STEAM理念引領下的“生物圈中的綠色植物”大單元教學設計與實踐

楊賀

［摘 要］STEAM引領下的單元教學設計，在整體課程設計層面實施大單元化教學模式，重新整合教材教學內容，幫助學生構建生物圈中的綠色植物部分整體知識框架；在單個課時設計中將STEAM教學理念融入教學過程，幫助學生更順暢透徹地理解單一的知識點。教學內容聚焦大單元，教學過程重實踐，讓學生在真實情境中提出問題、解決問題，在解決問題過程中感悟生命科學的本質和生命活動的規律，以期達到培養學生科學思維和勇于探究的精神，樹立生命觀念和提升學生綜合能力的目的。

［關鍵詞］STEAM教育理念；大單元整體教學設計；核心素養；初中生物單元教學

［中圖分類號］G423 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1005-5843（2023）04-0139-06

［DOI］10.13980/j.cnki.xdjykx.2023.04.022

人才是現代社會發展的關鍵因素，當今各國的競爭，實際上是知識的競爭、人才的競爭。中學生是國家人才培養的儲備力量，中學教育要為培養高素質的創新型和綜合型人才奠定基礎。國家在新的《義務教育生物學課程標準》中明確提出：對初中生的人才培養，要堅持目標導向、問題導向、創新導向，堅持“五育并舉”的核心素養培養模式，為社會發展和國家建設培養具有正確價值觀和關鍵能力的綜合型人才。全國中小學紛紛響應新課標實施新課程，繼續深化課程改革。

傳統的中學生物教學側重于應試，教師重視提高學生的成績，大多數學校都是采用傳統的“滿堂灌”教學模式。教師在課堂上將知識進行簡單講授，并沒有對學生進行有效引導和啟發；學生的學習過程主要是一個被動接受知識的過程，并沒有對知識本身進行主動的探究和思考，學生無法在學習過程中發現問題、解決問題。這樣不僅會影響課堂效果，也不利于落實學生的學科素養和培養學生的綜合能力。隨著社會對人才要求的不斷提高，教與學的過程也要與時俱進，推陳出新，使其能更加適應新的形勢、新的挑戰。生物學是基礎教育學科，初中生物學的主要任務是使學生掌握基礎的生物學知識與基本技能，并在教學的過程中培養學生的生物學科核心素養，樹立生命觀念和勇于創新的精神，鍛煉科學思維和團隊協作的能力，養成樂于探究實踐的習慣，具備良好的社會責任感。而這些品質和能力，也正是當今社會對人才的基本要求。隨著新時代的發展，我國基礎教育階段的課程改革不斷深化，教學要求也發生了變化

初中階段的單元教學是指把一個完整的知識體系按照內在的邏輯關系安排在一定的單元中進行學習和訓練的過程，注重知識的整體性和綜合性。STEAM教育最初起源于美國，旨在應對未來社會的挑戰。近年來，STEAM教育被引入我國，并因為其先進的教育理念和在人才培養上的科學性，迅速地被多數中小學教師接受和應用。STEAM教育是以小組活動、實驗調查等方式展開。在STEAM教學中，科學為學生提供認識世界的規律，工程與技術則為改造世界提供支持，藝術以美好的形式豐富世界，數學為解決問題提供思維方法和分析工具。初中生物學科開展的STEAM集合了科學、藝術、勞動、技術、數學等方面的知識和技能，很好地彌補了以往教學模式在培養創新型人才、技能型人才、實用型人才方面的不足。

筆者嘗試探索一種結合STEAM教育理念的單元化教學的新模式，并在初中生物“生物圈中的綠色植物”的教學中加以應用。在課程設計層面實施單元化教學模式，整合教學內容；在單個課時設計中將STEAM教學理念融入教學過程，進行教與學的雙向研究，以期達到落實學生核心素養和提升學生綜合能力的目的。

一、STEAM教育理念引領下的大單元課程教學目標設計思路

（一）大單元教學的優勢及其局限性

大單元教學有助于實現學科內知識的整合，有助于實現學科間的橫向聯系，能夠更好地在日常教學中落實生物學科核心素養。從學科課程設計的整體角度出發，在進行教學的過程當中，通過單元化的整體設計，使學生能夠站在更高更宏觀的角度對生物知識框架進行整體的構建，通過這樣的形式來促進學生核心素養的發展^［1］。

在傳統的以單一知識點為單元的教學模式中，學生掌握知識多是碎片化的形式，靠學生自覺的力量很難將碎片化的知識點進行整體化結構化的構建，更遑論對整個大單元的知識主題和知識框架形成清晰的認知繼而完成從理論到實踐及應用的躍遷了。開展單元教學設計有助于解決教師幫助學生抓住主線，通觀全局系統掌握所學知識的問題，克服上述缺點。

