基于STEAM理念的中學生物學實驗選修課程設計
——以 “研制永生花” 為例

白 婧，黃 奧，范麗仙，韓 寧

（云南師范大學 云南 昆明 650500）

STEAM教育是美國國家科學基金會于20世紀90年代提出的，融合了科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Mathematics）等多門學科的全新教育理念[1]。STEAM教育是將多門學科知識融會貫通的綜合性教育，目的是培養學生實踐應用及團隊合作等多方面的能力[2]。STEAM課程是綜合性較強的課程，在知識系統性方面較分科課程弱一些，不能用其取代其他常規課程來學習文化知識，開設STEAM課程的目的是培養學生的科學素養和創造能力，因此STEAM綜合課程最好作為學校的選修課開展。[3]

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中建議從 “現實生活應用” “職業規劃前瞻” “學業發展基礎” 三個方向發揮學校和教師的積極性及創造性，開設具有地方特色或學校特色的校本課程[4]。中國花卉資源豐富，有 “世界園林之母” 的美譽，花卉深加工產品已走進千家萬戶。永生花是以鮮花為原材料加工成的一類干燥花，既保持了鮮花的特質，又可延長保存時間，是理想的花卉深加工產品。本文從生物學的 “現實生活應用” 出發，選擇 “研制永生花” 這一具有學科交融性和實踐操作性的實驗作為STEAM選修課的主題內容，根據STEAM教育理念指導設計 “研制永生花” 的中學生物學實驗選修課程，為STEAM課程的設計與實施提供參考。

1 課程設計

1.1 課程簡介

本門課程是以STEAM教育理念為指導的中學生物學實驗選修課，課程名稱為 “研制永生花” ，是科學實踐類課程。永生花是采用溶液置換等手段，使鮮花經過脫水、脫色、染色和干燥等一系列加工工序制作而成的一類干燥花[5]。其在視覺和觸覺上都與真花保持一致[6]。根據需求對永生花進行加工，可以制作出個性化的精美產品。在本門課程中，學生通過探究學習和合作學習，親自動手實踐研制永生花，并對永生花進行產品加工和推廣，在此過程中提高了學生的實踐應用和團隊合作等多方面的能力，培養了學生的科學素養、創新精神和實踐能力。

1.2 課程目標

“研制永生花” 的實驗選修課是將相關科學知識和方法技術運用到永生花的實際生產模擬中，以此培養學生的實踐能力、工程思維以及審美情趣。根據學生現階段的知識基礎和能力基礎，要求學生運用科學知識理解實驗原理、思考改良措施[7]。本門課程要達到的具體課程目標見表1。

表1 “研制永生花” 的課程目標

1.3 課程框架與內容

本門課程分為4個環節共10個課時，課程框架見表2。

表2 課程框架表

1.3.1 創設情境，提出問題

教師播放 “春城” 昆明的宣傳視頻，引導學生思考：如何延長鮮花的保存時間？如何得到自然界中本不存在的特殊顏色的鮮花？進而展示永生花的相關圖片，介紹制作永生花的背景知識，包括市場價格、產業規模及其實用價值。

制作永生花主要分為選材、脫水脫色、染色和干燥四個步驟。現多采用甲醇和乙醇的混合液（后文稱A液）脫去鮮花的水分、消除本身的顏色，使花瓣呈現透明狀態；再用不易揮發且安全性較高的聚乙二醇（B液）代替鮮花中的水分，最大限度保持細胞充盈，從而使得永生花能保持鮮花的質感。在B液中加入不同顏色的染色劑，配制成著色保鮮液，浸泡后可改變鮮花原本的顏色。最后將浸泡好的花朵用干燥劑進行干燥、定型即成為永生花。

教師在講授永生花的基本原理和制作方法的過程中，引導學生思考影響永生花品質的因素，如A液的配比、試劑處理時間等對脫水脫色的效果和花朵外觀造成的影響，各小組據此提出想要探究的問題，為探究如何提升永生花的品質、優化制作方案做好鋪墊。其次，引導學生思考永生花在實際生產和銷售中如何拓展市場并降低成本。通過創設真實情境，引導學生思考，激發學生的學習興趣，體現了STEAM教育的情境性[8]。

1.3.2 深入探究，開展實驗

學生小組合作查閱文獻資料，根據提出的問題自主設計實驗方案，并在教師的指導下對實驗方案進行修正與完善。為了方便實驗探究并節約時間和成本，可用花瓣進行預實驗，探究不同影響因素對鮮花脫水脫色的效果和花瓣外形的影響。經過醇類溶液處理后，花瓣的重量在一段時間內會發生明顯的變化，重量的變化在一定程度上指示了一段時間內花瓣組織內溶液置換的程度。因此，可以從重量變化對脫水效果進行定量分析。其次可以通過對花瓣脫色程度、皺縮程度和完整程度等對脫水脫色后的花瓣外形進行感官評價。

