STEAM理念下的高中《微生物食品发酵》校本课程的开发与研究*

吕秀贤 张 松** 丘小红

（1 华南师范大学生命科学学院 广东广州 510631 2 广东实验中学 广东广州 510375）

21世纪初，随着STEM 教育在基础教育的推广，跨学科学习受到了极大的关注。STEAM 教育是在STEM 的基础上融入艺术（art）的元素，实现了艺术与科学、技术、工程、数学的深度融合［1］，有利于问题解决能力的培养［2］。

STEAM 教育的教学方式与课堂形式多样，旨在培养学生的实践能力和创造能力。目前开发的STEAM 课程大多对实验条件要求较高，且与生物学相关的案例开发较少。为了更好地将STEAM 理念融合到高中生物学的实验教学中，本研究开发了STEAM 理念下的《微生物食品发酵》校本课程，探索在高中校本课程中融入STEAM 理念的可行途径。

1 研究方法及设计

1.1 研究方法 前期调查采用自编的《校本课程环境分析调查问卷》。检测学生科学探究能力变化采用了《高中学生生物学习中科学探究能力调查问卷》［3］，其信度为0.74、效度为0.73；检测学生学习兴趣变化采用了《中学生生物学习兴趣调查表》［4］，其信度为0.87、效度为0.71。前、后测试使用同一份问卷。在2018年3—7月期间，对选修校本课程的24 名高一学生进行为期1 学期的校本课程教学，教学过程如图1所示。

图1 《微生物食品发酵》课程教学过程流程图

1.2 研究设计 本课程以STEAM 作为理念指导，以校本课程选修的形式开展教学，共分为4 个实验模块，分别是“如何腌制泡菜食用最为健康”“果酒酿制的那些事”“酸奶的制作”和“创意馒头的研制”，共16 课时，学生需自行确定探究问题、制定实验方案进行探究并设计产品的包装和销售方案。

以“果酒酿制的那些事”为例，教师在讲授基础知识后，学生小组合作进行查阅资料与撰写实验方案，在教师指导下进行方案的修正与实施。教师适时引导学生思考如何设计果酒产品的包装与推广方案。在此过程中，以STEAM 为目标进行教学，具体教学目标见表1。

表1 “果酒酿制的那些事”专题的教学目标分解

在课程实施中，要求学生运用科学知识理解实验的基本原理与思考改良措施。在产品制作中运用到技术与工程的知识，例如，技术知识包括实验仪器的技术原理、无菌操作技术、接种技术、发酵操作技术、产物分析技术等；工程知识包括产品的生成、发酵规模的扩大和制作工艺的改良等。在实验数据的整合中应用数学的知识，例如，用数学模型描述发酵过程、呈现实验数据，探究实验材料用量、微生物接种时间、接种量和发酵时间等因素对产品的影响。在产品的包装设计体现艺术知识，此外产品本身也具有艺术性，例如，粉红的葡萄酒、洁白的酸奶及加入了不同颜色蔬菜粉制作的颜色和形状各异的馒头等。

实验成果的展示可采用多种方式，例如PPT汇报、实验报告和实验展板等。学生以合作学习、实验探究和自主学习方式进行学习，课程评价采用课堂表现、自评、同伴评分、探究实验报告和活动成果等多种方式进行，实现了多元化的学习和评价。图2是在“酸奶的制作”实验模块中学生设计的酸奶包装，图3为“创意馒头的研制”实验模块的实验展板。

图2 学生设计的酸奶包装

图3 “创意馒头的研制”实验展板

2 结果与分析

2.1 《微生物食品发酵》校本课程的环境分析调查结果 对该中学高一的学生进行随机抽样调查，结果表明，学生对生物学课程的学习兴趣较高，喜爱《微生物食品发酵》课程。学生在探究性学习方面有一定的基础，并且参与意愿较高，结果见表2。

表2 《微生物食品发酵》校本课程的环境分析部分调查结果

在教学方式的选择上，学生偏向于教学方式多样化。本门课程采用了学生喜爱的合作学习、实验探究和自主学习3 种教学方式，有利于激发学生的学习兴趣，结果见图4。

图4 “微生物食品发酵”课程教学形式选择

2.2 《微生物食品发酵》课程的校本教材编写 教材共分为5 个章节，分别是：发酵食品常见微生物、泡菜、酸奶、馒头和果酒，通过介绍发酵食品中2 种常见的微生物酵母菌和乳酸菌，以及泡菜、葡萄酒、酸奶和馒头4 种发酵食品的制作过程，将理论与实践相结合，注重基础知识的实践与应用。

