立足于学生核心素养发展的STEAM课程

王莉

摘要：结合教学实践，探讨如何在STEAM课堂教学中，发展学生的生物学学科核心素养的策略，最终达成促进学生核心素养形成与发展的教育愿景。

关键词：STEAM教育 核心素养 生物学学科核心素养 科学思维 项目式学习

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

1STEAM课程特点的简介

STEAM教育理念来源于提倡科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathemat.ics）的STEM教育，并加入了艺术（Arts），从而变得更加全面。STEAM教育并不是将这五门学科教育简单的叠加，而是有机整合各个学科内容，给学生创设自由探索、自主思考的学习情境，使学生体验用科学思维、科学方法解决问题的过程，提升学生的创新精神与实践能力，培养学生的核心素养，从而提升学生的核心竞争力。

STEAM教育通常采用项目式学习（PBL），创设了基于真实生活的学习情境，注重学习的过程，促进学生在合作中不断地尝试和探索，利用批判性思维等科学思维在交往与合作中解决问题。这种學习过程包含如下环节：体验——反思——分享——整合——运用。近几年，我国许多中小学都开始在学校课程中探索和实施STEAM课程，并进行本土化的实践和研究。下面以“植物中有抑菌或杀菌成分吗？”为例，探讨在STEAM课程中如何培养学生的核心素养。

2STEAM课程案例——植物中有抑菌或杀菌成分吗

2.1课程的设计

项目式学习以解决具有现实意义的问题为目的导向，以学生为中心，通过提出问题、规划方案、解决问题、评价反思等环节，提高学生解决问题的能力。因此，“植物中有抑菌或杀菌成分吗？”的开展采用项目式学习的方式，以认识校园植物、寻找可能含有抑菌杀菌成分植物为起点，逐步引出需要解决的问题——如何提取植物中的抑菌或杀菌成分？如何验证这些成分具有抑菌或杀菌功能？如果提取出具有抑菌或杀菌功能的成分，如何将它应用到生活中去？最后，学生以课程小报的形式进行交流、分享和展示。课程方案的设计充分联系生活实际，引导学生发现问题，解决问题，通过一系列的探究活动和跨学科知识的整合，拓展学生的思维，锻炼学生的能力。

2.2学习对象与课时

初一、初二学生，约5-6课时。

2.3课程目标

（1）寻找植物中的抑菌或杀菌成分，以事实为证据，通过逻辑推理寻找因果关系，去解释相关实验现象，培养科学思维和科学精神。

（2）提取植物中的抑菌或杀菌成分，验证提取物的杀菌效果，培养实验操作技术能力。

（3）从工程学角度，设计利用植物提取物制作手工精油皂的方案，并实施。

（4）通过设计小报汇报、手工皂的造型和包装，培养艺术素养。

（5）通过收集数据和实验数据分析等，培养数学分析和应用的能力。

2.4课程的实施

2.4.1识遍校园植物

每一所校园中都有很多植物，这些植物组成了学校的绿化生态。所以，课程的第一课时从联系学生的日常生活，从校园出发，将内容设定为识遍校园植物，探寻含有抑菌杀菌成分的植物。活动过程：①学生分组;②带上事先查阅好的资料、相机或手机、笔记本等记录工具，在校园中收集植物信息;③根据收集到的信息，确定植物名称，判断是否可能含有抑菌或杀菌成分;④汇总全班收集的信息，确定了选择夹竹桃、八角金盘、大蒜、香樟、枇杷5种植物为实验材料。

调查认识校园植物种类的活动不仅要求学生能综合运用植物分类学知识，还要求学生能理解生物的各种变异现象。在此学习活动中，学生可以使用智能手机上的相关APP，帮助确定植物名称。在这个活动中，学生不仅确定了进一步探究的植物，还认识了校园中的很多植物。

2.4.2提取植物精油

确定了要进一步探究的5种植物后，教师引导学生提出问题：抑菌或杀菌成分的化学本质是什么，可能存在于植物的什么结构中？如何提取出来？通过查阅资料，学生了解到，生活中常见的玫瑰精油具有抗菌、抗痉挛净化、镇静等功效。因此，学生推测：从植物中提取到的植物芳香油可能有抑菌或杀菌成分。

