基于STEAM教育理念的高中生物教學研究

摘 要：STEAM是一種新型培育綜合型人才的教育方式。把STEAM融入高中生物教學成為當下學科教育的重要任務(wù)，目的是培養(yǎng)學生的生物學科核心素養(yǎng)能力，提高學生的全面綜合素養(yǎng)能力。高中生物教師要通過“創(chuàng)新教學情境，激發(fā)學生熱情；提出研究問題，引起學生思考；搜集相關(guān)文獻，設(shè)計實驗方案；建構(gòu)知識體系，評估實驗方案；開展探究實驗，進行適度引導；展示制作成果，進行多元評價”這幾大方面，提高教學的有效性。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理念；高中生物；教學

STEAM包含著科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學等領(lǐng)域，STEAM教育理念就是融合了這幾門學科的綜合教育平臺。基于STEAM教育背景下，相關(guān)部門也提出了相應(yīng)的意見，要求必須重視多門學科之間的密切聯(lián)系性，這種聯(lián)系有助于促進學生對生物學科的掌握力。

一、STEAM教育概述

STEAM教育理念是倡導學生參照實際生活的情境，開展小組合作系統(tǒng)化地解決情境教學模式中的問題，并根據(jù)涉及的具體問題具體分析，從而設(shè)計出有活性、有目的性和有專業(yè)性的實施方案。其最根本的目的是培養(yǎng)學生的協(xié)作能力和語言思維能力。STEAM最主要的核心教學方案是為了促進跨學科教育聯(lián)合，它所涉及的教學理念不再是單一地將幾門學科知識結(jié)合起來，而是為了激發(fā)學生以解決根本問題為出發(fā)點和落腳點，在不同學科上獨立自主完成專業(yè)知識與技能的發(fā)展。這幾門學科之間的相互合作與相互融合，可以使學生有效提高學科核心素養(yǎng)能力、思考能力及專項語言表達能力，同時也能有效促進學生協(xié)作能力和綜合素養(yǎng)能力的全方面發(fā)展。

二、STEAM教育理念下高中生物教學的優(yōu)勢

（一）符合課標要求

隨著教育的不斷發(fā)展，有關(guān)部門也指出了要加強學科之間的聯(lián)系，目的是促進學生能更好地理解生物知識，建立科學生命觀的重要教學理念，從而樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀。把STEAM理念與多門學科融合教學，不僅可以促進學生的綜合素養(yǎng)能力全面協(xié)調(diào)發(fā)展，還可以促進學生通過科學技術(shù)來進一步認識規(guī)律、了解世界的發(fā)展，培育學生自主思考和科學認知能力，經(jīng)過技術(shù)探究使學生能有效掌握解決問題的技能與計劃方法，提高審美標準及自主思考能力，經(jīng)過思考鍛煉提高學生的邏輯思維能力。高中生物是一門極具科學性的特殊學科，只有注重培育學生思維能力和語言表達能力，才能更好地促進學生的全面綜合性發(fā)展，從而推動生物學科的融合發(fā)展，提高多門學科的教學效率和質(zhì)量[1]。

（二）推進跨學科學習

STEAM教學摒棄了傳統(tǒng)單一的教學模式，它幫助學生在學習科學、技術(shù)、工程和數(shù)學知識的前提下，促進了學生的動手能力、思考能力和創(chuàng)新思維能力的協(xié)調(diào)發(fā)展。高中生物屬于實踐能力較強的學科，因此運用STEAM教學模式能夠加強其與化學、物理學科之間的聯(lián)系，多門學科的聯(lián)合教學，可以協(xié)助學生利用自身潛在的思維能力來理解掌握相關(guān)內(nèi)容，把單一碎片化的知識進行整合運用。在STEAM教學過程中，教師可以引導學生通過跨學科學習掌握相關(guān)知識，加深學生對生命觀念的理解，這也要求教師要開展有趣的教學活動，從而激發(fā)學生的學習積極性。教師可以根據(jù)生活實踐活動，制作相關(guān)的情境教學方案，幫助學生能更直觀地認識國家和社會的發(fā)展歷程，培育學生的愛國主義情懷和社會責任使命感。在教學過程中，教師可以根據(jù)整合收集相關(guān)資料幫助學生高效快速地掌握生物知識。結(jié)合幾門學科聯(lián)合教學促進學生綜合素養(yǎng)能力的提高。同時，讓學生能充分掌握生物、技術(shù)、工程、數(shù)學、藝術(shù)等所學知識。