各小組在實驗過程中認真記錄實驗數據，在課后利用計算機軟件完成對數據的處理和分析，如繪制折線圖、柱狀圖等，并完成實驗報告單的填寫。在設計并開展實驗的過程中，掌握探究實驗的基本思路和方法，根據實驗結果研究優化實驗方案。相比于直接給出制作方案，這樣的步驟安排更能培養學生的科學思維和科學探究能力。

1.3.3 自主驅動，優化方案

學生完成探究實驗后進行小組間的合作學習，交流實驗成果，綜合對比各小組的實驗數據，討論如何優化永生花的制作方案。每個小組按照優化方案至少制作出兩朵完整的永生花。在科學探究的過程中，培養學生的實踐能力和團隊合作精神，同時對研制永生花的整個過程進行反思和總結，填寫在實驗報告單中。

1.3.4 產品加工，匯報結果

小組合作設計永生花的產品加工和銷售方案，利用周末收集產品加工所需材料，提倡使用廢舊塑料瓶、玻璃罩、木板等可循環使用的材料。小組合作進行永生花的加工，可以制作永生花籃、扇子、吊墜等多種產品[9]。每位同學將小組最終完成的永生花產品圖片粘貼在實驗報告單上，并簡單描述設計理念。利用 “產品銷售” 的情景，學生可以根據自己的喜好，在考慮到產品批量生產和銷售策略的基礎上進行產品設計，體現工程思維和藝術思維。學生在此過程中體會科學之美、藝術之美，體現了跨學科整合的STEAM教育理念[10]。與此同時，通過改造廢舊物品，提高學生的環保意識。

學生可借助多媒體以 “產品發布會” 的形式進行產品匯報和推廣。其他小組根據美觀性（產品外觀美觀精致）、創新性（產品構思新穎，有創意）、環保性（充分利用廢舊物品，使用環保材料）、市場前景（產品物美價廉，能批量生產和推廣）和匯報情況（產品推廣員的語言流暢、清晰，有感染力）等五個方面進行評價，最終評選出不同等級的獎項。在此過程中，激發學生的學習興趣，提高團隊合作能力。同時，學生需要考慮產品的制作成本、是否能批量生產、是否環保等問題，體現數學思維、工程思維和環保理念。

1.4 課程評價

本門課程的評價采用學生自評、小組互評和教師評分的多元評價方式，提高學生自主學習和合作學習的效率，培養團隊合作精神。學生自評以實驗報告單中的 “實驗反思” 部分呈現，要求每位學生有自己對實驗過程的思考和評價，占30%；小組互評以 “產品發布會” 中的互評形式呈現，占30%；教師評分為平時表現評價和實驗報告單評價兩個部分，各占20%。

2 實施建議

課程開始前，教師應進行多次預實驗，便于指導學生調整實驗方案。教師應該做好各項準備工作，例如提前分組，以便小組成員更加有效地完成實驗；提前確定學校實驗室的空余時間，防止出現混亂。教師應特別強調實驗安全注意事項，培養學生良好、科學的實驗習慣。教師可以利用視頻、圖片、文字材料等多種形式介紹永生花的相關知識，通過真實情景激發學生的興趣和學習動力。教師可提供參考文獻幫助學生深入學習和研究，為學生的學習提供建議和鼓勵，引導、輔助學生完成STEAM課程學習，在整個學習中指導學生的發展和進步[11]。教師在課后收集學生的實驗報告單，對學生的科學素養、動手能力和創新精神進行進一步的指導和評價。

3 結語

STEAM教育理念提倡以學生為主體，在教學活動中融合多門學科的知識或技能，培養學生的核心素養，提高學生的動手能力、表達能力和解決問題的能力，培養學生的創新意識和人文素養，倡導學生在基于項目或問題的學習活動中發揮主觀能動性[12]。STEAM教育的出現，需要教師進行身份的轉換，教師不再是課本知識的 “傳輸者” ，而是課程的 “開發者” 。在課程開發的過程中，不能出現 “重形式輕過程” 的問題，教師需要深刻理解STEAM教育理念的內涵，不拘泥于固定模式，做到因材施教。對于中學階段的學生，應該運用多種形式引導學生學習，通過問題情景引導學生進行實踐，在實踐中學習科學理論知識。作為一線教師，應該對STEAM的教育理念有更加深入的理解，綜合考慮學生、學校、地區的情況，因地制宜，開展特色的STEAM課程。