2.3 《微生物食品发酵》课程对学生学习兴趣的影响 《中学生生物学习兴趣调查表》的调查结果如表3所示，可看出，经过1 个学期的教学实践之后，学生的学习兴趣水平有了显著的提高，这说明选修《微生物食品发酵》校本课程有助于提高学生的学习兴趣。

表3 《微生物食品发酵》课程对学生学习兴趣的影响

2.4 《微生物食品发酵》课程对学生科学探究能力的影响 课程开始和结束时均调查了学生的科学探究能力，《高中学生生物学习中科学探究能力调查问卷》对科学探究能力的八大要素进行检测，包括提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价及表达交流等方面。问卷中有问及是否“会在开始探究活动之前查阅一些相关资料”“可以根据实验目的制订较为合理的实验步骤”“会把观察变量的方法体现在实验计划当中”“通过对实验的反思,提出改进意见,使得实验的效果更好”“常常在与同小组同学的讨论过程中找到解决问题的方法”等问题，其前测和后测结果均有较大差异。

问卷调查结果如表4所示，可看出，前测和后测的科学探究能力具有极显著性差异，这说明选修《微生物食品发酵》校本课程有助于提高学生的科学探究能力。

表4 《微生物食品发酵》课程对学生科学探究能力的影响

刘恩山等［5］提出科学的本质是定量化、观察与实验及在探究过程积累知识等。科学是一个知识体系，需要一定的探究方法并且与社会和技术相互作用。在STEAM 校本课程中，学生需根据实际遇到的问题和收集到的数据，进行观察与思考，并搜寻相关科学资料以不断修正实验方案，在此过程中学生理解了科学需要不断探究与验证，科学知识与个人创造的结合有利于更好地解决问题。在每一实验模块结束后，学生会对自己的表现进行自评，在4 个实验模块结束后，有87.50%学生认为自己能依据科学知识和其他同伴一起制定实验计划，83.33%学生认为自己可通过查阅资料、提出修改意见等途径完善小组的实验方案，对比第1 个实验模块结束时所收集到的学生人数百分比分别提高了29.17%和29.16%。可看出，学生对科学本质的理解和掌握有了一定的提升。

3 讨论

3.1 学生跨学科意识的培养 STEAM 教育的核心是跨学科融合［6］，将科学、数学、工程、艺术和技术知识有机地整合以解决实际问题［7］。在课程实施过程中，教师所创设的问题情境是基于多学科的背景提出的，要求学生运用科学知识理解实验原理与思考改良措施，在产品制作中运用技术与工程的知识，在实验数据的整合中应用数学的知识，在产品的包装设计中运用艺术知识。学生在多学科知识的运用中不断培养、重塑自身的知识架构，从而形成了跨学科意识。

3.2 学生的科学探究能力和学习兴趣的培养采用探究性的学习方式，教师在讲授完基础知识后抛出探究的问题，学生需自行设计实验方案，探究不同的解决方案。从产品制作工艺的改良探究到产品的包装与销售，均由学生自主完成，学生的科学探究能力得到了提高。

本研究创设了富有驱动性的问题情境，激发了学生的学习动机。本门课程中的果酒、泡菜、酸奶和馒头的制作4 个实验与生活密切相关，实验操作简单易行，学生体会到了成就感，有利于学习兴趣的提高。

3.3 STEAM 教育的普及 教学硬件条件和课程资源是我国STEAM 课程普及的两大绊脚石［8］。目前的STEAM 教育实验设备和成本要求较高，难以大范围推广。《微生物食品发酵》课程所需的实验材料和实验设备大部分中学均能提供，具有教学硬件和课程资源的普适性，有利于课程的推广。此外，将STEAM 教育和核心素养中科学探究能力的培养相对接［9］，加快了STEAM 教育的“本土化”进程，促进STEAM 教育在我国基础教育的普及。

4 结语

本研究面向高一学生开发了《微生物食品发酵》校本课程并编写了校本教材，教学实践表明，在高中校本课程中融入STEAM 理念是一条有效可行的探索途径。以科学、技术、工程、艺术和数学的知识目标为指导，学生通过跨学科的知识运用解决真实情境的问题，充分发挥了校本课程教学与STEAM 教育结合的优势。这激发了学生的学习兴趣，提高了学生的科学探究能力，为校本课程的开发及STEAM 教育的普及提供了新思路。