STEAM視角下創(chuàng)新食品發(fā)酵工藝校本課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施

一、基于STEAM教育理念的校本課程

生物學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，天然具備與STEAM教育理念融合的潛力，基于真實(shí)情境的校本課程能有效激發(fā)學(xué)生的科學(xué)興趣并提升核心素養(yǎng)然而，現(xiàn)有研究多聚焦于理論探討，缺乏具體學(xué)科與STEAM深度融合實(shí)踐案例。食品發(fā)酵工藝兼具科學(xué)原理與生活應(yīng)用屬性，涉及微生物學(xué)、化學(xué)工程、數(shù)學(xué)建模及藝術(shù)設(shè)計(jì)等多領(lǐng)域知識(shí)，是STEAM教育的理想載體。本研究以此為切入點(diǎn)，結(jié)合本校的教學(xué)資源與學(xué)生特點(diǎn)，構(gòu)建了一套以創(chuàng)新食品發(fā)酵工藝為核心，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中，學(xué)生能自主合作，擬定發(fā)酵工藝課題并開展一系列的探究性發(fā)酵實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性校本課程，旨在探索STEAM理念在生物學(xué)教學(xué)中的落地策略，并為同類課程開發(fā)提供參考。

二、校本課程設(shè)計(jì)與實(shí)施

（一）校本課程的建設(shè)策略

課程的內(nèi)容編排主線如下：學(xué)生基于生活實(shí)際和真實(shí)情境確定探究主題 $$ 進(jìn)行分支課題為載體的任務(wù)驅(qū)動(dòng) $$ 師生多元課程評(píng)價(jià) $$ 反饋修正課題 $$ 對(duì)課題的進(jìn)一步探究 $$ 產(chǎn)品進(jìn)行延伸與拓展。課程的開發(fā)和整合主要參考生物學(xué)學(xué)科教材、發(fā)酵工程比賽資源、STEAM教育理念、學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)以及學(xué)習(xí)興趣。

（二）校本課程的實(shí)施

1.課程內(nèi)容。根據(jù)時(shí)間順序依次遞進(jìn)，將課程分為課題初建-評(píng)價(jià)交流-分支課題實(shí)踐-評(píng)價(jià)交流一課題進(jìn)一步探究-展示答辯環(huán)節(jié)，教學(xué)目標(biāo)指向核心素養(yǎng)。

2.實(shí)施探究。在課題初建環(huán)節(jié)，學(xué)生需組建小組，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流與分享，由此喚醒生活中的相關(guān)閱歷后才擬定課題。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的反復(fù)評(píng)價(jià)，譬如對(duì)“蜂蜜蘋果酒”課題組提出了創(chuàng)新性不夠，養(yǎng)生理念不強(qiáng)的意見；對(duì)“椰果燕麥椰肉酸奶”課題組提出成本高、所需物資繁多的建議，不斷修改最終確定如表1所示課題。

以“分支課題任務(wù)驅(qū)動(dòng)”中“紅茶菌椰果谷物酸奶及康普茶”為核心案例：教師會(huì)先講解無(wú)菌技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，某項(xiàng)發(fā)酵技術(shù)的原理，演示消毒與滅菌工作和某項(xiàng)發(fā)酵流程。課程初期，學(xué)生基于“養(yǎng)生飲品”的社會(huì)需求提出初步課題《紅茶菌復(fù)合保健飲品》，但通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)紅茶菌飲品存在創(chuàng)新性不足的問(wèn)題。結(jié)合STEAM理念，學(xué)生將課題優(yōu)化為《紅茶“君”的前世今生——紅茶菌椰果谷物酸奶及康普茶復(fù)合保健飲品發(fā)酵工藝》，并分解為四個(gè)子課題：（1）紅茶菌膜發(fā)酵：探究不同茶種（紅茶、綠茶、茉莉花茶）對(duì)菌膜生長(zhǎng)的影響；（2）椰果發(fā)酵：優(yōu)化糖量與菌液配比以提升口感與成型效率；（3）康普茶復(fù)合飲品開發(fā)：結(jié)合水果與中藥材開發(fā)功能性飲料；（4）酸奶優(yōu)化：通過(guò)糖量控制設(shè)計(jì)低糖高蛋白產(chǎn)品。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生明確了科學(xué)變量（如茶種、糖度、菌液配比）與跨學(xué)科目標(biāo)（如包裝設(shè)計(jì)與成本核算），并制定了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃表，小組利用自備的材料和學(xué)校提供的設(shè)備進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

