基于STEAM理念的校園植物調(diào)查研學(xué)實(shí)踐

肖逸群 馮慶

摘 要 闡述以校園植物調(diào)查項(xiàng)目為核心開展的植物認(rèn)種、二維碼樹牌制作、智能鳥巢設(shè)計(jì)、激光雕刻DIY和美植攝影大賽等校內(nèi)研學(xué)實(shí)踐，構(gòu)建以STEAM理念為框架的校園植物研究性學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞 STEAM教育 植物調(diào)查 校內(nèi)研學(xué)

隨著以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目的的STEM教育在美國(guó)興起，更加完善的STEAM教育模式也逐漸滲透到我國(guó)的中小學(xué)教育中。STEAM教育打破學(xué)科界限，是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的超學(xué)科教育概念。近年來(lái)，高考改革模式的變更引發(fā)了研學(xué)熱。研學(xué)即研究性學(xué)習(xí)，是學(xué)生根據(jù)自身興趣，在教師的指導(dǎo)下選擇項(xiàng)目、開展研究的過(guò)程。下面嘗試以校園植物調(diào)查為切入點(diǎn)，開展豐富的拓展創(chuàng)新實(shí)踐，以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究思維、技術(shù)應(yīng)用能力、審美承責(zé)意識(shí)等綜合素養(yǎng)的提高。

1 基于STEAM理念的研學(xué)實(shí)踐背景

研學(xué)基地建設(shè)中，突出區(qū)域性、實(shí)踐性、問(wèn)題性、跨學(xué)科性、多元評(píng)價(jià)五大特征。中山紀(jì)念中學(xué)是由孫科創(chuàng)辦紀(jì)念國(guó)父孫中山先生的一所名校，位于風(fēng)景優(yōu)美的翠亨村，緊鄰植被豐富的五桂山脈。校園占地850畝，依山傍水，古韻清雅。校園植被豐富，是鳥類適宜的棲息地。近年來(lái)，由于校園植被更替和植物掛牌的損毀，給師生的植物識(shí)別造成一定的困難。故應(yīng)用二維碼技術(shù)對(duì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)的校園植物進(jìn)行重新建檔，同時(shí)設(shè)計(jì)智能人工鳥巢掛在樹干上，為鳥類越冬和繁殖提供適宜的環(huán)境。在調(diào)查植物過(guò)程中，通過(guò)校內(nèi)美植攝影大賽收集植物的圖片，提高學(xué)生的審美水平。可將植物的相關(guān)資源制作成手工臺(tái)歷或明信片，利用激光雕刻技術(shù)制作臺(tái)歷架、特色掛牌等。

2 STEAM教學(xué)與研學(xué)實(shí)踐的內(nèi)在聯(lián)系

STEAM教學(xué)和研學(xué)實(shí)踐都是以培養(yǎng)創(chuàng)新性強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的健全人才為目的，通過(guò)“做中學(xué)”實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)，提高學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力。它們都具有創(chuàng)新性、靈活性、實(shí)踐性和綜合性的特征。研究過(guò)程聚焦小課題，多角度思考，挖掘新方向。以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)開展的校園植物調(diào)查研學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，均體現(xiàn)了STEAM教學(xué)理念，二者具有密不可分的內(nèi)在聯(lián)系（表1）。

3 基于STEAM理念的研學(xué)實(shí)踐實(shí)施

3.1 項(xiàng)目一：植物資源調(diào)查

調(diào)查過(guò)程由學(xué)生興趣小組制定計(jì)劃、進(jìn)行分工，將學(xué)校分為牌坊區(qū)、壽屏公園區(qū)、高一高二學(xué)堂區(qū)、初中高三學(xué)堂區(qū)、山下宿舍區(qū)和山頂宿舍區(qū)6個(gè)區(qū)。設(shè)計(jì)植物種類和名稱表格，以便調(diào)查時(shí)進(jìn)行記錄。教師在學(xué)生進(jìn)行調(diào)查前，應(yīng)注意宣傳調(diào)查的安全規(guī)范，避免造成不必要的人身傷害。調(diào)查過(guò)程中，可以借助手機(jī)進(jìn)行拍照或錄制視頻，以保存植物的相關(guān)素材。同時(shí)，可以借助手機(jī)上的植物識(shí)別軟件，如形色、百度百科和中國(guó)植物志等，幫助確定植物的名稱。最后，將調(diào)查的植物名稱進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類。

植物調(diào)查涉及到植物的認(rèn)種、分類，以及科學(xué)的植物資源統(tǒng)計(jì)方法，是科學(xué)、技術(shù)與數(shù)學(xué)學(xué)科的綜合訓(xùn)練。除此以外，學(xué)生還根據(jù)興趣制作臘葉標(biāo)簽和葉脈書簽，不僅鍛煉動(dòng)手能力，還能提高學(xué)生的觀察能力和科學(xué)思維水平。

