STEAM 理念下初中科学单元整体教学的设计与实施——以“代谢与平衡”单元教学为例

文| 陈 凯

STEAM 是一种注重实践的超学科教育理念，强调打破学科界限，重视学习与实践的联系。随着科技的快速发展与教育的不断改革，STEAM 理念已逐渐成为当前教育发展的热点内容，教师需遵循理念内涵，全面提升科学单元整体教学的设计与实施效果，让学生可以在学习科学知识的同时构建适合自己的学习体系，从而提升学习效率，发挥单元整体教学的有效作用。在初中科学单元整体教学中融入STEAM理念，有助于培养学生的跨学科思维能力、创新能力与实践能力，教师应加强对STEAM 理念的深入认识，通过完善单元整体教学设计，提升教学效果，从而实现初中科学单元整体教学目标，促进教学创新发展。

一、根据STEAM 理念设定合理的教学目标，完善课程体系

为了进一步提升初中科学单元整体教学质量与效果，教师应从知识、技能、跨学科、个性化等多个方面入手，确定具体教学目标，并根据学生的实际学习能力与学习需求，增强教学目标的合理性与可行性。

以“代谢与平衡”单元教学为例，教师可以根据具体内容设定教学目标，从食物营养知识讲解到食物的能量获得，设定合理的教学体系，将知识系统化地传授给学生。教师设定的教学目标要从学生对代谢与平衡概念的理解入手，引导学生掌握相关的计算公式与计算方法，同时培养学生的实验技能、探究能力与跨学科应用能力，这样才能提升教学效果，让学生牢固掌握科学知识（如图1）。

图1 “代谢与平衡”单元整体教学规划

教师：同学们，今天我们要进行一项运动测试，看看你们的身体素质是否良好，能量消耗又是多少。有轻度运动的有氧跳操，也有强度运动的开合跳与往返跑，时间不定，但不会超过5 分钟。

学生A：那我可以参加轻度运动测试。

学生B：我可以报名强度运动测试。

（教师选择3~5 名学生参与测试并记录相关数据，具体数据如表1）

表1

表2

教师：同学们，这个运动测试主要是为了探究人体在不同运动强度下的能量消耗，刚刚B 同学通过能量消耗计算公式算出他在轻度运动强度下能量消耗量为8.27 kcal。

学生C：那我是不是也能运用公式计算出我的能量消耗数据？

教师：当然可以。经过这样的运动消耗，你们是否能感觉到身体疲劳，需不需要补充能量？

学生B：是有点累，我需要喝水。

学生D：运动之后我还有点饿呢！

教师：人体经过适当运动，会消耗一部分的能量，那么用哪些方式可以补充我们消耗的能量呢？

学生E：多喝水，或者吃蛋白质食品。

学生F：补充肉制品，加速恢复体力。

教师：你们说的方法都对，但是单纯地食用单一食物并不能达到营养均衡的效果，而是要合理搭配食物，才能更好地促进代谢，保持营养平衡。

教师在给学生讲解食物与营养时，可以借助多媒体设备给学生播放食物图片，或是播放食物制作过程，用立体化的方式向学生呈现知识内容，再将食物的营养知识与人体对食物的营养需求进行结合，顺利过渡到食物的消化与吸收教学中。教师可以制作人体透视图，按照食物进入人体的顺序与过程分析，向学生讲述消化系统的构造及原理，让学生可以更清晰地了解食物的消化与吸收，增强教学效果。这种教学方式不仅能加强教师与学生的教学互动，还能让学生在参与实验的过程中学习到更多科学知识。实验教学的目的是通过更加真实的数据将知识内容具体化地呈现出来，学生可以在实验中增强对知识的探究兴趣，也能提高自身观察能力与思维能力，掌握科学知识的具体应用方法。

二、整合初中科学单元整体知识内容，实施项目教学

教师应当遵循STEAM 理念的实际要求，在教学中引入实际问题，将单元内容进行有效的排序与组合，让学生可以综合性地学习科学知识，提高探究与学习兴趣。STEAM 教育强调合作学习和跨学科合作，教师可以组织学生进行小组合作学习，促进不同学科领域的相互交流和合作，以此来发挥资源整合作用，让科学单元整体教学具有多元性与趣味性，从而提高科学单元整体教学的效果，促进学生全面发展。整合学科知识的过程中，教师要将具有联系的知识合并在一起，按照知识的难易程度实施单元整体教学。教师要运用多媒体教学课件与网络资源丰富教学形式，合理设计项目教学内容，让学生可以加深学习记忆，提高学习能力。