表1小組探究課題

在分支課題實(shí)施中，學(xué)生需綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)探究方面：需設(shè)置多組自變量如茶的品種（茉莉花茶、紅茶、綠茶）、白砂糖的量、各原料的比例、水果種類，通過(guò)對(duì)比不同茶種發(fā)酵紅茶菌的菌膜，發(fā)現(xiàn)紅茶菌液酸度最高（ pH=2.8 ），而綠茶菌膜厚度達(dá) 4mm （滿分為5分），綜合酸度、厚度、椰果成型周期、成型硬度、香度、口感評(píng)分等，最終選擇紅茶作為二次發(fā)酵菌種，并進(jìn)階用不同的水果發(fā)酵氣泡康普茶。

工程優(yōu)化方面，例如在酸奶發(fā)酵時(shí)，以白砂糖的量作為自變量，酸奶的組織狀態(tài)、乳清析出狀況、口感以及風(fēng)味等方面作為因變量，利用數(shù)學(xué)建模分析椰果成型周期與糖量的關(guān)系，確定最佳糖量為40g ，并結(jié)合無(wú)菌操作技術(shù)降低污染風(fēng)險(xiǎn)至 5% 以下。

藝術(shù)設(shè)計(jì)方面：以“自然養(yǎng)生”為主題，結(jié)合課題親自設(shè)計(jì)產(chǎn)品logo和設(shè)計(jì)分層包裝。其中菌膜代表運(yùn)用紅茶菌膜進(jìn)行發(fā)酵椰果，椰子代表用新鮮椰子水進(jìn)行發(fā)酵。卡通奶牛是用新鮮牛奶進(jìn)行的酸奶發(fā)酵，方塊代表主打的創(chuàng)新產(chǎn)品椰果。為降低包裝成本與方便消費(fèi)者使用，學(xué)生利用網(wǎng)上交易平臺(tái)購(gòu)得的帶蓋子塑料杯進(jìn)行包裝。該塑料杯包裝有短期內(nèi)具有良好氣密性與保濕性的優(yōu)點(diǎn)，可在短期內(nèi)有效防止酸奶變質(zhì)。使用固體液體分離的酸奶塑料瓶子，即可使堅(jiān)果不受潮，也可隨心搭配多種吃法。設(shè)計(jì)包裝是將椰果、谷物和酸奶分開。香脆的谷物、香醇的椰果和絲滑的酸奶可以分開品嘗，也可以將谷物放入酸奶中一同品嘗，在谷物和酸奶之間留有一定空隙存放折疊勺子。

3.多維度評(píng)價(jià)與反饋修正。課程中多次入“師生-同伴-社會(huì)”多元評(píng)價(jià)機(jī)制。課題初建時(shí)，小組需匯報(bào)擬定課題，包括課題的背景與原理/優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)、材料與用具、擬定步驟、擬定檢測(cè)方法、擬定效果等，通過(guò)生生互評(píng)和教師建議后方能確定課題和進(jìn)一步探究，以保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的可操作性和嚴(yán)謹(jǐn)性。在中期匯報(bào)的過(guò)程中，我們不僅僅關(guān)注于課題本身的匯報(bào)，還特別設(shè)計(jì)了小組間的互動(dòng)環(huán)節(jié)，即相互試吃。通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生們可以從產(chǎn)品的色澤、香氣以及味道等多個(gè)感性角度對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。例如，在對(duì)“康普茶復(fù)合飲品”進(jìn)行試吃評(píng)價(jià)時(shí)，小組成員們普遍反映葡萄皮帶來(lái)的澀味影響了口感評(píng)分，導(dǎo)致初始評(píng)分并不理想。然而，通過(guò)細(xì)致的調(diào)整水果配比，小組成員們成功地改善了飲品的口感，使得最終的滿意度評(píng)分得以提升至4.2分（滿分為5分）。這一過(guò)程不僅極大地激發(fā)了學(xué)生們對(duì)探究活動(dòng)的熱情和學(xué)習(xí)的興趣，而且也讓他們深刻理解到實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程必須緊密結(jié)合實(shí)際操作和市場(chǎng)反饋，從而培養(yǎng)了他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。終期答辯環(huán)節(jié)，學(xué)生需模擬市場(chǎng)路演，由本地食品廠技術(shù)員從“科學(xué)性”“商業(yè)價(jià)值”等維度評(píng)分。例如，酸奶發(fā)酵課題通過(guò)優(yōu)化糖量，開發(fā)出低糖高蛋白產(chǎn)品，其包裝設(shè)計(jì)因?qū)嵱眯耘c環(huán)保性獲得企業(yè)高度認(rèn)可。

