實現STEAM教育與核心素養對接的相應改革策略*
——以復習課《綠色植物的三大生理》教學設計為例

鄭秋琴

(福州第六中學 福建福州 350007)

在生物學科復習課《綠色植物的三大生理》的教學設計中，實現STEAM教育與核心素養對接，引導學生在適度的范圍內突破學科間的界限，以生物知識為中心向其他學科知識進行擴展延伸，幫助學生綜合運用生物知識分析特定情境問題，提升學生解決問題能力、創新能力和綜合素養。

一、STEAM教育與核心素養概述

STREAM教育最早由美國國家科學基金會提出，是科學、技術、工程、藝術、數學多學科融合的綜合教育。其目的是促進學科的融合，培養學生的綜合素養，為提升國家綜合實力儲備人才。

教師開展STEAM教育與提升學生核心素養是時代發展的要求。《中國教育現代化2035》中提到“加強創新人才特別是拔尖創新人才的培養，加大應用型、復合型、技術技能型人才培養比重”；2015年我國教育部發布的《“十三五”期間教育信息化指導意見》明確指出“有條件的地區要有效利用信息技術推進眾創空間的建設，探索創客教育、STEAM教育等新教育模式”；2016年發布的《教育信息化“十三五”規劃》進一步呼吁“將STEAM教育理念與現代信息化技術結合，培養學生信息素養、創新意識與能力，促進學生全面發展”?！度罩屏x務教育生物課程標準》(2022年版)中提到初中生物課程設置“生物學與社會·跨學科實踐”學習主題，引導學生綜合運用生物學、化學、物理、地理、數學等學科的相關知識和方法，嘗試分析和解決實際問題，通過本主題的學習，學生能夠認識生物學與社會的關系，能夠理解科學、技術、工程學、數學等學科的相互關系，并嘗試運用多學科的知識和方法，通過設計和制作，解決現實問題或生產特定的產品，發展核心素養；建議教師在教學組織形式方面，可采用課上和課下相結合的方式。

生物學科是自然科學的一個重要組成部分，以此開展STEAM教育符合當今提升學生核心素養的基本要求。將STEAM教育理念和核心素養對接，融入初中生物教學過程中，優化教學設計，開展生物學探究活動，改變學生的學習方式，形成新的教育教學模式。

在復習課《綠色植物的三大生理》的教學設計中，以初中生物內容為導向融入STEAM教育理念，激發學生主動探究的內驅力。學生在探究過程中以已知的生物知識為大背景，拓展了物理、化學等多學科知識。學生既學習了學科知識，也鍛煉了思維能力，培養了實操技能，提升了自信心，不斷深化自我認知，進而豐富和完善生物教學內容和過程。

二、初中生物教學融入STEAM教育理念和實現核心素養對接的策略

(一)抓住學生興趣點，激發學生學習新知的內驅力

這是關于中考內容的一節專題復習課，教師要找準切入點，讓學生對本節內容眼中有光、胸中有疑問，激發學生探究新知識的內驅力，避免上成知識點羅列課，“冷飯重炒"。學生在七年級已經學過了植物的蒸騰作用、光合作用和呼吸作用等與“綠色植物的三大生理”相關的知識，并且對菠菜葉的蒸騰作用、銀邊天竺葵的光合作用合成有機物、金魚藻的光合作用產生氧氣以及萌發的綠豆種子呼吸作用消耗氧氣產生二氧化碳等實驗進行了觀察。復習課上教師根據學生已有的知識和生活經驗，將“Art”作為情境導入引發學生的興趣，利用課件與學生一起欣賞生物第二課堂活動小組利用智能手機尋找到的身邊的美，如小區、森林公園、江濱、校園、福道、鼓嶺、閩江濕地的鳥類、軟體動物等。圖片配合舒緩的音樂，引發學生思考：福州為什么能被評為“宜居城市”？教師展示“宜居城市”的評選條件，以此引入欣賞身邊的美，烘托STEAM教育理念中的“Art”，利用SEEWO軟件展示學生利用課余時間拍的生態環境的圖片，讓其欣賞福州的美在于森林覆蓋率高(山青)、潺潺閩江水(水秀)、藍天白云(氣爽)等方面，為自己生活在這樣的環境中產生幸福感：我們呼吸新鮮空氣，不受霧霾影響，遠離水污染，與大自然生物和諧共存，切身感受到習近平總書記所講的“綠水青山就是金山銀山”。因此，教師引入“尋找身邊的美”的活動能讓學生充分認識到愛護植物、保護環境、保護野生動物等是每個公民應當具有的良好品質。用舒緩的音樂刺激學生的聽覺，讓學生保持積極的狀態投入學習。而在復習植物三大生理功能時，教師可以讓學生通過觀看視頻來欣賞植物自身的三大生理對環境產生什么樣的影響，引發他們對大自然神奇現象的感嘆，激發他們探索大自然的欲望?？此剖且惶蒙镎n，但它融入了藝術、科學、生活等相關知識，這無疑促進學生核心素養的發展。