三、STEAM教育理念下高中生物教學策略

（一）創(chuàng)設(shè)教學情境，激發(fā)學生熱情

高中生物兼具了理科的邏輯思維和文科的大量瑣碎知識點，因此學生在學習時往往無法快速抓住學習重點，找到適合的學習方法。除此之外，由于生物學科實踐性較強，對學生的動手操作能力有較高的要求，因此教師在進行教學時需要將理論與實際相結(jié)合，那么利用STEAM教育創(chuàng)設(shè)教學情境，可以有效激發(fā)學生的學習熱情，尋找到適合自己的學習方法。STEAM教育與高中生物的結(jié)合可以使學生在具體的情境中將瑣碎理論應(yīng)用到系統(tǒng)實踐中，從而多次重復，加深記憶。

例如：在學習必修二《基因與染色體的關(guān)系》時，學生可能會因為知識點本身過于抽象和枯燥，在初次接觸遺傳學時便感到迷茫，無法為后續(xù)的遺傳計算以及不同的遺傳現(xiàn)象等知識的學習做好鋪墊。教師可以在學習過程中適當?shù)貫閷W生創(chuàng)設(shè)相關(guān)教學情境，在正式課堂之前先進行課程內(nèi)容引入，當激發(fā)起學生的好奇心以及學習熱情后，學生就會快速地進入學習狀態(tài)，提高自身的學習效率。尤其是在學習《伴性遺傳》時，教師可以在課堂之前提出以下相關(guān)問題供學生思考，如，“你和自己的父母是完全一樣的嗎？”“為什么你的眉毛眼睛會長得更像父親，但是鼻子和嘴巴卻更像母親？[2]”“有的家庭生出來了一個患有紅綠色盲的女兒，奇怪的是她的親生弟弟卻并不是紅綠色盲的患者，而且父母雙方也并不都是紅綠色盲，這是什么情況？”“有細心的學生觀察就會發(fā)現(xiàn)自己的父母都是單眼皮，但是自己卻是雙眼皮，難道說明自己不是父母的孩子嗎？”通過上述問題，學生就會對自己表現(xiàn)出來的不同生物性狀更加細致地觀察和產(chǎn)生濃厚的興趣，并對自己的性狀表現(xiàn)背后的生物學原理產(chǎn)生十足的好奇心。通過創(chuàng)設(shè)真實、有趣的生活情境，能夠引發(fā)學生思考，激發(fā)學生的學習興趣，使學生依靠自身的內(nèi)驅(qū)力進行學習，最終達到STEAM教育的教學目的。

（二）提出研究問題，引起學生思考

在學習環(huán)境搭建完成后，學生就會據(jù)此進行聯(lián)想和想象，提出一系列激發(fā)好奇心的問題，也可能會根據(jù)自身的已有知識回答一些問題等。在此過程中，學生和教師能夠在相關(guān)學習情境下，根據(jù)語境提出問題、解決問題、延展問題的廣度和深度，進行有質(zhì)量、有效率地講解和學習。通過共同探討、彼此思維的碰撞可以鍛煉學生的生物學習思維，養(yǎng)成學生全面分析問題的能力，培養(yǎng)學生獨立思考的學習習慣，并且在向教師求助前先進行獨立思考。

例如：在學習必修一《組成細胞的分子》中，根據(jù)課前教師設(shè)置的相關(guān)情境，學生可以結(jié)合課本給出的目錄，主動思考以下問題，“目錄中所說的組成細胞的分子，分子的概念是什么？”“細胞中的元素、化合物、無機物、糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)之間是否存在一定的關(guān)聯(lián)？”“在進行深入學習時，除了目錄所提到的上述分子之外，還有什么也是構(gòu)成細胞所必須的物質(zhì)？”“任何一種細胞在我們?nèi)梭w內(nèi)承擔的并非都是相同的工作，那么他們在組成上是否相同，又有什么樣的差別？”“是什么決定了組成細胞的分子？”在初步了解到本章節(jié)的目錄之后，學生能夠大致提出以上問題，當然也包括其他的問題。在這些問題的基礎(chǔ)上，學生能夠在后續(xù)的學習中更加具有針對性，并且知道自己的學習重點應(yīng)該放在哪一部分中，由此可以提高學生的學習效率。結(jié)合教師課堂上的細致講解，再大量閱讀課本相關(guān)內(nèi)容，與他人進行探討后[3]，學生能夠逐步提高自己的生物思維，嘗試自主解決上述問題，提高自身學習能力。