4.延伸拓展。綜合探究課題的創(chuàng)新程度、實(shí)施方案的完整度、學(xué)生的參與度等方面，最終會(huì)評(píng)選出特等獎(jiǎng)和一等獎(jiǎng)作品，并將特等獎(jiǎng)作品代表學(xué)校投送參加廣州市發(fā)酵技術(shù)創(chuàng)新比賽。此外，校本課程還拓展至學(xué)校的跳蚤市場(chǎng)，不少同學(xué)利用發(fā)酵產(chǎn)品進(jìn)行銷售，通過(guò)微信朋友圈、現(xiàn)場(chǎng)宣傳海報(bào)以及親自銷售，產(chǎn)品很快便售罄并且大獲好評(píng)，由此獲得了不低的利潤(rùn)。

三、校本課程實(shí)施效果

（一）實(shí)驗(yàn)態(tài)度與實(shí)驗(yàn)技能的影響

《生物學(xué)習(xí)態(tài)度與實(shí)驗(yàn)技能量表》包括實(shí)驗(yàn)興趣、態(tài)度兩個(gè)維度，其中的態(tài)度又包括了實(shí)驗(yàn)技能。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，由獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)結(jié)果可見學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度和技能有顯著提高。

（二）對(duì)生物實(shí)驗(yàn)探究能力的影響

實(shí)驗(yàn)探究技能問(wèn)卷包括進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的一般思路，據(jù)實(shí)驗(yàn)探究能力測(cè)量統(tǒng)計(jì)，可得出在制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果得出結(jié)論和實(shí)驗(yàn)反思與討論維度上存在明顯差異。雖然提出問(wèn)題、作出假設(shè)沒有顯著差異，但其平均分均比前測(cè)高，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)探究能力上總體而言是有所提高的。

（三）對(duì)合作意識(shí)的影響

同樣由合作意識(shí)測(cè)量統(tǒng)計(jì)可得，合作意識(shí)與能力總體有所提高，體現(xiàn)了課程中的同伴互助，師生互動(dòng)，這也是合作學(xué)習(xí)的內(nèi)涵。

研究結(jié)果表明，校本課程在一定程度上極大地提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力和相關(guān)的情感心向，為STEAM教育的落地和校本課程的結(jié)合提供新思路。盡管課程取得顯著成效，仍存在以下挑戰(zhàn)：部分高端實(shí)驗(yàn)設(shè)備（如恒溫發(fā)酵箱）的短缺影響了數(shù)據(jù)精度；同伴互評(píng)中存在“人情分”現(xiàn)象；部分小組因課業(yè)壓力縮短了發(fā)酵周期等問(wèn)題。

《STEAM視角下創(chuàng)新食品發(fā)酵工藝》校本課程以STEAM理念為核心，通過(guò)真實(shí)情境與多輪迭代深度融入生物學(xué)教學(xué)。課程以具有探究性和自主性的課題任務(wù)引導(dǎo)，在對(duì)食品發(fā)酵工藝的分析、探究、實(shí)踐中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。探究性發(fā)酵主題貫穿了整個(gè)校本教研，學(xué)生在活動(dòng)過(guò)程中形成多樣化的物化成果，輔助以多元評(píng)價(jià)。學(xué)生在“探究一反饋一優(yōu)化”的循環(huán)中，不僅掌握了跨學(xué)科知識(shí)，更培養(yǎng)了解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合素養(yǎng)。未來(lái)研究可進(jìn)一步探索智能化工具（如AI輔助發(fā)酵控制）的應(yīng)用，以提升課程的創(chuàng)新性與普適性。

責(zé)任編輯 邱麗