教師通過整體的單元教學內容設計將知識呈現出來，從而使學生在腦海當中形成一個完整的知識網絡，在學習過程中實現了不同學科之間、不同學習內容之間，以及新舊知識之間的融合，是對學生學習內容的擴展和延伸，進而促進學生的核心素養發展。

新課標指導下的教學，更加注重落實知識的綜合性、應用性、實踐性和探究性，但在教學落實中如何達到真正培養學生具備這些綜合素質，單單靠大單元的教學設計很難達成。基于STEAM理念的單元教學設計能很好地在注重知識整體性和綜合性的基礎上，培養學生的探究精神和完成對理論知識應用性的躍遷。

（二）STEAM教育理念引領下的初中生物大單元課程設計思路

1.教師教學設計的指導理念。學科核心素養引領下的中考改革，從傳統單一注重學生的知識掌握，轉變為關注學生的核心素養發展。學生在學習過程中，需要從多元的角度來進行生物的探究。這就要求教師在教學的過程中從大概念教學、學科結構以及學科思想方法幾個方面入手^［2］，來進行教學的設計。

大單元視角下的教學設計，是介于課程與課時之間的中觀設計。通常情況下，教師將一個大單元拆分為若干個小單元之后再進行設計與實施教學。這種方式能夠在短時間內最大程度地調動學生學習的積極性和主動性，促進學生自主學習、合作學習以及探究性學習等。因此，其在實施過程中也需要教師進行引導和輔助，而不是完全脫離老師直接進行教學。要實現這些目標，就要求教師在單元設計時，必須圍繞大單元大概念的整體教學主題選擇合適的教學內容作為中心問題進行設計與實施。

STEAM教育以培養學生的問題解決和創新能力為目的，注重與實際生活的聯系，注重過程與實踐，讓學生主動創造，積極地去開發作品。學生自主探究和動手體驗是STEAM教育理念實踐的核心，是一種先進開放的培養未來創新型復合人才的教育理念。STEAM教育有助于學生從不同的視角認識學科間的聯系，提高知識的綜合運用和解決問題的能力，促進學生認知發展，增強批判思維和創造力，具有跨學科性、趣味性、情境性、協作性、藝術性的特點。在初中生物學教學的微觀課時設計中采用STEAM形式設計教學活動，形式很多，不拘一格。例如，可以是引導學生設計并制作模型，也可以是團隊設計探究實驗并實施實驗，在設計及實施過程中用工程學、數學、藝術的結合更好地展示科學。

在具體操作中，教師可以依據單元知識的整體框架設計課程的內在線索，也就是一條貫穿整個教學單元的暗線；以STEAM理念引領單個課時的設計，也就是貫穿生物學核心素養的明線。在實施教學時，潛移默化地將明暗兩條知識線索相結合。

2.依據學科特點，設計合理的基于STEAM理念的大單元課程教學內容。生物學作為自然科學的一門基礎學科，是研究生物現象和生命活動規律的一門科學。生物學同時也是一門實踐課程，注重通過實驗操作和實踐活動認識生命現象、解釋生命活動規律。根據新課標要求，生物課程將培養學生獲取、分析和解決生物學問題能力作為課程基本目標，而“解決實際問題能力”則是該目標在各個學習領域中具體的體現^［3］。通過新課標對學生解決實際問題能力要求的闡述，可以看出生物課程的改革不能僅僅關注學生掌握多少知識與技能，而是要著眼于學生能否主動地在生活中獲得知識與技能、是否能基于已有經驗去解決自己所面臨的現實問題。生物課程中包含大量生物學知識，其中絕大多數都與實際生產生活息息相關，且具有應用性。例如，綠色開花植物的生活史、組成人體的各系統統一協作、微生物在自然界的作用等。所以，在生物教學中要以學生為主體，誘導學生自己發現問題、提出問題并解決問題，使知識真正來源于生產生活并能改善生活指導生產。強調理論與實踐相結合，特別是在單元教學過程中要充分利用學科知識進行相關實踐活動^［4］。