(二)開展探究活動，引導學生提出問題，提升探究思維的能力

STEAM教育的最終目的是教師引導學生運用多學科知識去實踐，尋求解決問題的方法，提高綜合應用所學的知識與技能去解決各種相關問題的能力。在初中生物教學中，STEAM教育離不開學生的積極配合，可以組織學生開展第二課堂活動，小組合作探究，解決問題，使學生對知識的理解不僅僅停留在表層，這對學生各方面知識和技能的提升有一定的幫助。

在復習講解“綠色植物的三大生理”時，首先，教師利用SEEWO白板課件設計一個課堂活動：根據學生之前學的知識在課件上展示一棵樹不同部位的生理功能及該生理功能所需要的原料和產物，通過生理—發生部位—產物的知識鏈，引入綠色植物的生理功能。由此引導學生形成愛綠護綠的意識，珍愛身邊的一草一木，從而提升核心素養。

之前開展的探究植物種類和分布對空氣濕度的影響的實驗為植物蒸騰作用的研究提供了相關的科學數據，而這些數據的記錄和分析與STEAM教育理念中的“Mathematics”和“Science”有關。蒸騰作用是通過葉片氣孔散失水分，教師可以進一步引導學生以氣孔數量為變量設計對照實驗探究植物的蒸騰作用，氣孔數量與葉片的數量有直接關系，以此開展兩組對照實驗來理解蒸騰作用發生的部位和影響蒸騰作用強度的因素，引導學生形成學習生物學的理科思維、科學探究精神和治學嚴謹的態度。這兩組對照實驗將無葉和有葉、少量葉片和正常數量葉片的枝條分別插在透明的裝等量清水的同種玻璃瓶中，通過觀察液面高度的變化以及設置相關問題，如“大樹底下為什么好乘涼？夏天為什么江濱的房子特別涼爽？”引發學生思考：水分的比熱容大，吸熱能力強，同時水分從液態變成氣態也會吸熱帶走周圍的空氣的熱量。要解答這樣的問題教師勢必要引導學生多閱讀資料，突破課本的界限，提高自我拓展的能力。這些都是教師在培養學生核心素養和實施STEAM教育過程中所要達到的目標。

對于光合作用如銀邊天竺葵的光合作用合成有機物的復習也可以開展探究式的STEAM教育。我們可以根據展示的植物葉片圖上標示的物質，引導學生回顧光合作用反應式，再根據反應式中不同變量設計探究實驗，每個小組找一個變量設計實驗，小組討論，分享討論結果。各小組代表分別對實驗設計的原理、實驗現象和實驗結論進行匯報，教師分享課前第二課堂活動中學生設計并完成的幾個分組探究實驗的成果，其他小組和教師進行點評。小組合作設計探究實驗的過程中，很好地融入了“Engineering”理念，讓學生對科學探究思路更明朗，感受科學探究的嚴謹性。在分組討論后，引入身邊的事例，通過問題研討的方式，進一步培養學生理論聯系實際的能力。具體而言，可以設置如下問題：如果你是農民，你會采取哪些措施來加強植物的光合作用？影響光合作用強度的因素有哪些？這些問題不僅是對知識的升華，還有利于增加學生學習的成就感，更體現了STEAM理念中的“Technology”。教師在教學中還可以進一步引導學生思考光合作用的意義，如：無機物合成有機物，光能轉變成化學能儲存在有機物中，而這些有機物幾乎養活了生物圈的其他生物，實現生物圈中C-O平衡。這為學生理解光合作用概念圖做了很好的鋪墊。