植物芳香油就是植物精油，是植物体的特殊器官油腺和腺毛的分泌物，是植物体内的次生代谢物。植物精油是一种复杂的混合物，一般是将草本植物的花、叶、根、树皮、果实、种子、树脂等以蒸馏、压榨方式提炼出来的，现已经被广泛应用于医疗保健、食品工业和日化产品等领域中。本课程采用蒸馏法，利用植物的叶片提取精油。实验步骤：①学生分组，分成5组;②各组分别准备上述5种植物中的一种植物叶各100 g，洗净，剪成小片;③各组组装蒸馏装置;④各组量取蒸馏水200 mL，倒入蒸馏瓶中;⑤各组将植物叶片放入蒸馏瓶中;⑥点燃酒精灯开始蒸馏;⑦收集精油;⑧从颜色、气味等方面评价所提取的精油，计算出油率（出油率=芳香油质量/原料质量）。

但是，在实践中由于实验室设备有限，提取到的大多是水油混合物，植物精油的量较少。教师引导学生思考：针对现有的器材，可以如何改进实验，提纯精油？如何增加精油的出油率？在工业化生产上，厂家是如何大规模生产精油的？学生查阅资料，小组讨论后得出：通过蒸馏法得到的混合物还需要提纯才能得到浓度较高的精油。可采用盐析法，在混合液种加入NaCl溶液，并逐渐增加溶液浓度。待混合液出现分层现象后，利用分液漏斗分离油层。分离出的油层还含有一定水分，可在其中加入固体的Na2SO4，静置一夜后，过滤，即可得到纯度较高的精油。工业化生产精油通常采用向蒸煮罐中通入蒸汽加压蒸煮，并且在蒸馏过程中利用搅拌器不停搅拌，以增加出油率。

2.4.3探究植物精油的抑菌或杀菌功能

学生提出问题：如何证明这些精油具有抑菌或杀菌功能呢？提取出足够数量的5种植物精油后，各小组通过查阅资料，积极讨论，发现植物精油一般具有广谱抑菌功能，决定采用微生物培养的方式。设计了探究实验的方案如下：①配置培养基：配置6组牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，每组培养基配置多个，做好标记。②制备土壤浸出液：在100 g新鲜土壤中加入100 mL清水，搅拌均匀后过滤。③制备含有植物精油的滤纸小圆片：采用滤纸片法研究抑菌圈，将滤纸片剪成数片直径为6 mm的小圆片，分别放入5种植物精油和无菌水中浸泡片刻。④接种：在无菌条件下，向固体培养基平板内注入土壤浸出液100uL，用平板涂布法，使用涂布棒涂抹均匀。将含有精油的滤纸片平展放入培养皿中。在对照组中放入含有无菌水的滤纸片。⑤将接种后的培养皿，放入恒温箱中，设定温度30℃，培养24 h后取出。⑥观察实验现象。

加入了5种植物精油的培养基上均出现了抑菌圈，這说明所提取的植物精油都具有一定的杀菌或抑菌效果。教师引导学生分析：为什么培养细菌用土壤浸出液？产生抑菌圈的原理是什么？学生讨论后发现，由于受实验室提取精油的纯度限制，最终的实验结果只能定性地说明这些植物精油具有抑菌或杀菌的功能，但是无法确定抑菌或杀菌的强弱。

2.4.4制作植物抑菌手工皂

通过探究植物的抑菌或杀菌功能，学生联系自己的生活，思考：如何将这些精油抑菌或杀菌的功能运用到实际生活中呢？各小组讨论并查找相关资料，最后决定以植物精油手工皂的方式，展示STEAM课程的成果产品。活动过程：①水浴加热皂基，使其溶化;②加入制备好的植物精油;③还可以根据意愿加入颜料;④倒入喜欢的模具中;⑤冷却凝固，脱模，包装好。有的学生还在制作时加入植物花瓣或水果切片之后，使香皂成品变得玲珑精致。一块小小的香皂在学生手上仿佛成了一件件美丽的艺术品。另外，学生筹划着在学校的爱心义卖会上，将亲手制作的精油手工皂作为义卖品。

2.4.5制作课程小报展示交流

各小组将此次课程制作成课程小报，班级内交流分享，分享课程流程，分享成功，也分享失败。

2.5课程评价

教师在评价时应遵循方向性与发展性原则，注重学生的发展性和过程性评价，促进学生提高核心素养。教师采用表现性评价和交流式评价。表现性评价的内容包括科学实验、实验操作、口头表达，以及使用STEAM知识解决生活中的实际问题等;交流式评价的内容包括课堂问答、面谈、课堂讨论、小报制作等。每次课前，教师反馈上次课程的评价结果，以便各位学生及时调整。