STEAM理念視域下的生物單元教學是指基于單元主題和核心素養，設計課堂學習活動，以問題解決為驅動，引導學生在學習過程中運用所學知識分析和解決實際問題，形成正確的科學觀、生命觀及價值觀的教學過程^［5］。STEAM教學改革就是要從觀念、方式和過程等方面打破傳統學科教學模式，建構以問題解決為導向、以真實情境為基礎、以跨學科綜合知識為支撐、以探究與實踐為途徑的學科教學體系^［6］。因此在生物課程改革過程中可以將 STEAM理念融入到生物學教學中來，利用 STEAM教育理念對生物學教學內容進行重構，使其更具有針對性、實踐性和開放性；同時利用 STEAM教育理念培養學生解決實際問題的能力，使其成為未來社會所需要的復合型人才^［7］。

教師在教學設計中，要貫穿的核心思想就是要圍繞學科育人的價值標準和學科核心素養，使學生在學習的過程中逐漸形成核心能力，具備能夠迎接將來社會挑戰的綜合素質。基于STEAM理念的單元化教學設計，比之以往以單個課時為出發點的設計理念，兼顧整體性和實踐探究性，更注重知識框架的整體性和知識點的內在邏輯性，避免學生“課上聽得挺熱鬧，下了課啥也不知道”的尷尬局面，使學生知其然更知其所以然。同時，這種教學設計更重視學生知識體系的遞進和整合，繼而幫助學生順利完成從單純掌握知識點到會應用知識解決實際問題的轉變。

二、STEAM教育理念引領下的“生物圈中的綠色植物”大單元教學模式實踐

綠色植物對生物圈的存在和發展起著決定性作用。綠色植物通過光合作用為其他生物提供能量來源、食物來源、氧氣來源，并對維持生物圈中的碳氧平衡和水循環發揮著重要作用。綠色植物分布廣泛，與人類生活的關系十分密切。教學中，教師要幫助學生形成以下重要概念：植物的生存需要陽光、水、空氣和無機鹽等條件；綠色開花植物的生命周期；綠色植物能利用太陽能，把二氧化碳和水等無機物合成貯存了能量的有機物，同時釋放氧氣。

（一）“生物圈中的綠色植物”大單元教學設計

1.“生物圈中的綠色植物”知識內容特點分析。“生物圈中的綠色植物”知識內容具有以下特點：一是知識難點多，此部分一直都是整個初中階段生物學科的難點，例如光合作用和呼吸作用，學生普遍反映比較抽象，難以理解；二是涉及的一些知識比較微觀，例如種子的萌發過程和雄蕊、雌蕊的結構等；三是新名詞新概念比較多，學生在短時間內接受存在困難；四是探究實驗比較多，例如光合作用、種子萌發等的相關探究，以及實驗部分的實操性細節性問題比較多，實踐性強；五是與生活實際聯系緊密，生活中常見的綠色開花植物都可作為研究模型，適合進行STEAM項目式的探究活動；六是知識內容的時間線索比較明顯，知識點的內在邏輯性、整體性強，可以以植物生長的時間線索為主線整合知識點，進行單元化教學設計^［8］。

單元教學設計模式以課程標準為指導，以學科核心素養為目標，以單元主題、跨學科知識為載體，通過創設真實的問題情境，讓學生在真實情境中提出問題、解決問題，在解決問題過程中感悟生命科學的本質和生命活動的規律。

基于以上特點，筆者選擇在本部分教學中進行STEAM教學理念引領的單元化教學設計。單元主題包括種子萌發、營養器官的生長、生殖器官的生長、綠色開花植物的生活方式及綠色植物在生物圈中的作用等，其內容包括種子形態和萌發、芽和根的結構，以及生長和花的結構等^［9］。

STEAM教育理念引領下單元教學設計模式是以課程標準為依據、以學科核心素養為目標、以跨學科知識為載體、以解決現實生活中的實際問題為任務，通過對真實情境的創設、相關學科知識的滲透和科學方法的應用，以及情感態度與價值觀的培育等方式來實現知識和技能向能力、情感、態度與價值觀三維目標轉化。

在實施過程中可以用以下方法來進行教學設計^［10］：（1）確定學習主題——種子萌發、營養器官的生長、生殖器官的生長、綠色開花植物的生活方式及綠色植物在生物圈中的作用；（2）確定課程標準——15個課時的內容；（3）分析學生實際——通過問卷調查等方法了解學生對生物學科知識及能力的掌握情況。

2.基于STEAM理念的“生物圈中的綠色植物”大單元教學設計思路。“生物圈中的綠色植物”是義務教育生物學課標中的一級主題，主要內容涉及綠色開花植物的有性生殖過程、各器官的結構和發育、光合作用、呼吸作用、運輸作用、蒸騰作用、吸收作用等內容。這些重要概念相互獨立但又緊密聯系，例如了解器官的結構才能很好地掌握植物的生長發育，植物的生理作用又能很好地體現植物在生物圈中的作用。在教學設計中避免傳統簡單的割裂式的知識點堆砌，以生物圈中的綠色植物為主線，圍繞“生物圈中的綠色植物”這一主題，從探究自然現象入手，以提出問題、拓展思考為主要線索展開教學。

