基于STEAM理念的初中生物實驗教學(xué)

[摘 要]本文基于STEAM理念，探討初中生物實驗教學(xué)的優(yōu)化創(chuàng)新。首先介紹了STEAM理念的概念和特點，然后闡述了初中生物實驗教學(xué)中存在的問題和挑戰(zhàn)，接著提出了優(yōu)化創(chuàng)新的具體措施，包括加強實驗教學(xué)的設(shè)計、增強實驗教學(xué)的趣味性、加強實驗教學(xué)的互動性、加強實驗教學(xué)的探究性、加強實驗教學(xué)的拓展性等。最后總結(jié)了優(yōu)化創(chuàng)新的重要性和意義，并展望了未來的發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]初中生物；實驗教學(xué)；STEAM理念

STEAM代表著科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）和數(shù)學(xué)（Mathematics），這五大領(lǐng)域相互交叉融合。初中生物實驗教學(xué)可以將這些元素結(jié)合起來，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)生物知識的同時，還能提高他們的技術(shù)、數(shù)學(xué)和工程素養(yǎng)。在生物學(xué)科的實驗教學(xué)中，教師需要具備跨學(xué)科視野，從多角度推進跨學(xué)科教學(xué)的落實。在初中生物實驗教學(xué)中融入STEAM理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，提高他們的綜合素質(zhì)。為此，教師必須關(guān)注個體差異，因材施教，同時不斷反思總結(jié)，優(yōu)化教學(xué)策略。只有在這樣的教育環(huán)境中，學(xué)生才能充分發(fā)揮自己的潛力，將來為社會發(fā)展作出貢獻。

一、融入STEAM理念的初中生物實驗教學(xué)目標更新

（一）基于實驗實現(xiàn)跨學(xué)科整合

生物實驗中，學(xué)生需要了解與生物過程相關(guān)的基本科學(xué)原理，如細胞結(jié)構(gòu)、遺傳規(guī)律和生態(tài)系統(tǒng)等。通過將這些科學(xué)原理融入實驗設(shè)計和操作過程，學(xué)生能更深刻地理解生物學(xué)概念。同時，生物實驗也可以借助其他學(xué)科的知識，如物理和化學(xué)原理，幫助學(xué)生分析實驗現(xiàn)象，提高對實驗結(jié)果的理解。生物實驗通常涉及實驗器材的使用和數(shù)據(jù)處理，這些技術(shù)應(yīng)用可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到如何運用不同類型的儀器設(shè)備，例如顯微鏡、離心機和培養(yǎng)箱等。同時，學(xué)生還可以學(xué)習(xí)到計算機技術(shù)在生物實驗數(shù)據(jù)處理過程中的應(yīng)用，如電子表格的使用和統(tǒng)計方法等。技術(shù)應(yīng)用的掌握有助于提高學(xué)生的實驗效率和準確性。在生物實驗中，工程方法主要體現(xiàn)在實驗方案的設(shè)計和優(yōu)化上。學(xué)生可以學(xué)會如何根據(jù)實際需求規(guī)劃實驗步驟，合理安排實驗材料和時間等資源，以及根據(jù)結(jié)果調(diào)整和優(yōu)化實驗方法。這些工程方法的掌握有助于培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

（二）注重學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)

STEAM理念強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和問題解決能力。在初中生物實驗教學(xué)中，教師可以設(shè)計一系列挑戰(zhàn)性的實驗任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題。比如探究植物光合作用的實驗，學(xué)生可以通過觀察、數(shù)據(jù)收集和分析等手段，找出影響光合作用效率的因素，這樣既能鞏固生物知識，也能提高學(xué)生解決問題的能力。