3实践反思

为培养“全面发展的人”，国家提出了学生发展的核心素养（图1）。STEAM课程通过基于项目的实践活动，联系学生的生活，融合贯通各学科内容，使学生认识风土人情、特色生物、科技发展、文化艺术，培养学生的创新意识、批判性思维、科学探究、审美观念、艺术修养，循序渐进地发展学生的核心素养。

3.1整合跨学科知识，促进学生在实践中建构认知

本课程的设计融合了生物、化学、信息、数学、艺术等各学科的知识，充分利用学生生活中随手可得的内容作为真实的情境素材，进行设计项目式活动，以核心问题为导向，促进学生建构学科核心概念和跨学科核心概念。

本课程的核心问题是：植物中含有抑菌或杀菌成分吗？在此问题的引领下，教师引导学生在校园中寻找探究的实验材料。学生首先需要运用生物学分类知识辨认植物，然后再收集植物的特点，确定用来提取植物精油的材料。在提取植物精油、用精油影响培养的微生物、制作手工皂环节，学生需要运用化学知识和物理知识，考虑技术性和工程性，如怎样获得纯度较高的植物精油，如何获得制作完善的手工皂等。为了获得精美的手工皂，制作图文并茂的课程小报，学生需要从艺术性出发，并运用信息技术等手段，对实践成果进行更好地展示。

3.2以学生为主体，促进学生的实践参与和合作交流，使学生学会学习

STEAM课程要求以学生为主体，让学生自己动手完成他们感兴趣并和生活相关的项目。在此课程中，教师将课程内容分解成几个小项目，引导学生针对自己校园中见到的植物，提出明确、有价值的问题。学生通过交流与合作，设计并实施恰当可行的方案，运用各学科的科学原理，解决问题。学生从辨认植物开始，到最终制作出含有精油的手工皂，从浅层学习走向深入学习，从建构自己的知识体系与发展能力发展到创新地运用知识和技能自制产品，使学生养成主动学习的意识，培养了学生解决问题的能力。在这个过程中，学生通过交流与合作，在与自然现象、教师及其他学习者等周围环境因素的互动中，不断改进自己的实践过程，学会学习，开始注重学习与日常生活的联系，注重学习的过程。

3.3促进学生在真实问题解决中培养科学思维，形成知识、发展能力

贴近学生生活、内容丰富的课程才可以激发学生的学习兴趣。教学脱离了学生的生活，会使学习与生活割裂开，使学生的学习陷入程式化过程，无法激发学生的学习主动性，更无法促进学生将知识和技能的迁移运用于解决问题中。STEAM课程有机整合各个学科的内容，创设联系学生生活的学习情境，指引学生探索生活中的未知。学生经历解决真实问题的过程，独立思考，多角度辩证地分析问题，用于尝试和改进，逐步建构知识和发展各项能力。

以本课程为例，从课程的由来到每个小项目的形成实施，都需要学生以事实为证据，通过逻辑推理寻找因果关系，去解释相关实验现象。学生运用科学思维的方法探讨问题，审视或论证的过程，实现了深度学习。在探究植物精油的抑菌或杀菌功能的活动中，学生开始设计在培养基中加入所提取出的植物精油，没有达到预期的实验效果，各个培养基上都长了很多菌落。学生重新思考，认为添加精油的含量不够，因此在配置培养基时增加精油的含量，也并没有达到预期的效果。各小组进行讨论，决定采取先培养细菌、再用精油影响的方案。再整个探究过程中，学生主动探索，发现问题，开拓思维去解决问题，提升了归纳与概括、演绎与推理及批判性思维等科学思维能力水平。

3.4促进学生进行实践创新，培养社会责任

本课程的开发和实施基于实践创新，精选课程内容，使课程内容结构化和生活化，不仅注重用数学认识自然，还注重用艺术美化万物，培养学生的审美情趣，更关注提高学生的合作交往能力。课程的产品——手工皂还可以被学生作学校义卖活动的物品，增加了学生的自豪感，提高了学生进行公益活动的积极性。在整个课程的实施过程中，学生通过亲身经历，理解了科学创新素养的重要性，逐渐树立了“用科技创新改进生活和生产”的理念。