（三）搜集相關(guān)文獻，設(shè)計實驗方案

STEAM教育是一種培養(yǎng)綜合型人才的教學模式，因此當STEAM教育應(yīng)用在高中生物的教學中時，也會涉及其他的不同方面，而并非只是單純地應(yīng)用生物學科本身的知識。那么在完成生物中的實驗部分時，學生就會需要去查找資料、閱讀文獻、判斷文獻科學性的相關(guān)知識，也即信息查找能力。

例如：在學習必修一《細胞的能量供應(yīng)和利用》中，涉及細胞光合作用的實驗論證，該實驗主要是使用一盆天竺葵的綠色葉片作為實驗的主要對象，研究植物在接受光和沒有光的條件下產(chǎn)生的產(chǎn)物有什么不同，最終得出植物光合作用的具體公式。在進行光合作用相關(guān)的實驗時，往往采用的是控制變量法，即相同的實驗部位，給予不同的實驗條件，盡可能確保除了自變量之外的其他因素都相同。那么在開始實驗之前，學生就需要查找相關(guān)資料，辨別哪些植物可以進行上述實驗，哪些植物的哪些部分具備實驗的基礎(chǔ)條件，又是否能夠借助簡單的工具使最終結(jié)果得到展現(xiàn)，是否能夠確保其他的因素不會對實驗產(chǎn)生影響。這些都是學生在進行實驗方案的設(shè)計時需要考慮的問題，學生需要通過查找相關(guān)資料明確信息之后[4]，再根據(jù)已有信息進行實驗設(shè)計，淀粉可以用于檢測糖類化合物，從而判斷光合作用的產(chǎn)物是否有有機物，以及使用黑色錫箔紙可以隔絕光照，最終達到控制光的實驗條件等。

（四）建構(gòu)知識體系，評估實驗方案

生物實驗中除了要進行實驗方案的論證之外，還需要進行相關(guān)方案的評估。方案設(shè)計只是實驗在初期所進行的一次草稿演練，可以說先有正確科學的實驗方案，才有后續(xù)的實驗方案評估。教師適時給予學生一定的支持和引導，教導學生構(gòu)建生物學科本身的知識體系，在大的框架中將知識點與實驗進行結(jié)合，評估實驗合理性，找到最優(yōu)解的同時也是對自身生物知識體系的完善和補充。知識體系的構(gòu)建與實際實驗是相輔相成互相促進的。

例如：在學習必修一《組成細胞的分子》中，其中一節(jié)專門講的是《蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者》。在學習蛋白質(zhì)分子的構(gòu)成中，學生需要具備一定的化學知識，如了解蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)單元氨基酸脫水縮合的過程，即化學中涉及的酸類和堿類化學物質(zhì)脫水縮合形成酯類物質(zhì)的相關(guān)化學反應(yīng)式。有一定化學知識的補充之后，教師在課堂上逐步引導學生構(gòu)建出關(guān)于蛋白質(zhì)的相關(guān)知識框架，并且不斷進行填充。結(jié)合STEAM教育模式，學生需要從科學、技術(shù)、數(shù)學、藝術(shù)、工程五個大的方面進行具體實驗方案的評估。從科學角度來看，學生通過教師補充的氨基酸脫水縮合的化學知識，具體了解蛋白質(zhì)的形成過程，且具有科學性；從技術(shù)角度來看，教師可以借助一定的物理建模方法將簡單的二維圖形以三維形式進行表述，給予學生更加直觀的想象；從工程角度來看，教師帶領(lǐng)學生構(gòu)建數(shù)學模型的過程，本身就是一種工程思維的體現(xiàn)，需要學生具備一定的工程素養(yǎng)；從數(shù)學角度來看，蛋白質(zhì)與氨基酸的基本單元組成是不變的，在形成蛋白質(zhì)的過程中，肽鍵、氨基、脫去的水分子數(shù)目，都蘊含著一定的數(shù)學規(guī)律在內(nèi)；從藝術(shù)的角度來看，如何使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更加美觀，更加清晰明了，則需要一定的審美藝術(shù)素養(yǎng)[5]。

