运用STEAM教育，发展生物学核心素养

顾涛　胡媛　孙磊

摘要：本文以“提取桂花精油并制作手工香皂”为例，从生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四个维度出发，探讨如何运用STEAM教育发展学生的生物学核心素养，以期为更多的案例研究提供参考。

关键词：STEAM教育生物学核心素养实践活动

STEAM教育与生物学核心素养培養是现今两大热点教育话题，两者在教育理念上都强调“育人本位”，旨在培养全面发展的人，因此两者对接可以更好地促进STEAM教育与本土资源融合以及学科核心素养的落实。

本文以人教版高中生物选修一“植物芳香油的提取”内容进行活动设计，以E（工程学）为主线，将S（科学）、T（技术）、A（艺术）和M（数学）有效地结合起来，探讨如何运用STEAM教育发展学生的生物学核心素养。

教材中只是涉及“植物芳香油的提取”，本课程还开发了“设计香皂模具及外包装”“制作手工精油香皂”“组织大型校园义卖”等内容，将提取到的精油封存于香皂之中，既解决了芳香油挥发且不易保存的问题，又拓展了实验内容，而“组织大型义卖活动”，则把课堂延伸到社会生活中，实现了“课堂教学”与“社会实践”的有机结合。

一、理论教学，形成生命观念

（一）活动引入，理论学习

生命观念是解释生命现象和探讨生命本质的基石，结构与功能观、生物进化观等是生命观念的重要组成成分。

课堂上，先用台湾美学大师蒋勋的实验引入，用布把一位孩子的眼睛蒙上，让他用嗅觉判断哪朵花是淡雅的月桂，浓烈的玫瑰，甜美的茉莉……这个实验告诉我们，每种花的香味都不一样，人也是如此，每个人都是独一无二，别人无法取代才是你成功的条件。

再结合课程内容，教师讲解植物精油的来源和提取方法，学生展示课前查找的资料，了解到植物精油是植物体自身的次级代谢产物，主要成分包括萜类化合物及其衍生物;植物精油可以吸引昆虫传粉，利于植物的繁殖;同时对很多昆虫卵、幼虫和成虫具有杀伤作用，在植物和昆虫的协同进化中起到重要作用。

学生通过理论学习和资料分析，了解植物精油的结构和功能，体会精油是在生物长期进化中形成，树立结构与功能观、生物进化观等生命观念。

（二）STEAM理念下的课程教学目标

科学：植物精油提取方法、皂化反应原理、无水硫酸钠吸水等。

数学：香皂体积、密度计算、精油出油率、义卖营业额，盈利率等计算。

技术：精油提取技术、3D打印技术、精油提取器等仪器操作。

工程：提取桂花精油并制作手工香皂工程设计方案。

艺术：纸质外包装、香皂模具、义卖海报、平面广告等设计;拍摄10分钟宣传片《附中香诞生记》。

二、模型设计，发展科学思维

“科学思维”是能对事物或问题进行观察、比较、分析、综合、抽象与概括的思维方式，建构模型是其中一种重要的科学思维。

学生就香皂模具的制作方法、材质选择等问题展开激烈的讨论。3D打印技术可充分实现个人创意，满足定制化需求;模具材质选择上，学生通过对比实验在TPU、硅胶、PLA中，最终选择硅胶，它热稳定性好、机械强度高，质地柔软，易于同香皂剥离;同时设计香皂平面图和3D打印稿（图1），最终借助3D打印技术制作模具（图2），充分发展了建构模型的科学思维。

图1精油香皂平面设计图、3D打印稿

图2模具成品、香皂成品

三、借助PBL，提升科学探究

基于项目的学习（ProjectBased Learning）简PBL，STEAM是一种PBL的探究学习方式，借助工程学思想提升项目质量，学生用他们在科学、技术、艺术、数学各个领域的知识来解决真实世界中的实际问题，要求学生动手动脑，通过小组合作、教师协作，以某个具体项目为驱动，并且最终一定要有产品。本课题以“提取植物精油，并制作香皂”这个项目作为驱动。相对于普通的探究学习，STEAM教育中的科学探究更强调学科融合、工程设计、产品呈现。

