STEAM教育理念下小学科学实验课程设计

王纪 赵钰婷

摘   要：小学科学实验课程是为了培养学生对自然的好奇心，使学生能够利用科学方法和科学知识解决简单的实际问题。将STEAM教育理念作为小学科学实验课的切入点，对小学科学课堂教学模式进行创新，并通过“叶脉书签制作”，详细阐述了利用STEAM教育理念进行小学科学实验课程教学创新设计。

关键词：小学科学;STEAM教育理念;案例设计;教学模式

中图分类号：G623    文献标识码：A    文章编号：1009-010X（2022）16-0061-04

小学科学實验STEAM课程设计，是将科学、技术、工程、艺术、数学融入教学实践，从而创新小学科学实验教学形式。本文结合实际教学案例，探讨如何利用STEAM教育理念对小学科学实验课程进行教学创新设计。在课程设计中引入STEAM理念有以下意义：（1）培养学生科学素养，提高学生分析问题和解决问题的能力。（2）发展学生团队合作与交流表达能力。（3）培养学生的艺术素养。（4）有利于小学科学课标提出的探究式学习、保护学生的好奇心和求知欲、突出学生的主体地位等课程基本理念的实现。

一、课程目标

（一）知识与技能目标

了解叶片的结构和叶脉书签制作的原理;学会选择合适的工具和材料，制作出完整的叶脉书签;掌握简单的科学实验技巧，提高科学素养。

（二）过程与方法目标

小组讨论后提出实验方案，并探究在动手操作的过程中，体验手工工艺的创意制作过程和方法。

（三）情感态度与价值观目标

保持和发展学生对周围世界的好奇心和求知欲，培养学生的创造性思维和探索精神，培养学生亲近自然、欣赏自然的意识，提高学生的交流和合作意识。

通过装饰和美化叶脉书签，提高美术素养;通过互相赠予叶脉书签提高同学之间的友情。体验知识综合、科学发现、工程制作和艺术创作的乐趣。

二、课程内容及过程

在《叶脉书签》的STEM教学活动中，采用PBL教学法，坚持“以学生为中心，以问题为基础”的原则。教师根据学生的特点，制定教学流程，让学生体验手工工艺的创意制作过程，培养学生的创新精神和动手能力，提升审美情趣。在师生有效互动的前提下，提升学生的学习能力和学习效果。本教案将整个活动分为“问题与聚焦”“调查与研究”“制作与设计”“展示与评价”“拓展与应用”五个环节。

（一）问题与聚焦

【活动说明】本环节是整个项目任务的起始环节，主要是创设一个解决生活中实际问题的情境，让学生充分感受到活动的趣味性和真实性，调动他们参与活动的积极性。

活动1：如何留住秋天？

教师在课上提出：进入秋天，天气转冷，许多树叶经不住凉风习习，被吹落在地，化作春泥。而回想秋日里那飘洒在空中的叶子，它们把大地点缀得那么美丽真让人怀念。怎么才能留住树叶，留住秋天呢？

学生思考：可以画画，可以拍照，可以为它写诗。

教师引导：我们不妨亲手做一个叶脉书签，既美观，又具有一定的实用意义。

（二）调查与研究

【活动说明】本环节学生将完成实验活动的设计和准备。通过这个活动，也让学生了解实验活动背后的生物、化学知识，并且进行实验的设计与准备，使学生具有一定的工程素养。

活动 2：制叶的“盘算”

教师展示叶脉书签成品，同学们观赏，同时思考：叶脉书签制作的原理是什么？叶脉书签是如何制作的？制作叶脉书签需要哪些材料？教师进行问题的汇总，提出活动任务：了解叶片的结构、了解叶脉书签制作的科学原理、梳理制作叶脉书签的实验过程、准备实验工具和材料。请同学们以小组为单位，通过查阅书本或进行网上搜索，解决以上问题。

