基于STEM理念的高中生物實驗教學改進策略

張華容

摘要：高中生物學科具備較強的實踐性，通過科學的實驗設計能夠輔助教學效果的進一步提升。STEAM理念在教學過程中的應用能夠實現對于學生更加全面綜合的培養，從多學科的角度提升教學效果。基于STEAM理念對于高中生物實驗教學進行改進，能夠通過實驗過程對于學生的多方面的能力進行培養。本文針對基于STEAM理念的高中生物實驗教學改進策略進行探究，希望能夠不斷優化高中生物實驗教學效果。

關鍵詞：STEAM理念;高中生物;實驗教學

STEAM理念作為一種科學的教育理念，通過挖掘不同學科知識中存在的聯系從而對于多學科內容體系進行有效的整合，實現對于學生綜合能力的培養。在高中生物實驗教學的過程中應用STEAM教育理念能夠為學生提供實驗學習的多樣性視角，使得學生能夠從更加綜合的角度探究環境因素對于光合作用強度產生的影響，提升學生的生物學習效果。

一、明確實驗原理

"探究環境因素對光合作用強度的影響"這一內容是人教版高中生物必修一中的重要內容，這一單元內容的學習需要借助于實驗的方式進行，從而提升學生對于光合作用內容的整體認知。實驗過程開始前教師首先需要對于光合作用的理論知識體系進行講解，可以借助于生活場景中進行內容導入。光合作用對于植物生長有著重要的影響，充足的光合作用是植物生長的必要條件。如果糧食生長過程中的光合作用太弱，那么必定不會有很好的收成。環境中二氧化碳濃度、土壤水分、光照以及溫度等都會對于光合作用的強度產生影響，如何確定環境因素對于光合作用造成的影響，然后通過針對性的調整提升光合作用的效果呢？那么就需要對于環境當中存在的影響光合作用效果的因素進行發掘，然后通過進行相應的調整，有效的提升植物的光合作用，從而促進植物生長或者糧食增產。

本次實驗的原理是光合作用的強度可以通過測量一定時間內原料消耗后產物生成的數量實現定量表示，通過控制變量的方式對于不同條件下葉片上浮數量從而確定氧氣的生成量，實現對于植物光合作用測定。通過理解實驗過程中應用的科學原理，并且通過實驗過程驗證這一科學原理，能夠使得學生通過實踐的方式加深對于這一原理的認知，達到預期的實驗效果。

二、規范實驗技術

科學研究的基礎建立在規范的實驗流程之上[1]。本次實驗針對環境中二氧化碳濃度對于光合作用強度的影響進行探究。實驗過程中首先將葉片細胞中存在的氣體進行排出，使得葉片能夠深入水底。只有將葉片細胞中的空氣徹底排出，葉片才會沉入水底。排出葉片空氣的方法可以采用真空滲水法，使用注射器不斷抽取葉片中的空氣，使得葉片能夠沉入水下。在光合作用的過程中，植物會對于環境中的二氧化碳進行吸收，然后向外排除氧氣，氧氣在水中具有較低的溶解度，因此隨著光合作用而產生的氧氣會逐漸積聚在葉片間隙，隨著氧氣的增加，葉片會逐漸上浮，通過對于葉片上浮的時間以及數量進行測算，從而確定植物光合作用的強弱。通過對于實驗技術的探究，能夠幫助學生規范實驗操作，并且進行對于實驗技術進行探究。

三、設計實驗流程

實驗流程需要選取合適的植物。試驗過程使用到的材料以及實驗用具主要包括打孔器、燒杯、NaHCO3溶液、臺燈等。在校園中就地取材，選取具有完整葉片的綠葉，然后使用打孔器取下相同規格的圓形葉片，打孔的過程中要選取距離葉片主脈較遠的部位，以免影響實驗效果。在完成打孔操作以后，使用真空滲水法對于葉片中的空氣進行抽取，使得葉片能夠沉入水中，將完成打孔操作以后的圓片置于黑暗環境中。選擇三個規格相同的燒杯分別張貼一、二、三的標記，并且在三個燒杯中添加40ml的清水。在其中一號、二號燒杯中添加30mlNaHCO3溶液。燒杯處理結果如表1所示。

針對實驗流程進行設計，能夠對于學生的邏輯思維能力以及實驗體系認知進行培育，通過實驗流程提升學生對于變量控制等生物試驗方法的理解與掌握。

四、回收試驗數據

通過對于實驗數據進行收集，一號燒杯在添加NaHCO3溶液，并且光照強度更高的情況下，五分鐘內有2枚葉片上浮，十分鐘內有5枚葉片上浮，十五分鐘內有9枚葉片上浮。二號燒杯在添加NaHCO3溶液，光照條件稍差的情況下，五分鐘內有1枚葉片上浮，十分鐘內有3枚葉片上浮，十五分鐘內有6枚葉片上浮。三號燒杯未添加NaHCO3溶液，光照條件更好，五分鐘與十分鐘均未有葉片上浮，在十五分鐘內有1枚葉片上浮。

實驗數據包含多種方式，需要學生通過多樣化的表現手法將實驗數據進行藝術性的表達。回收試驗數據的過程可以對于學生的綜合能力進行培育，按照實驗數據撰寫對應的實驗報告，既能夠加深學生對于實驗原理以及實驗結果的認知，也能夠鍛煉學生的表達能力[2]。

五、總結實驗數據

針對實驗結果進行分析，一號燒杯與二號燒杯添加NaHCO3溶液情況相同的，變量條件為光照強度。在光照強度的差異下，這兩個燒杯的葉片上浮情況具備明顯的差別。一號燒杯的光照強度更高，整體的葉片上浮數量更多，二號燒杯的光照強度相對于一號燒杯更低，葉片上浮的情況和一號燒杯具備明顯的差異，針對一號燒杯和二號燒杯葉片上浮數據進行分析，可以得出光照強度對于植物光合作用強度有著重要的影響。

三號燒杯與一號燒杯的光照強度相同，但是三號燒杯并未添加NaHCO3溶液。相較于一號燒杯而言，三號燒杯葉片上浮情況最差。這一數據表明NaHCO3溶液對于植物光合作用的強度會產生影響。

結束語

"探究環境因素對光合作用強度的影響"作為高中生物重要的實驗內容環節，對于這部分內容的學習能夠有效提升學生對于生物知識的理解以及開展生物實驗的能力。將STEAM理念應用于"探究環境因素對光合作用強度的影響"試驗過程中，能夠使得實驗過程從科學、技術、工程、藝術以及數學這五個方面對學生進行綜合培養，提升生物教學的效果。

參考文獻：

[1]張恒澤.STEAM理念在高中生物學實驗教學中的應用例析[J].生物學教學，2019，44（4）：43-45. DOI：10.3969/j.issn.1004-7549.2019.04.019.

[2]王菁.“探究環境因素對光合作用強度的影響”實驗教學設計[J].生物學教學，2018，43（8）：63-64. DOI：10.3969/j.issn.1004-7549.2018.08.030.