（五）開展探究實驗，進行適度引導

STEAM教育模式是為了培養(yǎng)綜合型人才，因此在傳統(tǒng)的高中生物課程中，教師要盡可能地適當加大學習難度，并且不單關(guān)注學生的成績本身，而是要能夠?qū)⒛抗夥诺瞄L遠，培養(yǎng)學生的綜合能力，尤其是與他人的合作溝通能力，面對較難知識點和實驗的探究能力，在開展生物探究性實驗的過程中，教師要做到以啟發(fā)學生思維，正確引導為教學核心。

例如：在必修一《蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者》中，學生結(jié)合化學知識，采用實際的物理模型構(gòu)建化學分子，進行氨基酸合成蛋白質(zhì)的實驗探究。首先，學生可以選擇不同顏色不同大小的小球用來表示C、H、O、N等不同原子，并且根據(jù)化學知識形成相關(guān)的原子基團，如氨基、水分子等，然后再根據(jù)生物中學習到的相關(guān)知識構(gòu)建氨基酸模型和蛋白質(zhì)分子模型。在探究實驗的過程中，學生需要注意不同基團的不同位置，并且通過自主思考發(fā)現(xiàn)當基團所在位置有所改變時，結(jié)構(gòu)會發(fā)生怎樣的變化；其次，蛋白質(zhì)與單一的氨基酸縮合所不同的地方在于還存在一定的空間排列，那么學生在進行探究性實驗的過程中就可以自主探究不同氨基酸采用不同角度進行空間排列形成的最終蛋白質(zhì)之間的差異，與實際課本中學到的不同蛋白質(zhì)之間又有怎樣的關(guān)系；最后，結(jié)合經(jīng)常見到的習題，如加熱蛋白質(zhì)或者是水解蛋白質(zhì)或是其他方式，哪一種會導致蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，又是否會導致其功能喪失。這些都是在實際實驗中學生可以主動進行探究的方面。

（六）展示制作成果，進行多元評價

高中生物雖然是理科課程，但是仍然需要具備一定的可觀性，即學生也需要通過不同的方式展示模型或是制作成果，并以此作為最終評價的根據(jù)。可視化成果一方面能夠讓學生在整個生物學習的過程中收獲更多的成就感和幸福感，另一方面也可以作為學生總結(jié)反思，互相評價給予建議的有利素材。

例如：在學習必修二《基因的本質(zhì)》之后，學生可以利用相關(guān)物理模型構(gòu)建基因的雙螺旋結(jié)構(gòu)作為最終的展示成果，也可以借助電腦的信息技術(shù)，通過幻燈片演示或者是PPT動畫等多個軟件繪制成視頻進行展示。展示的方式并不局限在模型提供，只要學生能夠表達出自身所收獲的生物知識，并且做到學以致用，就達到了STEAM教育的教學目標。而在多元評價中，教師的評價，小組同學的評價，其他學生的評價，父母的評價，自我的評價等，來自他人不同角度，不同關(guān)注點的評價能夠讓學生更加客觀準確地看待自己的學習收獲，進而幫助學生更好地反思自身仍然存在的問題，以便后續(xù)的改進和創(chuàng)新。

結(jié)束語

STEAM教育真正做到了將不同的學科進行融合，即便是與高中生物進行結(jié)合，也能夠運用到其他學科的相關(guān)知識和能力，真正做到了培養(yǎng)綜合型人才。因此，在未來的實際教學中應(yīng)用STEAM教育，能夠幫助教師創(chuàng)新自身教育觀念，改變教學方式，引導學生全面發(fā)展。

參考文獻

[1]王子武.基于STEAM理念的實驗教學設(shè)計：以用玻璃珠模擬生物學實驗為例[C]//2021年科教創(chuàng)新學術(shù)研討會論文集（第五期），2021：2-5.

[2]王子武.基于STEAM教育理念的高中生物教學設(shè)計：以“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”為例[J].名師在線，2020（29）：3-4.

[3]任曉米.基于核心素養(yǎng)的高中生物單元作業(yè)設(shè)計：以“生命的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”單元為例[J].現(xiàn)代教學，2020（9）：31-32.

[4]鄧德桂.基于STEAM理念的高中生物學教學探索：以“綠葉中色素的提取和分離”為例[J].教育觀察，2020，9（7）：99-101.

[5]邱玲燕.STEAM教育在高中生物實驗教學中的探索：以“果酒制作”實驗為例[J].中學生物學，2019，35（9）：48-51.