學生在第二課堂活動中探究植物呼吸作用的實驗成果也是開展STEAM教育的很好的切入點。在課堂上展示學生的實驗成果，引導學生運用工程學、科學的相關知識和原理，進一步總結出呼吸作用的反應式。教師可以設置一些問題來拓展學生思維，如：為什么本實驗選擇黃豆種子為實驗材料？學生通過小組討論得出：選用黃豆種子作為實驗材料是為了控制單一變量，因為黃豆不進行光合作用，而綠色植物都要進行光合作用消耗二氧化碳，不利于實驗觀察比較。前后知識呼應，學生在動手實驗的過程中，其在“Science”“Technology”“Art”等方面的素養也得到了極大的鍛煉和發展。光合作用和呼吸作用實驗探究過程中涉及的藥品如酒精、碘液，水浴加熱過程中溫度計的使用，對氧氣和二氧化碳的存在進行驗證，為學生初三學習化學起到了先導作用，也為學科相互融合奠定一定的基礎。

(三)小組成員互相合作，引導學生進行知識的搭建和整合

核心素養的培養和STEAM教育的實施更注重學生在小組成員之間的合作、互相啟迪，教師可以引導學生自己發現問題、小組討論，給出論證的方法，最終實現對知識的總結，拓展和創新學生的思維，進一步提升學生自主建構知識框架體系的能力。復習完植物三大生理功能后，筆者結合中考典型真題，對植物三大生理的知識點根據具體情景進行大串講。以上圖為例，教師可以鼓勵學生嘗試利用數學思維，結合生物學原理，集結小組的智慧和力量，分析問題情境，明白坐標圖中縱、橫坐標的含義，并找出縱、橫坐標的關系，由此思考這些特殊點所表示的生物學含義；通過對線的認識，讓學生明白曲線的走向或發展趨勢，判斷活動強度變化，聯想與曲線變化有關的生物學原理，挖掘或獲取題目中的有效信息，使問題明確化?！包c”是構成線的基本單位，所以找出曲線中的特殊點是關鍵，這些點包括起點、交點、轉折點、定點、終點。這種教學方式能充分發揮群體中實現合作學習、動手實踐知識結構的互補，并聯系數學、物理、化學和科學等知識，實現知識體系的自主建構，從而極大地保證教學的有效性。

(四)課堂總結，落實生物學核心素養的培養

課堂總結是教師對一節課精華的提煉和升華，教師在總結過程中，引導學生在大腦中回顧本節課的復習內容，總覽本節課的知識框架，幫助學生將看似孤立的知識點聯系起來，有利于學生將知識內化，確保知識的系統性和完整性，為培養和提升學生的生物學核心素養做了鋪墊。教師可以用思維導圖的形式板書“綠色植物的三大生理”，讓學生補充完善，幫助學生回憶知識點，引導學生開動腦筋、小組討論，形成和諧的師生之間的導學關系以及小組成員之間的合作關系，思維導圖的建構過程使學生體驗到生物知識的科學性和藝術性，同時幫助他們鞏固所學的知識。最后利用SEEWO白板展示以環保為主題的學生手繪作品和手工作品，如山水國畫、手工落葉貼畫、廢品手工藝術等，再一次對他們進行藝術熏陶，使學生認識到愛綠護綠是每個地球人必須履行的責任。教師出示保護環境、垃圾分類的倡議書，播放2022年世界環境日國家主場主題歌《讓中國更美麗》，讓每位學生在倡議書上簽下自己的名字，用音頻渲染氣氛，用行動許下諾言，讓同學在藝術氛圍中深化對環保意識的認知。

三、結語

STEAM教育理念雖然備受我國教育工作者的關注和青睞，但當下該理念在教學過程中的滲透尚處于探索的階段，需要各個學科的教師在教改過程中挖掘本學科與其他學科的聯系，實現學科知識的連貫性與邏輯性，并通過教學實踐檢驗教學方法的可行性和有效性，以更好地滿足中學生的身心學習需求。同時，教師要不斷完善、提升自身知識結構和指導水平，進而提供更優質的教學服務和改教學質量。初中生物教師應加強STEAM教育理論學習，積極參加跨學科教研，將STEAM教育理念滲透于校本課程和教材開發，傳授生物知識和技能的同時，培養和提高學生的綜合能力和核心素養，順應國家培養高素質人才的時代要求。