教學中考慮如何對學生進行層層遞進式的引導，通過創設情境、提出問題、合作探究等方式開展學習活動，讓學生在經歷探究活動過程中建構知識，形成生命觀念，培養探究能力和科學思維，幫助學生進行知識的遷移和思維的進階。

在進行具體教學時，將教材內容按照綠色開花植物生活史的時間線索重新梳理，構建知識整體框架（見圖1）；以單元化視角進行整合，并根據知識由易入難、學生接受程度遞進的自然規律設置教學順序；在單元教學的最后，引導學生展開對綠色植物在生物圈的作用的相關思考和討論。

（二）“生物圈中的綠色植物”大單元教學STEAM項目實踐探索

在教學中通過真實的任務實現真實情境的介入，使抽象內容具體化形象化，通過設置STEAM項目（見表1）打造樂學情境，將教學活動的主動權切實轉移給學生，使學生沉浸式地完成知識的獲得過程，提高學生學習熱情，鍛煉探究和實踐能力。

本研究是基于STEAM教育理念進行的單元化教學設計，立足于知識內容整體框架的暗線，在課時教學中落實知識和技能明線，明暗結合，進行中觀課程和微觀課時的雙重教學改革創新^［11-12］。

本單元的重點是對“生物圈中的綠色植物”的概念進行探究。圍繞這一主題設計了“探究生物圈中的綠色植物”這個活動方案，并在此基礎上以任務驅動方式展開學習。教學設計的特點是：讓學生經歷從生活到生物學再到技術與工程的探究歷程，在設計項目過程中培養學生觀察、思考、分析和解決問題的能力。在經歷科學探究的過程中，學生的知識水平、情感態度與價值觀都得到了提升。通過實踐活動，培養了學生的動手操作能力，提高了學生的綜合能力。

首先，在具體教學活動設計過程中，引導學生在實踐中發現問題，主動解決問題，在解決問題中內化知識；其次，通過小組合作學習，運用信息技術等方式對相關知識進行建構和完善；再次，通過提出問題和分析問題，培養學生的科學思維能力；最后，讓學生利用學到的科學知識對生物圈中的綠色植物進行探究。

三、結語

隨著科技的不斷發展，我們的教育理念也發生了巨大變化，逐漸由傳統教育向創新教育轉型，而創新教育正是以培養學生的創新能力為目標。因此，在初中生物教學中，教師可以將 STEAM理念融入生物課堂教學中去，以 STEAM理念為核心進行單元化的教學設計。STEAM教育理念引領的“生物圈中的綠色植物”大單元教學設計，既實現了學生知識整體框架的構建，又能在實踐中培養學生的綜合能力。

教師通過這種教學模式，能夠很好地引導學生對生命系統進行更深入地探究，從而能夠培養學生“知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀”這3個維度的核心素養。

但在教學模式的設計和實施中，還存在一些瓶頸問題。例如，如何平衡素質教育與應試性的關系、實踐活動與落實強化理論知識在具體課時中的比例如何安排才能達到最佳效果等問題。在日常教學過程中，教師要注意實踐經驗的積累，注重評價機制的完善，實現教學效果的及時評估，以便適時及時適當地跟隨學生狀態調整教學策略，找尋應試教育與素質教育的契合點，在實踐的基礎上對理論進行拓展，在理論的引導下對教學進行有效嘗試，從而更好地達到初中生物教學目標。

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（責任編輯：劉麗）

The Teaching Design and Practice of “Green Plants in the Biosphere” under the Guidance of STEAM Concept

YANG He

（Sanya School，High school affiliated to Renmin University of China，Sanya ，Hainan 572013，China）

Abstract： The unit teaching design under the guidance of STEAM implements the large-unit teaching mode at the overall curriculum design level，reintegrates the teaching content to help students build the overall knowledge framework of the biosphere; integrates the STEAM teaching concept into the teaching process in a single class design to help students.Integrate STEAM teaching concept in a single class design to help students understand single knowledge points more smoothly; implement the one-based teaching mode and integrate the teaching content to help students build knowledge framework to conduct teaching research to achieve the purpose of implementing students 'core quality and improving students' comprehensive ability.

Key words：? STEAM education philosophy； large unit integrated teaching design; core literacy; biology unit teaching in junior high school