣告”，提出問題：姚明從士力架中獲取了什么變得“來勁了”？引發學生的思考。

教師演示實驗“燃燒烘干后的士力架”，提出問題：“燃燒可以釋放出能量，士力架進入人體后是否也有類似的燃燒現象呢？”聯系前面所學內容，創設情境，學生大膽提出假設。

設計意圖：姚明的士力架廣告以及教師現場的演示實驗都充分的調動了學生的積極性，體現了趣味性的設計理念。

3.2體驗能量釋放與呼吸的關系

3.2.1展示學生參加運動會和安靜坐在教室聽課的圖片。教師提問：生命活動需要能量，不同的狀態需要的能量一樣多嗎？不同的狀態人的呼吸速率一樣嗎？消耗能量的多少與呼吸速率有關嗎？

3.2.2讓我們用數據來驗證我們的推測吧，教師課前布置任務讓學生完成測量，并填寫在表格中，課堂上各組長匯報各組數據。

通過實驗驗證了學生的推測：人體在不同的狀態下呼吸頻率是不同的。劇烈運動時消耗的能量多，平靜狀態時消耗的能量少。消耗能量的多少與呼吸頻率成正比。

3.3建構呼吸的定義

在上面的活動中我們體驗到了能量釋放與呼吸密切相關。那么，什么是呼吸呢？請同學們自己說一說呼吸的定義。

設計意圖：聯系生活實際，學生談談對呼吸的認識，為后面植物能否呼吸做鋪墊。

3.4項目性學習——植物的呼吸作用之氣體的變化

3.4.1問題提出。我們一致認為呼吸是指人體吸入氧氣，呼出二氧化碳的生理現象。那么，植物會呼吸嗎？有人說：植物沒有鼻、肺這些器官，因此植物不會呼吸;也有人說：“植物有根、莖、葉、花、果實、種子這六大器官，也許某個器官會呼吸呢？”同學們，你們支持哪個觀點？

設計意圖：在學生的腦海里，植物只有光合作用，植物是沒有呼吸作用的。這個問題提出后，學生的反應非常熱烈。然而也只是停留在猜測的角度，接下來教師要搭建橋梁幫助學生自己去找到問題的答案。

3.4.2實驗設計：驗證植物的呼吸會吸入氧氣。設計實驗時需要解決以下問題：①如何讓植物不進行光合作用？②如何知道植物的呼吸部位是某個器官呢？③如何證明植物呼吸會吸入氧氣？

小組合作完成實驗設計，各小組派代表發言交流，對問題①②達成共識：將植物進行遮光處理，可以對植物的六個器官分別進行實驗，新鮮的植物材料作為實驗組，沸水處理的植物材料作為對照組。對于問題③，有的學生提出打開蓋子用鼻子呼吸一下;有的學生說放個小白鼠進去，看看小白鼠是否活著;有的學生提前預習書本內容后提出用點燃的蠟燭來檢驗;也有學生提出用氧氣監測儀來檢測。

對于學生的各種方法，教師鼓勵學生互相點評，最后從關愛小動物，實驗方法簡單易操作等原則考慮，一致決定用點燃的蠟燭來檢測。

教師分發提前準備好的實驗材料，學生進行實驗并記錄。經過動手實踐，學生發現植物的六大器官都會呼吸，植物的呼吸會吸入氧氣。

設計意圖：讓學生各抒己見，互相評價體現了多維性理念。

3.4.3實驗設計：驗證植物的呼吸會產生二氧化碳。有了前面一組的實驗，完成本組實驗的設計就相對簡單些，依然以新鮮的植物和沸水處理過的植物進行對照實驗，本次實驗需要解決的問題是：①如何來驗證植物呼吸產生了二氧化碳？②如何收集二氧化碳并將其通入檢測試劑中？

對于問題①，由于學生還沒有學習化學這門學科，想到的方法就是書本上的用澄清石灰水來檢測二氧化碳。筆者經過多次實驗發現，澄清石灰水的變色現象不如溴麝香草酚藍溶液（簡稱BTB）來的明顯，所以將澄清石灰水換成BTB溶液。

教師和兩名學生共同完成演示實驗：取3支試管編號ABC，分別加入5ml清水和3滴BTB溶液后輕輕振蕩，并請一位學生用吸管往B試管中通入少量二氧化碳，另一位學生往C試管中通入大量二氧化碳，然后將3支試管放在一起觀察顏色的變化。

對于問題②，教材中將植物裝在塑料袋中收集二氧化碳有兩個缺陷，一是容易漏氣，二是收集的氣體量不多，所以筆者將此實驗裝置進行了改造（見圖2），用排水法來進行實驗，實踐下來效果非常好。

圖2排水法將二氧化碳通入BTB溶液中

教師播放操作視頻，學生觀看視頻后進行實驗操作。

（1）取下橡皮管上的止水夾，將玻璃管的一段浸入BTB溶液中。

（2）取下漏斗上的濕棉花，將清水緩慢的倒入漏斗中，錐形瓶中的氣體被排入BTB溶液中。

（3）觀察溶液顏色的變化。經過實驗，學生發現植物的六大器官都會呼吸，植物的呼吸會產生二氧化碳。

由于空氣中本身就存在二氧化碳，你是否可以設計一個對照組使實驗變得更嚴謹？這個問題難度有點大，但是在教師的引導下，學生還是能夠想出解決辦法，設置一個空白對照，排除錐形瓶中已有二氧化碳的干擾。

3.5歸納總結

通過以上兩個實驗，學生發現植物沒有專門的呼吸器官，換而言之植物的每一個細胞都可以進行呼吸，在呼吸過程中，植物會消耗氧氣，產生二氧化碳。

3.6埋下伏筆

在這節課中，我們知道了能量的釋放和呼吸相關，并且研究了呼吸過程中氣體的變化，那么在呼吸過程中是否還有物質的變化呢？此時教師展示放久了的蘿卜有空心的實物，引發學生的思考。同學們，讓我們相約在下一節生物課吧。

4.教學反思

在這節課中，筆者將STEAM教育的四大理念融入到生物課堂中，充分體現了學生的主體地位，教師只是課堂的組織者和引導者。在實驗的設計中，不僅僅有教師的點評，也有各小組間的互評。在實驗操作過程中，處處都有學生和學生間的協作，教師和學生的協作。在實驗材料的選擇上，將植物的六大器官都進行了實驗，并且設置空白對照，既培養學生嚴謹的科學態度，又讓學生體會到了生物課堂的樂趣。筆者相信，恰當的將STEAM教育理念運用到生物課堂中，可以使生物課堂更有效，更好的發展學生的理性思維。

參考文獻：

秦瑾若，傅鋼善.STEM教育：基于真實問題情景的跨學科式教育[J]中國電化教育，2017，（4）：67-72