在“代谢与平衡”单元的教学中，教师可以搜集大量网络资料，带领学生探究营养物质的作用，并在泌尿系统教学后开展项目化实验活动，将学生分成多个小组，指导学生制作肾单位模型，以模拟肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用。同时教师也需针对该模型的科学性设计相应评价表，以此来评估学生在实验中的学习表现。学生通过查阅资料和实验探究的方式，能够全面了解泌尿系统在人体中发挥的作用，从而加深对代谢与平衡的认识。教师需要将医药知识、人体构造知识、食物营养知识进行整合，以单元整体教学为基础，实行项目教学方案，全面提高初中科学单元整体教学质量，培养学生的综合能力。

教师：同学们，我们已经学习了食物与营养知识，现在就让我们来探究泌尿系统在人体代谢与平衡中发挥的作用吧。

（教师指导学生制作肾单位模型，并以设计的合理性、创意性、结构完整性作为评价标准。）

教师：现在我要邀请一位同学进行模型制作演示。

（学生A 利用橡皮管、漏斗、水、相同的塑料颗粒、注射器等材料制作如图2 所示模型。）

图2

教师：做得很好！现在同学们用塑料颗粒模拟血液中不能进入肾小囊的成分。有谁能告诉我其中包含的成分吗？

学生B：是血细胞。

学生C：还有大分子蛋白质。

教师：不错。该模型能模拟肾单位功能，那么请问：模型形成的“尿液”将从哪个部位中流出呢？

学生D：漏斗部分。

教师：很好！看来大家都已经掌握了关于泌尿系统的知识，希望模型设计优秀的同学能再接再厉，合格的同学要不断进步，待改进的同学也不要气馁，继续复习这一板块的知识内容，完善模型结构。

教师：通过这次实验，你们都学到了什么呢？

学生E：我对泌尿系统有了更深入的了解。

教师：非常好。人体具有非常复杂的系统，涉及多个器官和生理过程，通过这次实验，我们能更深入地了解人体系统，这有助于我们更好地了解自己的身体和做好健康管理。

学生F：我了解了人体代谢与平衡的重要性。

教师：通过这次实验，我们不仅对泌尿系统有了更深入的了解，还意识到了人体代谢与平衡的重要性，因此需要注重合理饮食与适当运动，这样才能维持身体的代谢平衡。这次实验也提醒我们，任何疾病的预防都需要从日常生活中的点滴做起，只有保持健康的生活方式，才能安全健康成长。

通过这样的教学指导方式，教师需要全面整合学科知识内容，强化多元教学指导效果，让学生在单元整体教学中可以锻炼观察能力与思维能力，从而更好地学习与发展，成为高质量人才。

三、借助现代信息技术与多媒体设备，加强情境应用

在进行初中科学单元整体教学设计时，教师可以借助信息技术为学生营造趣味性的教学情境，运用多元教学资源丰富教学形式与内容。通过创设真实情境，教师可以帮助学生更好地理解和应用所学知识，提高学生的学习兴趣与学习主动性，同时有助于培养学生的创新思维、批判性思维与解决问题的能力，促进学生的全面发展。

以“代谢与平衡”单元为例，教师可以使用多媒体设备给学生播放PPT 或视频，生动形象地展示代谢与平衡的基本概念。同时教师可以利用生活中的具体场景与案例进行模拟实验或虚拟实验，这样既能保证实验的安全性，又能让学生在真实的情境中更好地理解代谢与平衡原理。教师可以选择一些互动性强的在线软件，让学生在虚拟环境中进行小组讨论，合作解决问题，培养学生的协作精神与沟通能力。比如，针对体内物质的运输与动态平衡知识，教师可以运用虚拟技术模拟血液循环系统，在虚拟透明的容器中注入红色液体代表血液，将模拟血管的管道连接到容器中，让学生观察物质在血管中的流动，通过调整“心脏”的收缩频率，模拟血液循环的动力。或者设计一个物质运输游戏，运用信息技术制作身体各器官的模型，包括消化系统、呼吸系统、肾脏等，让学生扮演不同的器官，通过合作完成食物的消化、氧气的运输、毒素的排除等任务，体验物质在体内的运输和平衡过程。

通过真实的教学情境，教师不仅对知识内容进行了有效的组合，还让学生可以从更多元的角度看待学习问题。教师需要强化理论与实践的结合，在科学单元整体教学中创新教学形式与方法，丰富教学内容，进一步培养学生的综合学习能力与科学素养，让学生可以构建完整的知识体系，提高学习的质量与效果。

在初中科学单元整体教学中，教师通过整合不同学科的内容，可以帮助学生形成对科学知识的整体认识，加深学生对科学概念与科学应用方法的理解，从而提高学生解决实际问题的能力。教师要注重教学创新，鼓励学生主动探究问题、发现问题并解决问题，引导学生开展探究性学习，让学生可以更好地适应未来社会发展需求，成为全面发展的高质量人才。