STEAM科學實踐活動設計探析
——以“探究環境因素對水仙花光合作用強度的影響”為例

何淑珠

（漳州第三中學，福建 漳州 363000）

《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》明確提出培養學生生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等生物學學科核心素養，要求關注學生的實踐經歷，通過探究性學習活動提升學生應用知識解決問題的能力。［1］STEAM來自科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）等單詞首字母的縮寫，STEAM 教育的本質是跨學科整合，目標是提高人的創造力。本文以“探究環境因素對水仙花光合作用強度的影響”活動為例，將STEAM 教育理念融入高中生物學科學實踐活動設計，引導學生運用跨學科思維解決實際問題，發展生物學學科核心素養。

一、制訂科學實踐活動目標

根據STEAM 跨學科整合理念制訂科學實踐活動目標，以便創設基于項目或問題的活動情境，引導學生充分利用科學、技術、工程、藝術和數學等相關知識和技能，在科學實踐中提高解決實際問題的能力。

制訂“探究環境因素對水仙花光合作用強度的影響”的科學實踐活動目標：1.科學方面。調查水仙花的分布，分析影響水仙花質量與產量的環境因素，用生命觀念認識生物的多樣性、統一性、獨特性與復雜性，結合本地資源開展科學實踐，嘗試解決現實生活問題，發展生命觀念和社會責任。2.技術方面。學會利用信息技術查閱相關資料，尊重事實，養成運用科學思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣。3.工程方面。學會利用實驗室已有的儀器設計、組裝并實施實驗，初步學會科學探究的基本思路和方法，提高實踐能力。4.藝術方面。學會制作PPT，展示實驗過程和實驗結果，體驗水仙花的藝術美。5.數學方面。學會收集實驗數據，運用歸納與概括等方法分析實驗結果，探討、闡釋生命現象及規律，發展科學思維。［1］

制訂基于STEAM 跨學科教育理念的科學實踐活動目標，促進學生針對日常生活和生產中的真實問題，提出清晰的、有價值的、可探究的生命科學問題，通過查閱相關資料，設計并實施可操作性的活動方案，發展生物學學科核心素養。［1］

二、開展科學實踐活動

以“創設情境，提出問題”“收集資料，設計方案”“合作探究，體驗融合”及“展示分享，交流提升”等4個步驟，開展“探究環境因素對水仙花光合作用強度的影響”科學實踐活動，踐行STEAM 教育理念。

（一）創設情境，提出問題

展示漳州水仙花生活環境的圖片，指導學生查閱有關資料，認識水仙花是漳州市的市花，也是中國十大名花之一。漳州水仙花以圓山麓種植的為最優，這與水仙花喜溫暖濕潤的生活環境有關。九龍江支流水源充足，圓山腳下松軟的花田遮陰、向陽兼而有之。因有溫泉經過，即使在冬季也能保持適宜的地溫。創設“哪些環境因素會影響水仙花的質量與產量？如何提高水仙花的質量與產量？如何設計“探究環境因素對水仙花光合作用強度的影響”實驗方案？實驗的自變量和因變量該如何控制？”等系列問題情境，引導學生運用光合作用原理思考與討論，達成共識：環境因素能影響水仙花的質量與產量。根據光合作用的原理，提高水仙花的質量與產量必須提高水仙花的有機物的積累，這就要提高水仙花光合作用的強度。影響水仙花光合作用強度的環境因素有光照強度、二氧化碳濃度、水分和溫度等。探究環境因素對水仙花光合作用強度的影響，自變量可以是光照強度或二氧化碳濃度等，因變量可以通過測定一定時間內氧氣釋放量或二氧化碳消耗量等。

結合生產生活中的實際問題設計學習任務，引導學生分析影響水仙花質量與產量等環境因素，關注地域資源，主動參與科學實踐活動。

（二）收集資料，設計方案

根據學校探究實驗室的條件，指導學生以學習小組為單位，在光照強度、二氧化碳濃度、水分和溫度等環境因素中，選擇一種環境因素設計實驗方案。實驗方案包括：①解釋實驗的原理；②根據研究問題設計“探究環境因素對水仙花光合作用強度的影響”的實驗裝置，以及使用傳感器；③完成實驗報告，包括實驗目的、材料用具和實驗步驟，做好實驗數據的記錄，用圖表等數學形式展示實驗結果。

鼓勵學生以小組合作的形式查閱資料、設計實驗方案，并嘗試組裝實驗裝置。在設計、改進及實施實驗方案的過程中培養學生的合作能力，以及創新能力，促進科學思維的發展，提升科學探究能力。

（三）合作探究，體驗跨學科融合

各學習小組在合作探究過程中，提出不同的實驗方案。教師組織學生進行小組間交流，師生共同探討，修改與完善實驗方案，以此組裝實驗裝置，開展科學實踐活動（表1）。

表1 “探究光照強度對水仙花光合作用強度的影響”實驗方案

本環節立足生物學科，以STEAM 跨學科的視野開展科學實踐活動。學生需要運用生物學、化學、物理學和數學等學科知識解決科學實踐活動遇到的問題。如應用生物學知識分析影響光合作用強度的因素；結合化學、物理學知識和操作技能測量氧氣的釋放量。應用數學知識和建模思想對實驗數據進行統計分析。此外，學生的工程學思維在設計和組裝實驗裝置中得到了較好的鍛煉，促進科學思維的發展。［2］

（四）展示分享，交流提升

分組展示交流，相互評價。小組代表以PPT 形式展示實驗過程及實驗結果，分析總結提高水仙花光合作用強度的有效措施。PPT 的制作需要學生有一定的審美能力，體現人文藝術情懷。在展示交流中，鼓勵學生發表不同的看法，培養學生的批判性思維。

設計基于STEAM 理念的科學實踐活動，在實踐中引導學生關注地域資源，弘揚愛國愛鄉情懷，培養生命觀念和社會責任；聚焦于生產生活中的實際問題，在設計、改進和實施實驗方案的過程中促進了科學思維的發展，提升了科學探究能力，發展學科核心素養。