生物實驗通常要求學(xué)生進行仔細觀察和思考。例如，在研究植物光合作用的實驗中，學(xué)生需要觀察不同環(huán)境條件下植物的生長狀態(tài)，思考它們之間的聯(lián)系。教師可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，提出問題，并嘗試找出規(guī)律。這種觀察與思考過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新意識。在生物實驗中，教師可以鼓勵學(xué)生根據(jù)問題自主設(shè)計實驗方案。例如，針對影響光合作用效率的因素，學(xué)生可以嘗試改變光照強度、溫度等條件，進行對照試驗。通過這樣的實踐操作，學(xué)生可以學(xué)會如何制定可行的實驗計劃，提高解決問題的策略性。生物實驗往往涉及大量數(shù)據(jù)的收集和分析。教師可以引導(dǎo)學(xué)生運用科學(xué)方法進行數(shù)據(jù)收集，如使用計數(shù)器、測量尺等工具，并教授他們?nèi)绾瓮ㄟ^統(tǒng)計方法對數(shù)據(jù)進行分析。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和數(shù)據(jù)敏感性，從而提高問題解決能力。在實驗過程中，學(xué)生可能會遇到預(yù)期之外的結(jié)果。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生積極面對挫折，對實驗結(jié)果進行評估和反思。如果實驗結(jié)果與預(yù)期不符，學(xué)生需要找出原因并優(yōu)化實驗方案。這種不斷調(diào)整和改進的過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和持續(xù)改進的意識。生物實驗往往需要團隊協(xié)作完成。在實驗過程中，教師可以組織學(xué)生進行分工合作，鼓勵他們相互討論、提問和分享。這樣的團隊合作與溝通會有助于培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神，提高他們在解決問題過程中的表達和溝通能力。

（三）注重學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)

STEAM教育鼓勵學(xué)生動手實踐、進行創(chuàng)新性探索。初中生物實驗教學(xué)可以利用這一理念，設(shè)計豐富多樣的實驗活動，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，培養(yǎng)他們的動手能力和科學(xué)思維。例如，教師可以組織學(xué)生參觀實驗室，讓學(xué)生在親身體驗的過程中了解科研人員是如何進行生物實驗的；同時，鼓勵學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。

教師可以通過引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實際問題，激發(fā)他們進行創(chuàng)新性探索。在初中生物實驗教學(xué)中，教師可以提出具體的問題，如“如何利用生物技術(shù)減少農(nóng)業(yè)廢棄物？”、“如何通過基因改良培育抗病作物？”等。這些問題可以引導(dǎo)學(xué)生進行深入思考，結(jié)合實驗探究解決方案，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神。STEAM教育鼓勵學(xué)生通過動手實踐進行學(xué)習(xí)。在初中生物實驗教學(xué)中，教師可以設(shè)計各種有趣的實驗活動，如制作簡易顯微鏡、探究DNA提取等。教師可以讓學(xué)生在動手操作的過程中了解原理，培養(yǎng)他們的實踐能力和科學(xué)思維，鼓勵學(xué)生在實驗過程中自主發(fā)現(xiàn)問題，并進行反思和總結(jié)。例如，在實驗失敗的情況下，引導(dǎo)學(xué)生分析原因，優(yōu)化實驗方案。這樣的反思與改進過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新意識。

二、基于STEAM理念的初中生物多類型實驗教學(xué)設(shè)計

（一）基于STEAM理念的初中光合作用實驗教學(xué)

以光合作用實驗教學(xué)為例：

首先是目標。讓學(xué)生理解植物光合作用的基本原理，了解光能對光合作用的重要性培養(yǎng)學(xué)生動手制作實驗設(shè)備的能力，并在實踐中體會工程和技術(shù)元素的融入。培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析問題的能力，培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作精神。

其次是準備材料。 LED燈、電池、導(dǎo)線、開關(guān)、綠色植物、水培容器、計時器、實驗記錄表等。

最后是教學(xué)過程。通過討論日常生活中光與植物生長的關(guān)系，引出植物光合作用的主題。簡要介紹光合作用的原理，讓學(xué)生了解光合作用是植物將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。指導(dǎo)學(xué)生自制簡單光照設(shè)備，讓學(xué)生分組并討論如何設(shè)置不同光照條件來觀察植物光合作用的影響。學(xué)生根據(jù)設(shè)計方案進行實驗，使用LED燈模擬不同光照條件，觀察植物光合作用的變化。要求學(xué)生認真記錄實驗數(shù)據(jù)。學(xué)生根據(jù)觀察結(jié)果進行討論，分析不同光照條件下植物光合作用的差異，并運用科學(xué)原理進行解釋。學(xué)生分享實驗心得和收獲，教師點評并引導(dǎo)學(xué)生反思實驗過程中遇到的問題和改進方案。

（二）基于STEAM理念的初中生物昆蟲觀察實驗教學(xué)

以昆蟲觀察實驗為例：

首先是目標。培養(yǎng)學(xué)生對昆蟲世界的興趣，了解昆蟲生態(tài)環(huán)境和生活習(xí)性。通過攝影、繪畫等藝術(shù)手段記錄昆蟲形態(tài)特征，培養(yǎng)學(xué)生的審美能力和藝術(shù)創(chuàng)造力。利用數(shù)學(xué)方法統(tǒng)計昆蟲數(shù)量和分布，提高學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和處理能力。