在此活动中，通过学生的自主学习、小组的合作学习、班级的分享交流让学生了解到：（1）叶片由表皮、叶肉和叶脉 3 部分组成。（2）热碱液能腐蚀表皮和叶肉中的蛋白质，而构成叶脉的纤维素不易被碱腐蚀。因此，采用热碱液处理叶片时叶脉可以被保留。根据实验原理，学生设计出实验步骤：采叶、配液、煮叶、刷叶。根据实验步骤，学生进行头脑风暴，整理出实验所需要的工具，进行实验前的准备。

活动3：选叶的“眼光”

根据学生的已有经验，生活中的叶片各种各样，千奇百怪，如卵圆型的桂叶、扇形的银杏叶、巴掌形的枫叶、针状的松叶、心型的丁香叶、菱形的乌桕叶等等，这些植物叶片除了形状不同，其薄厚、纹理、质地也不尽相同。在此活动中，教师提出选择叶片要有“眼光”，看看哪位同学最具慧眼，选择的叶子最适合做叶脉书签。

首先，让同学们通过观察、触摸，把采集来的各种树叶分类。其次，让同学们根据是否适合做成叶脉书签进行投票，并讲一讲各自的理由。然后，选出最受欢迎的植物叶片。如果同学选出的最受欢迎叶片不是最适合做叶脉书签的叶片，这时教师可以进一步提示：制作叶脉书签要选择外形完整、大小合适、具有网状叶脉的植物叶片;幼嫩的植物叶片，易煮烂，但叶脉也容易被刷坏;老的叶子，不易煮透，叶脉也可能不完全。最后，根据教师的提示，学生们重新选择，选出最适合做叶脉书签的植物叶片。

（三）设计与制作

【活动说明】本环节，学生要通过3个子环节来完成叶脉书签的制作。通过煮叶的“火候”和刷叶的“技巧”两个活动，学生能够收获科学和工程方面的知识，而装点的“艺术”能够让学生自主设计具有自己个性的叶脉书签，培养学生的艺术创造能力。

活动 4：煮叶的“火候”

在实验开始前，教师应当采用微视频的形式将实验过程展示给学生。在煮叶前，教师需要告知学生一些实验安全知识，比如注意佩戴实验手套，在使用酒精灯和一些化学试剂时要注意安全等等。通过演示教授学生一些基本实验操作技能，如酒精灯的正确使用方法、烧杯的使用方法、药品取用方法、称量方法等等。实验过程中既要保证学生的安全，又要使其掌握基本的实验技能，让学生充分体验到动手的乐趣，又掌握了应会的知识技能。特别是过程中一定要注意，学生起主导作用，教师起辅助作用。

在此活动中，教师要提醒学生煮叶过程需要关注“火候”。学生需要进行预判和自主实验，在煮叶的过程中观察叶片的变化，并及时记录下时间和叶片的状态。当溶液变为深色，叶片柔软且背面有气泡凸起时，停止加热，用镊子取出叶片，放在烧杯中备用。记录单要提前设计好，培养学生的数学统计能力。

活动 5：刷叶的“技巧”

在此活动中，教师首先要提醒学生在刷叶前用自来水冲洗植物叶片 3～5 次，去除表面残留碱液。接着，让同学们自主探索，如何才能刷出又干净又完整的叶脉。不少同学在尝试过程中会出现以下问题：牙刷倾斜角度较大且用力过大，主叶脉会产生裂痕，导致叶片废弃;叶片边缘的叶肉不易用牙刷刷掉。在同学们的合作互助、经验交流和不断地尝试中，学生发现，为了获得完整、干净的叶脉，须掌握以下操作要领：（1）倾斜牙刷，使牙刷与叶片之间呈 45°夹角，该角度容易刷掉叶肉;（2）避免来回刷，应按住叶片一端，朝同一方向刷洗叶片;（3）从叶片外侧向内刷的方式可有效去除主叶脉边的叶肉，避免造成撕裂;（4）由于叶片下表面细胞排列较为疏松，其叶肉比上表面更容易被去除，所以，可以先刷叶片的下表面，再刷叶片的上表面;（5）使用指甲轻轻刮去叶片边缘的叶肉。学生观察刷好的叶脉，发现叶脉分布密集﹑相互交错连接、质地坚韧，且所有叶脉并不 在同一平面上，还呈现出轻微弯曲状等。学生通过讨论叶脉结构与功能的关系，能够获得一些生物学的知识。

