融入STEAM教育理念的校本課程項目式學習設計與實踐

摘 要：本文依托STEAM教育理念，聚焦教材內容，深挖校本生態資源價值，通過設計主線進階式教學活動，探索高中生物學校本課程的項目式學習方案，以期提升學生創新實踐和解決實際問題的能力，培養其社會責任意識。

關鍵詞：STEAM教育理念；項目式學習；人與環境；社會責任；校本課程

文章編號：1003-7586（2024）08-0003-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中的“生物與環境”模塊主要培養學生樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，形成生態意識，參與環境保護實踐，發展以社會責任為中心的核心素養，具有區別于其他模塊的獨特育人價值。人教版普通高中教科書《生物學·選擇性必修2·生物與環境》（以下簡稱“教材”）的前三章內容按照種群、群落、生態系統的層次展開教學，主要實現相關重要概念的學習，引導學生認識各層次生命系統的動態平衡，感悟生態學的思想觀念。第4章則是在前三章基礎概念與原理的基礎上進行應用拓展，內容上緊密聯系實際生產生活，以生態工程建設為案例培養學生的技術思維、工程學思維和倫理思維等多元科學思維。

基于此，筆者在教材理論知識教學的基礎上，以教材第4章“人與環境”一節為例，結合STEAM教育理念，設計校本課程的項目式學習課程，充分開發校本生態資源，讓學生在研究實踐生態學的過程中深入體驗科學探究的過程，從根本上提升學生創新實踐和解決綜合問題的能力，彰顯“生物與環境”模塊的育人價值，切實增強學生的社會責任意識和擔當能力，有效進行生物學學科核心素養的培養。

1 設計理念

STEAM教育是一種融合科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Mathematics）等素養要素的多學科、綜合性教學模式，其核心是開展項目式學習。項目式學習強調學生在教師的引導下進行主動的探索式學習，學生通過完成真實的項目內容，解決實際問題，從而潛移默化地達到構建和深化知識體系的目的，進而培養分析和解決實際問題的能力。

2 設計思路

2.1 設計理念

美國著名教育技術理論家和教育心理學家梅里爾（M. D. Merrill）在《首要教學原理》中首次提出了項目式學習的“五星教學模式”理論，即在“聚焦解決問題”的教學宗旨下，教學應該由“激活原有知識”“展示論證新知”“嘗試應用練習”和“融會貫通掌握”不斷重復的四個階段循環圈構成，學生的學習活動需要始終貫穿這四個階段。［1］最終學生通過對多元素、跨學科知識與技能的學習，發展解決現實問題的能力。

2.2 實施思路

本項目式學習的教學設計以教材第4章“人與環境”一節為例，充分挖掘并利用校內的生物園、綠化帶、古榕院和生態魚塘等優秀生態資源的學習價值，設計高中生物學的校本課程《生態美 綠色行》。這不僅為學生提供了豐富的實踐活動，更能引導學生充分利用身邊的真實情境完成教學任務，提升解決實際問題的能力。

本項目依據STEAM教育理念，探究校本課程中對應的項目式學習環節設計，及各環節所體現的生物學學科核心素養，設計思路如表1所示。

3 實施內容

3.1 激活原有知識：生態系統的穩定性

教師創設情境：校內的生態魚塘這一人工生態系統物種豐富，其設計充分利用了生態學原理對魚池過濾后的水進行生態修復。人工生態系統通過水生動植物的吸附作用和微生物的分解能力，有效凈化水面，并為水生動植物提供長期生存與繁殖的環境，從而確保生態系統的穩定性。

學生任務：學生對生態系統的基本成分進行分類，構建微生態系統“生態缸”來模擬并觀察生態系統的穩定性原理。

學生活動：學生使用玻璃板和膠黏劑制作生態缸的框架，在底部逐層鋪墊石塊、細沙土和含腐殖質較多的土，使底部傾斜整體成坡狀。缸內倒入曝曬并除氯的自來水，栽種苔蘚、鴨拓草、黑藻等水生植物，并適量地引入蚯蚓、蝸牛、蝦、魚、烏龜等小動物，營造一個內容豐富的水下生態環境。蓋上生態缸頂蓋，置于室內通風且光線良好的位置，每天觀察記錄缸內生物的種類及數量變化并完成實驗報告。實驗期間，教師可以提出問題，引導學生進行思考（見表2）。

設計意圖：教師通過設計制作生態缸的實踐活動，讓學生切實領悟到生態系統穩定性的內涵，即生態系統具有保持或恢復自身結構與功能的能力。這種能力以生態系統內部生物群落為核心，具有一定的承載力，由此引導學生理解生態系統的自我調節能力是有一定限度的。學生在動手制作、觀察、記錄和反思的過程中，親自操作實踐、查閱文獻、對比案例，提升科學素養、工程素養和藝術素養，進而激發學生保護環境的社會責任意識。

3.2 展示論證新知：生態工程的原理

教師創設情境：通過生態缸的制作觀察實驗，學生已深刻理解生態系統的穩定性依賴于其自我調節能力，而這種調節能力與生態系統的組分息息相關。由此，想要提高人工生態系統的自我調節能力，保持其內部穩態，尤其需要注意制作時各組分的數量和比例。