其次是準備材料。 顯微鏡、相機、繪畫用具、野外觀察工具（如放大鏡、昆蟲捕捉器）、昆蟲標本或圖片、統(tǒng)計表格等。

最后是教學(xué)過程。導(dǎo)入昆蟲主題，讓學(xué)生分享自己平時接觸到的昆蟲經(jīng)歷。簡要介紹昆蟲的基本知識，包括昆蟲分類、生態(tài)環(huán)境和生活習(xí)性等。讓學(xué)生分組制定昆蟲觀察方案，包括選擇觀察地點、時間、方法等。學(xué)生按照方案進行昆蟲觀察，利用攝影、繪畫等方式記錄昆蟲形態(tài)特征，同時通過數(shù)學(xué)方法統(tǒng)計昆蟲數(shù)量和分布。學(xué)生根據(jù)觀察結(jié)果進行討論，分享自己的藝術(shù)作品和數(shù)據(jù)分析成果，歸納昆蟲世界的特點和規(guī)律。學(xué)生分享實驗心得和收獲，教師點評并引導(dǎo)學(xué)生反思實驗過程中遇到的問題和改進方案。

（三）基于STEAM理念的初中生物DNA提取實驗教學(xué)

以DNA提取實驗為例：

首先是確立目標。讓學(xué)生了解DNA結(jié)構(gòu)及其在生物體中的功能。培養(yǎng)學(xué)生對生物技術(shù)的興趣，思考如何應(yīng)用生物技術(shù)改進相關(guān)領(lǐng)域（如醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等）。提高學(xué)生的實驗操作能力和科學(xué)探究精神。

其次是準備材料。 洗發(fā)水、食鹽、肉眼可見的水果或者蔬菜、試管、研磨器、濾紙、乙醇等。

最后是進行教學(xué)過程。簡要介紹DNA的概念，引導(dǎo)學(xué)生分享自己對DNA的認識和理解。詳細解釋DNA的結(jié)構(gòu)、功能以及在生物體中的作用。讓學(xué)生分組制定DNA提取方案，包括選擇水果或蔬菜、制定操作步驟等。學(xué)生按照方案進行DNA提取實驗，觀察和記錄實驗結(jié)果。學(xué)生根據(jù)實驗結(jié)果進行討論，了解DNA提取原理，思考生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)生分享實驗心得和收獲，教師點評并引導(dǎo)學(xué)生反思實驗過程中遇到的問題和改進方案。

三、STEAM理念下的初中生物實驗教學(xué)組織的工作要點

（一）確保實驗設(shè)備齊全、可靠，提供安全的實驗環(huán)境

教師在組織開展教學(xué)活動中，首先需要了解實驗內(nèi)容和要求，列出所需教學(xué)材料和實驗器材，并提前檢查設(shè)備是否正常運行。其次要制定明確的實驗操作規(guī)程和安全須知，指導(dǎo)學(xué)生正確使用實驗器材，預(yù)防實驗中可能發(fā)生的意外事件。此外，教師還應(yīng)在課前對實驗環(huán)境進行安全評估，消除安全隱患，并加強學(xué)生的安全意識培養(yǎng)。

（二）注重引導(dǎo)學(xué)生主動參與，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神

初中階段學(xué)生正處于探索求知、對外部世界充滿好奇的階段。初中生物實驗教學(xué)基于STEAM理念的應(yīng)用創(chuàng)新，需要充分以初中生特點為前提進行教學(xué)體系構(gòu)建。既要以問題為導(dǎo)向，設(shè)計吸引學(xué)生興趣的實驗任務(wù)，激發(fā)學(xué)生對實驗的好奇心和積極性。又要鼓勵學(xué)生提出自己的觀點和疑問，引導(dǎo)他們主動地尋找答案，培養(yǎng)科學(xué)探究的能力。還要充分利用課堂互動環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在完成實驗任務(wù)的過程中相互交流和學(xué)習(xí)，不斷優(yōu)化實驗方案。