运用STEAM教育，发展生物学核心素养2022年1月中第2期（总第102期）（一）实验准备阶段

1.班级分工

将班级分为三组（表1），明确分工，各司其职，培养合作精神。

表1STEAM课程班级分工

精油提取组香皂制作组宣传设计组1.尝试使用三种方法提取不同植物精油

2.从成本、出油率、原料来源等多方面比较

3.确定提取哪种植物精油，并大量提取

4.同“香皂制作组”一起确定香皂配方1.设计并比较多种香皂模具设计方案，从成本、美学、校园文化等多方面比较，确定香皂模具方案

2.完善皂化反应步骤，完成预实验，尝试添加不同成分及比例

3.确定香皂配方，并大量制作手工香皂1.以前两组数据为依据，设计产品外包装

2.制作义卖海报

3.拍摄20张平面广告

4.拍摄10分钟广告片《附中香诞生记》

5.校园网活动连载报道

6.组织义卖活动2.头脑风暴

学生开展头脑风暴活动，共同设计初步实验方案、香皂造型、香皂外包装（图3），规划后续宣传活动。

图3香皂外包装平面展开设计图

（二）预实验阶段

开展多次预实验，尝试用多种植物材料（玫瑰花、桂花、薄荷叶、橘子皮等）、多种提取方法提取植物精油。

在预实验结束之后，小组讨论哪种植物精油出油率高、哪种方法更加可行;并评估精油纯度是否达标、如何优化香皂制作步骤。在多方面分析、比较各种精油优缺点之后，最终确定采用蒸馏法提取材料易得、成本较低、操作较易、出油率高的桂花精油，敲定工程设计方案（图4）。

图4“提取桂花精油制作手工香皂”工程设计方案

（三）正式实验阶段

学生按照方案，首先在校园里采摘桂花，将桂花分拣之后提取植物精油;再制作皂基，将其溶解之后添加桂花精油等成分，注入模具冷凝成型。最后完成产品制作（图5）。

图5桂花精油香皂成品

正式实验环节对于同学们的要求较高，不但要完成基础实验，还需要提取大量精油制作香皂，在此过程中进一步锻炼了同学们的实践动手能力。

四、紧贴生活，履行社会责任

生物学核心素养中的社会责任包括结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活中的相关问题。STEAM教育可围绕社会议题展开调查研究，取材生活，基于生物学知识，培养同学们的社会责任感。

本课题中，桂花取自学校花木，产品设计为学校校徽，组织义卖、拍摄平面广告和视频宣传片等活动，无不取材生活、联系生活、改变生活。学生将一半义卖款项用于资助本校贫困学子，能够帮助同学们树立正确的人生观，用自己的努力为社会贡献力量，更加凸显了本课题的社会责任感。

综上所述，本课题依托于STEAM教育理念，通过理论学习，帮助同学们更好地树立生命观念;同时，3D打印技术帮助同学们培养模型与建模的科学思维;在实验的探究过程中，提高了学生们的科学探究能力;最后，与生活紧密相关的选题、宣传、义卖、资助等活动帮助同学们更好地履行社会责任。在新课改背景下，将STEAM教育与生物学教学紧密结合，能够更好地促进生物学核心素养落实于课堂之中。

目前我国STEAM教育尚在起步阶段，还需要尽快建立课程标准、课程评讲体系，培养STEAM教育师资，努力构建具有中国特色的STEAM课程体系。

参考文献：

＼[1＼]胡家会，李妹芳.构建中学生物学层面生命观念的核心内涵＼[J＼].基础教育研究，2018（3）：4649.

＼[2＼]张洁莹.在科学教学中培养学生的理性思维＼[J＼].小学科学（教师版），2018（3）：183.

＼[3＼]罗伯特·M.卡普拉罗，玛丽·玛格丽特·卡普拉罗，詹姆斯·R.摩根.基于项目的STEM学习＼[M＼].上海：上海科技教育出版社，2017.

责任编辑：黄大灿