3.2 項(xiàng)目二：二維碼樹牌制作

二維碼技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的信息識(shí)別技術(shù)，但是在校園教育中的應(yīng)用還有待研究。以往校園植物的識(shí)別主要靠掛牌，這種科學(xué)普及方法不僅投入大，而且常因環(huán)境變化難以得到有效管理。中山紀(jì)念中學(xué)校園植物初步統(tǒng)計(jì)178種被子植物，其中常見裸子植物9種、單子葉植物36種、雙子葉植物133種、有毒植物約26種。學(xué)生將二維碼技術(shù)與校園植物的識(shí)別相結(jié)合，不僅有助于師生普及植物認(rèn)種知識(shí)，還能促進(jìn)學(xué)生形成正確的生命觀念和積極的探究精神，有利于學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二維碼的制作可以利用眾多的二維碼制作軟件，如草料二維碼網(wǎng)站，可以將承載有學(xué)生講解植物知識(shí)和文化的視頻的網(wǎng)址轉(zhuǎn)換成二維碼，實(shí)現(xiàn)在小體積的樹牌上傳遞更多的植物資源信息。在制作樹牌時(shí)，學(xué)生不僅要形狀美觀，還要考慮在二維碼外貼鋼化玻璃等方法，防止不法分子修改樹牌二維碼至不良網(wǎng)站。這個(gè)問(wèn)題的探討和解決過(guò)程涉及到信息技術(shù)、工程和藝術(shù)學(xué)科，也有效地增強(qiáng)了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

3.3 項(xiàng)目三：智能鳥巢設(shè)計(jì)

由于我校植被豐富，且緊鄰五桂山脈，鳥的種類也很多。冬天臨近時(shí)，學(xué)生提出制作和安放人工鳥巢以便鳥類越冬。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生設(shè)計(jì)了利用紅外裝置感知鳥類歸巢的智能鳥巢（圖1），計(jì)劃通過(guò)智能鳥巢統(tǒng)計(jì)人工投放鳥巢的有效率，且在安裝攝像頭后可監(jiān)測(cè)鳥類的行為。預(yù)計(jì)在鳥類廣泛入住后還可統(tǒng)計(jì)鳥的種類，對(duì)鳥類的保護(hù)起到促進(jìn)作用。

學(xué)生通過(guò)對(duì)鳥的體型研究，設(shè)計(jì)的鳥巢多種多樣，是跨科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科的綜合研究，有利于學(xué)生的創(chuàng)新能力和數(shù)學(xué)思維的培養(yǎng)。

3.4 項(xiàng)目四：激光雕刻DIY

激光雕刻是一種建立在數(shù)控技術(shù)之上的激光應(yīng)用。學(xué)生將自己需要構(gòu)建的模型通過(guò)電腦設(shè)計(jì)好后，利用激光在材料上進(jìn)行雕刻圖文或切割圖形，并將切割好的材料搭建成為立體結(jié)構(gòu)。例如，為校園植物手工臺(tái)歷制作支架、為人工鳥巢設(shè)計(jì)木板模型等，都可以通過(guò)激光雕刻輕松解決。它的優(yōu)點(diǎn)是可以設(shè)計(jì)成多種具有特色的模型，且同一個(gè)設(shè)計(jì)在短時(shí)間內(nèi)可反復(fù)雕刻、切割，就像打印機(jī)一樣方便。

激光雕刻技術(shù)具有獨(dú)立性，又能為學(xué)生的研學(xué)服務(wù)。在制作雕刻的過(guò)程中涉及技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，有效提高了學(xué)生信息技術(shù)的應(yīng)用能力和數(shù)學(xué)建模能力。

3.5 項(xiàng)目五：美植攝影大賽

在全校范圍內(nèi)開展對(duì)校園植物的攝影大賽，不僅為校園的攝影發(fā)燒友提供平臺(tái)，還能收集大量的校園植物實(shí)景圖片，使植物資源的統(tǒng)計(jì)更加豐富。

在攝影過(guò)程中，需要學(xué)生有一雙善于發(fā)現(xiàn)美的眼睛，游歷在校園山水之間，放松心情、陶冶情操，還能追求藝術(shù)之美。攝影大賽是攝影技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合，學(xué)生不僅鍛煉了身體素質(zhì)，審美水平也得到提高。

4 基于STEAM理念的研學(xué)實(shí)踐反思

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出“要適當(dāng)?shù)膶⒖鐚W(xué)科知識(shí)和技能融入實(shí)踐活動(dòng)，特別是將STEM整合到實(shí)踐活動(dòng)中”。在校園植物調(diào)查的項(xiàng)目研究中，學(xué)生興趣小組開發(fā)了很多相關(guān)的子項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目都是多學(xué)科的融合實(shí)踐。諸如這種在校園內(nèi)開展的研學(xué)活動(dòng)不僅場(chǎng)所便利、還有學(xué)校的大力支持和各學(xué)科教師的綜合指導(dǎo)，充分體現(xiàn)了STEAM教學(xué)的理念。

在校內(nèi)研學(xué)實(shí)踐中，學(xué)科教師應(yīng)順應(yīng)新時(shí)代的潮流變化，及時(shí)更新教育觀念，以本學(xué)科研究為基點(diǎn)，以學(xué)校為小社會(huì)，多角度、廣視野地拓展教學(xué)，真正讓STEAM理念走進(jìn)研學(xué)實(shí)踐，培養(yǎng)具有綜合素養(yǎng)的社會(huì)人。