活动 6：装点的“艺术”（1课时）

在此活动中，学生自主设计装饰点缀自己的叶脉书签。学生将刷好的叶脉放入培养皿中，加人适量的84消毒液进行漂白，2～3分钟后取出，用自来水漂洗于净。为使叶脉吸干水分快速定型，可以将其放入旧书压平。学生可以通过水粉对叶脉书签进行染色、干花标本点缀或粘贴和纸胶带等方式装饰叶脉，然后进行塑封。塑封后，可以在靠近叶柄段打孔，系上流苏。至此，学生DIY的精美叶脉书签就制作完成了。

装饰叶脉的环节为全体学生提供了参与活动的机会。学生根据自己的喜好发挥灵感、自由创作，增强了学习科学的兴趣。在本节课中，学生通过付出劳动获得成功，充分感受到实验学习带来的成就感。

（四）展示与评价

【活动说明】本环节是一个综合体验活动，学生將展示各自的叶脉书签作品。首先，展示的过程要有序进行。其次，对于叶脉书签的成品效果，不能用商品的标准来评价，而要采用开放性的评价方式，师生共同讨论制订评价标准。

活动7：叶脉书签作品展（1 课时）

开展一场叶脉书签的作品展。在活动开始前，学生们要共同设计教室的布局，哪块区域 放置学生作品，哪块区域供观赏者驻足、观赏。学生还要设计宣传单，分发给其他班级的同学、老师，使得感兴趣的师生都来作品展进行观摩、评价。还需要教师安排好现场的秩序、安全等。

关于叶脉书签成果的评价，不应该由教师一方来评定，应该由教师评价、学生互评、作品展观众评价多方进行。另外，也不应该过度重视结果性评价，还应在整个活动过程中对学生表现进行及时记录，形成过程性评价。

在所有活动落下帷幕后，学生可以互赠自己的叶脉书签，加深朋友间的友谊。也可以用于感谢，赠给自己的小组里互帮互助的成员或陪伴、辅助实验的教师等等。

（五）拓展与应用

【活动说明】将科学实验生活化，让叶脉书签的实验走进生活。考虑到实验使用的氢氧化钠、碳酸氢钠等化学试剂在人们的普通生活中难以获取，可以思考，生活中的哪些物品可以替代实验室的化学试剂。考虑到环保和节能问题，可以思考，实验时用到的哪些工具可以换用其他工具。

活动 8：更进一步（1 课时）

（1）生活中的物品代替实验用品。家里的锅炉可以替代酒精灯和烧杯，生活中的小苏打就是指碳酸氢钠，氢氧化钠可以用食品包装袋里面的干燥剂熟石灰（Ca（OH）2）和家里蒸馒头用的纯碱（Na2CO3）制成。漂白过程中的 84 消毒液可以用洗衣粉代替。

（2）环保节能问题。实验时选用报纸、废书、废旧牙刷，能够增强学生“废物再利用”的意识。

本设计案例说明：“叶脉书签”STEAM活动可以根据实际任务计划课时，也可以通过课内与课外相结合完成。

参考文献：

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[3]叶克姣.基于PBL-STEM理论的高中生物实验课程开发与设计[J].实验教学与仪器，2021，38（7）：13～14，21.

[4]张   媛.制作“叶脉书签”实验的改进[J].化学教与学，2017，（2）：91～92