STEAM視域下指向生物核心素養的項目式學習活動——自制性狀分離比模擬實驗教具

王寶晨

（廣東省中山市中山紀念中學 廣東中山 528454）

1 STEAM教育與項目式學習

STEAM 是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）及數學（Mathematics）5個學科的首字母縮寫。STEAM教育旨在培養學生的綜合素養和創新能力。基于項目的學習（project based learning，PBL）是STEAM教育最常用的形式之一，是一種允許學生圍繞項目安排真實的學習任務，整合各學科知識，在合作學習環境下，設計和實施一系列探究活動，表達、交流探究結果的教學模式。

2 項目式學習活動案例

2.1 項目背景

人教版高中生物必修2中的“性狀分離比的模擬實驗”因為教具實用性不強，很少被用于實際教學。本項目希望能讓學生體驗教材中的實驗裝置，并根據自己的體驗提出需要改進的地方，根據配子產生與結合規律科學設計、動手制作實驗器材，運用計算機統計實驗數據，體驗跨學科解決問題的學習方式，從而使學生的建模能力、創造性思維獲得發展等，科學思維生物學學科核心素養得到提升。

2.2 項目實施過程

（1）教師展示教材所示裝置，介紹實驗材料、方法步驟，提出問題：從實際教學的角度考慮，該裝置可能有哪些不足？如何驗證你的想法？引出應通過實踐檢驗。

（2）學生自由分組，利用教師所示實驗裝置，進行實驗，對此前提出的問題進行檢驗，并且可能提出新的、當時尚未發現的問題。

（3）小組匯報成果，教師匯總各組提出的問題，概括出教材實驗裝置存在的主要不足。

（4）教師展示評價量表（表1），引導學生針對上述3個主要問題設計研究計劃。教師可在一些關鍵問題上對學生進行引導。例如對于如何保證隨機性，教師可以提問：生活中有哪些地方是利用了隨機性？學生可能會想到扔硬幣、擲骰子、扭蛋機、雙色球等生活中的經驗，從而更容易把自己的想法具體化。再如，進入工程制作時，教師可以提問：選材應考慮哪些問題？學生可能會想到環保、成本、顏色、硬度等。教師追問：如何把材料拼接起來？學生可能會想到用膠水、雙面膠、熱熔膠等。這些對解決工程制作中遇到的實際問題有重要意義。

表1 過程性評價量表

（5）學生完成作品在根據評價量表對作品進行測試，對比數據，衡量是否解決了上述三個主要問題。如果提升不明顯，學生應對原有設計進行討論、修改并重新制作測試，直到滿意。

（6）成果匯報展示。各組將自己的研究過程與作品分別以PPT和實物的形式進行匯報展示，交流本次學習過程中自己的心得體會。

3 項目學習成果與評價

3.1 項目學習成果

3.1.1 對教材中原實驗裝置體驗結果

經體驗，原實驗裝置存在以下缺陷：

①耗時長。靠一個人獨立完成所有操作的時間過長，按100次計算，要20 min以上，對一節課來講耗時過長，不適用于常規教學。

②操作繁瑣。每完成一輪都要把小球重新放回桶中，下一次抽取之前要手動混勻。靠一個人既要做實驗又要記錄數據，非常繁瑣，容易出錯。

③難以保證隨機性。每次放回小球后要手動混勻，下次再抽的時候要閉上眼睛。但是，實際操作的時候，經常忘記閉眼，而且由于容器較大，混勻時要整個小臂都參與進來，有時稍微不注意就混合得不夠均勻，難以保證隨機性。

3.1.2 應用數學和計算機知識，設計模型圖紙

從博彩的擲骰子中獲得靈感，利用擲骰子的隨機性模擬配子產生的隨機性。設置了10個格子，2個為一組，分別代表雌雄生殖器官，每個格子中放置1枚正方體骰子（邊長15 mm），骰子的3面標注A，3面標注a，代表顯隱性基因，每次擲骰子相當于課本中的5次雌雄配子隨機結合（圖1）。

圖1 模型圖紙

3.1.3 應用物理學和工程學知識，制作模型

選用環保易獲取的硬紙殼作為原材料制作主體部分，按照尺寸裁剪好后，進行拼接。拼接時，為了保證連接的強度，選用了熱熔膠作為黏接劑。熱熔膠是一種可塑性的黏合劑，在一定溫度范圍內其物理狀態隨溫度改變而改變，而化學特性不變，其無毒無味，屬環保型化學產品。

用記號筆在空白骰子的6個面上分別標記A、a各3個。這樣每次擲骰子得到A、a的概率均為1/2。

3.2 過程性評價

關于過程評價對促進學生學習的意義，各種相關研究已達成廣泛共識。在實踐中，過程評價是一個動態的互動過程。教師可以通過過程評價不斷監控學生的學習情況，及時調整教學內容，滿足學生的需求。但是過程性評價不能只憑教師的感受來評判學生。課后作業可以顯示學生在每次活動中知識掌握的變化，但不能評價學生項目學習活動的變化。因此，過程性的項目式學習活動評價應是在學生活動過程中，依據嚴格劃分的等級并對照學生表現進行打分。教師在實施過程性評測過程中，對照量表中的能力要求為學生各個步驟的表現評分。本項目借鑒了美國康涅狄格科學中心的評價量表（表1）。

3.3 終結性評價

終結性評價是當今學校中使用最廣泛的評價方法之一，傳統的學校考試是終結性評價。終結性評價不僅可以了解教師教學活動的最終結果，還可以檢驗學生是否通過教學活動得到了提高。教師使用3個量表（表2、表3和表4）從知識、能力和態度3個維度評價學生的學習效果。通過多維度的評價，教師可以看到項目化學習活動的實施效果和學生通過項目化學習活動的成長，為新的項目化學習活動的開展奠定基礎，促進良性循環。

表2 終結性評價量表（知識維度）

表3 終結性評價量表（態度維度）

表4 終結性評價量表（能力維度）

4 項目成效與反思

STEAM教育已成為各國提升自身競爭力的重要手段，而培養具有創造力的創新型人才已成為全球共識，我國于2016年9月正式提出中國學生發展核心素養框架，具體到生物學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。本項目通過對實驗材料、方案、裝置的改進，提高課堂的趣味性讓學生主動融入到教學中，變“我學習”為“我研究”，學生的學習積極性和團隊合作能力得到提高，提升了學生的模型與建模能力，培養了學生的創造性思維，有助于培養學生核心素養。

本項目充分體現了STEAM教育的思想，學生在整個創新實驗設計中融合了生物、物理、數學和計算機知識。在項目式學習活動背景下，完成一項任務可能需要調動多方面的能力，雖然團隊中并非每個人都是全能的，但每個人都能把自己最擅長的一面在活動中體現出來，從而獲得成就感，同時也能看到他人比自己強的地方，激發了學生的學習積極性，培養了學生跨學科解決問題的能力。

在項目實施過程中，教師要注意發現學生存在的問題。例如，學生雖然很喜歡這種自由、輕松的學習形式，但是當教師要求他們自己獨立去完成一些思考、設計、制作活動時，一開始他們明顯表現出不適應，流露出畏難、膽怯情緒。這種現象的出現可以說有客觀原因，如學生長期以來形成的被動接受式的學習習慣，也有主觀原因，再比如教師擔心失去對課堂的掌控而不愿意放手讓學生去做。因此，教師應循序漸進、選好課題、定好計劃、寫好方案，既不能盲目地將教材所有內容當成項目式學習去實施，也不能因為有困難、傷腦筋、耗時間就否認，甚至不用這種教育方式。