（三）重視團隊協(xié)作，提高實驗效果和學(xué)習(xí)效率

差異化教學(xué)是STEAM理念所堅持的基本原則。初中生物教師推進實驗教學(xué)模式的全面創(chuàng)新，需要確保同組異構(gòu)的團隊組織原則，幫助學(xué)生之間能夠彼此學(xué)習(xí)、相互促進、共同進步。在實驗分組中，注意平衡每個小組成員的能力差異，優(yōu)勢互補，共同進步。教師還要強調(diào)團隊合作精神，讓學(xué)生在分組實驗中學(xué)會分工協(xié)作，相互支持，提高實驗效果和學(xué)習(xí)效率。

（四）關(guān)注學(xué)生的情感需求，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心

教師要關(guān)注每一個學(xué)生的情感表現(xiàn)，了解他們在實驗過程中遇到的困惑和挫折，給予及時的鼓勵和支持。教師要充分肯定學(xué)生的努力和成果，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和自信心，培養(yǎng)他們面對挑戰(zhàn)和失敗的勇氣，鼓勵學(xué)生發(fā)揮自己的特長和興趣，使實驗教學(xué)更加個性化，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主性。

四、應(yīng)用STEAM理念的初中生物實驗教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)

（一）激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和多元化思維，培養(yǎng)綜合素質(zhì)

教師可以在實驗教學(xué)中融入跨學(xué)科的知識和技能，如藝術(shù)、數(shù)學(xué)、工程等，拓寬學(xué)生的視野，提高他們的綜合素質(zhì)；鼓勵學(xué)生在解決問題時運用多種思維方式和方法，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和多元化思維能力；設(shè)計具有挑戰(zhàn)性的實驗任務(wù)，讓學(xué)生在克服困難的過程中增強自信，鍛煉團隊協(xié)作與溝通能力。

（二）實踐與理論相結(jié)合，深化對科學(xué)原理的理解和認識

教師可以制定具有針對性的實驗教學(xué)目標，確保實驗內(nèi)容與理論知識緊密結(jié)合，幫助學(xué)生加深對生物學(xué)原理的理解；通過實驗操作，讓學(xué)生親身體驗科學(xué)原理在現(xiàn)實中的應(yīng)用，提高學(xué)生對生物學(xué)現(xiàn)象的感知和認識能力；引導(dǎo)學(xué)生將實驗結(jié)果與理論聯(lián)系起來，進行數(shù)據(jù)分析和解釋，培養(yǎng)學(xué)生的分析和歸納能力。

（三）關(guān)注個體差異，因材施教，培養(yǎng)學(xué)生的個性和特色

在實驗教學(xué)中要充分考慮學(xué)生的興趣、特長和學(xué)習(xí)風格，提供多樣化的實驗任務(wù)和活動，滿足不同學(xué)生的需求；為學(xué)生提供個性化的教學(xué)支持，鼓勵他們發(fā)揮自己的優(yōu)勢，培養(yǎng)獨特的思維方式和解決問題的能力；鼓勵學(xué)生在實驗過程中展現(xiàn)自我，欣賞和尊重他人的差異，形成良好的合作和競爭意識。

（四）反思實驗教學(xué)，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，提高實驗教學(xué)質(zhì)量

在實驗教學(xué)結(jié)束后，教師可以組織學(xué)生進行自我評價和互評，共同反思實驗過程中的成功之處和需要改進的地方；教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)和反饋，及時調(diào)整教學(xué)策略，優(yōu)化實驗設(shè)計，提高實驗教學(xué)的有效性；結(jié)合初中生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，關(guān)注學(xué)生在知識掌握、技能運用、情感態(tài)度、價值觀等方面的全面發(fā)展，確保實驗教學(xué)達到預(yù)期目標。

關(guān)注個體差異，因材施教，有助于發(fā)掘?qū)W生的潛力，培養(yǎng)他們的個性和特色。教師需不斷反思實驗教學(xué)，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)并調(diào)整教學(xué)策略，確保實驗教學(xué)的有效性。教師可以結(jié)合初中生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，關(guān)注學(xué)生在知識掌握、技能運用、情感態(tài)度、價值觀等方面的全面發(fā)展，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，促使學(xué)生在探究、動手操作和創(chuàng)新思考中不斷成長。

參考文獻：

[1]周丹.淺析在初中生物實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的策略[J].天天愛科學(xué)（教學(xué)研究），2023（5）：155-157.

[2]劉光雙.淺析初中生物實驗教學(xué)中學(xué)生自主探究能力培養(yǎng)策略[J].學(xué)周刊，2023（16）：65-67.

（責任編輯：姜波）