教師提問：教師以學校內生態魚塘中的多種淡水魚類為例，若為了提高淡水魚類的存活率，大力增加投放除錦鯉之外的入侵物種羅非魚，會導致什么后果？外來入侵物種對當地的生態系統有哪些影響？

學生活動：學生在教師的引導下走進校園戶外第二課堂，就校內豐富的生物資源進行調查，發現包括羅非魚、三裂葉蟛蜞菊、紅花酢漿草、水葫蘆、馬纓丹等多種外來入侵物種。學生以小組的形式在校內走訪觀察并拍照記錄，同時查閱相關生物學知識，匯總調查成果，最后以紀錄片、多媒體、調查報告等多種形式進行分享、交流和討論。

設計意圖：教師通過組織分享討論，引導學生觀察并探究校內外來入侵物種的種群和分布。從實際問題出發，引導學生辯證地看待外來入侵物種對當地生物多樣性的影響，理解保護生物多樣性的措施、原理和意義。在此過程中，學生通過多種手段進行實地考察，提升科學素養、藝術素養和數學素養，深刻理解校園生物資源的生態學意義和價值，為后續學習生態工程的應用奠定基礎。

3.3 嘗試應用練習：生態工程的應用

教師創設情境：通過生態缸的制作和外來入侵物種的調查兩個實驗，學生能夠切身體會到生物多樣性對生態系統穩定性的重要意義。物種之間的相互作用及動態平衡則是生態系統保持穩定的關鍵因素。生態魚塘工程的案例，是基于生態學、工程學、數學等多學科交叉實際應用的結果。

教師提問：生態工程遵循的原理是什么？生態魚塘如何運用生態工程的原理實現生態系統的穩定性？

學生活動：學生回歸教材，溫故知新。結合校內的生態工程案例，以小組為活動單位，根據相關生態學原理，撰寫實驗論文分析生態魚塘工程的原理及應用，并提出改進措施。

教師根據學生提出的改進了措施，進一步提出以下問題（見表3）。

設計意圖：教師結合實際案例引導學生對生態學原理進行分析和討論，使學生深刻認識到生態工程需要基于工程學目的，并充分考慮當地自然、社會和經濟情況。此外，教師還應引導學生從系統的不同角度綜合考慮問題，理解跨學科理論融合的實踐價值。由于該項目環節的難度較大，教師可根據實際情況，引導學生對案例進行綜合分析并撰寫論文，進而有效提升學生的生物學學科核心素養。

3.4 融會貫通掌握：生態環境的檢測

教師創設情境：魚塘的水質對生態工程中各生物組分的生存和繁殖具有重要影響。秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）作為國際廣泛使用的模式動物，具有生理結構簡單、易于培養、生長周期短的優勢，常被應用于環境評價、毒理研究、生命科學等各個領域。

教師設置活動：教師帶領學生以秀麗隱桿線蟲作為實驗對象，通過設計科學的實驗內容和實驗操作，利用生物學檢測指標對生態魚塘的水質進行合理檢測和科學評估。

學生活動：學生從池中水體、水泥固化墻池邊水體、自然土塘池邊水體和池塘周邊的土壤四個取樣地點同時進行取樣，并將每個樣點采集的五個樣品混勻為一個大樣品。其中，每個采樣點經分離得到約1 000 g土樣和1 000 mL水樣，置于4 ℃冰箱保存。之后學生開展秀麗隱桿線蟲暴露試驗，以秀麗隱桿線蟲的半數致死天數、體長、產卵數、運動行為等數據作為檢測指標，觀察現象并記錄過程，進行統計分析，撰寫實驗報告或科學論文，綜合檢測生態魚塘不同區段水質對秀麗隱標線蟲的綜合影響，最終分享調查結果并交流討論。

設計意圖：融合STEAM教育的項目式學習，其目的是培養學生在真實情境中解決問題和創造探索的能力。該項目式學習基于生態學和工程學原理，深挖情境中的水質檢測問題，在提高學生實驗操作能力的同時，引導其關注更深層次的生物學問題，進而發展生物學學科核心素養中的科學思維和科學探究能力。

4 實踐感悟

本教學設計以學生實際生活中的真實情境為例，對其背后的生態學問題進行探究和延伸。教師通過項目式學習引導學生在真實情境的探究過程中完成教學目標，培養學生熱愛學習、熱愛生活的生命觀念。

此外，本教學設計在深挖教材內容和校本生態資源的基礎上，創新設計進階式主線的教學活動環節，通過實踐活動體現學生的課堂主體地位，彰顯“生物與環境”模塊的育人功能。學生在教學活動中，以多元化的評價方式不斷反思、進步與成長，從而逐漸實現了從責任感到責任意識的內化，最終實現責任行為的個人發展路徑，促進學生創造性思維、問題解決能力和實踐能力的發展。

參考文獻

［1］MERRIL M D.First principles of instruction［J］.Educational technology research and development，2002，50（3）：43-59.