基于STEAM理念的初中生物实验教学

[摘 要]本文基于STEAM理念，探讨初中生物实验教学的优化创新。首先介绍了STEAM理念的概念和特点，然后阐述了初中生物实验教学中存在的问题和挑战，接着提出了优化创新的具体措施，包括加强实验教学的设计、增强实验教学的趣味性、加强实验教学的互动性、加强实验教学的探究性、加强实验教学的拓展性等。最后总结了优化创新的重要性和意义，并展望了未来的发展方向。

[关键词]初中生物；实验教学；STEAM理念

STEAM代表着科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）和数学（Mathematics），这五大领域相互交叉融合。初中生物实验教学可以将这些元素结合起来，让学生在学习生物知识的同时，还能提高他们的技术、数学和工程素养。在生物学科的实验教学中，教师需要具备跨学科视野，从多角度推进跨学科教学的落实。在初中生物实验教学中融入STEAM理念，有利于培养学生的创新精神和实践能力，提高他们的综合素质。为此，教师必须关注个体差异，因材施教，同时不断反思总结，优化教学策略。只有在这样的教育环境中，学生才能充分发挥自己的潜力，将来为社会发展作出贡献。

一、融入STEAM理念的初中生物实验教学目标更新

（一）基于实验实现跨学科整合

生物实验中，学生需要了解与生物过程相关的基本科学原理，如细胞结构、遗传规律和生态系统等。通过将这些科学原理融入实验设计和操作过程，学生能更深刻地理解生物学概念。同时，生物实验也可以借助其他学科的知识，如物理和化学原理，帮助学生分析实验现象，提高对实验结果的理解。生物实验通常涉及实验器材的使用和数据处理，这些技术应用可以让学生学习到如何运用不同类型的仪器设备，例如显微镜、离心机和培养箱等。同时，学生还可以学习到计算机技术在生物实验数据处理过程中的应用，如电子表格的使用和统计方法等。技术应用的掌握有助于提高学生的实验效率和准确性。在生物实验中，工程方法主要体现在实验方案的设计和优化上。学生可以学会如何根据实际需求规划实验步骤，合理安排实验材料和时间等资源，以及根据结果调整和优化实验方法。这些工程方法的掌握有助于培养学生解决问题的能力。

（二）注重学生问题解决能力的培养

STEAM理念强调培养学生的创新意识和问题解决能力。在初中生物实验教学中，教师可以设计一系列挑战性的实验任务，引导学生运用所学知识解决实际问题。比如探究植物光合作用的实验，学生可以通过观察、数据收集和分析等手段，找出影响光合作用效率的因素，这样既能巩固生物知识，也能提高学生解决问题的能力。

生物实验通常要求学生进行仔细观察和思考。例如，在研究植物光合作用的实验中，学生需要观察不同环境条件下植物的生长状态，思考它们之间的联系。教师可以引导学生关注现象背后的科学原理，提出问题，并尝试找出规律。这种观察与思考过程有助于培养学生的探究精神和创新意识。在生物实验中，教师可以鼓励学生根据问题自主设计实验方案。例如，针对影响光合作用效率的因素，学生可以尝试改变光照强度、温度等条件，进行对照试验。通过这样的实践操作，学生可以学会如何制定可行的实验计划，提高解决问题的策略性。生物实验往往涉及大量数据的收集和分析。教师可以引导学生运用科学方法进行数据收集，如使用计数器、测量尺等工具，并教授他们如何通过统计方法对数据进行分析。这有助于培养学生的逻辑思维能力和数据敏感性，从而提高问题解决能力。在实验过程中，学生可能会遇到预期之外的结果。教师应鼓励学生积极面对挫折，对实验结果进行评估和反思。如果实验结果与预期不符，学生需要找出原因并优化实验方案。这种不断调整和改进的过程有助于培养学生的批判性思维和持续改进的意识。生物实验往往需要团队协作完成。在实验过程中，教师可以组织学生进行分工合作，鼓励他们相互讨论、提问和分享。这样的团队合作与沟通会有助于培养学生的协作精神，提高他们在解决问题过程中的表达和沟通能力。

（三）注重学生创新精神与实践能力的培养

STEAM教育鼓励学生动手实践、进行创新性探索。初中生物实验教学可以利用这一理念，设计丰富多样的实验活动，激发学生的兴趣和好奇心，培养他们的动手能力和科学思维。例如，教师可以组织学生参观实验室，让学生在亲身体验的过程中了解科研人员是如何进行生物实验的；同时，鼓励学生自主设计实验方案，培养他们的创新意识。

教师可以通过引导学生关注实际问题，激发他们进行创新性探索。在初中生物实验教学中，教师可以提出具体的问题，如“如何利用生物技术减少农业废弃物？”、“如何通过基因改良培育抗病作物？”等。这些问题可以引导学生进行深入思考，结合实验探究解决方案，培养他们的创新精神。STEAM教育鼓励学生通过动手实践进行学习。在初中生物实验教学中，教师可以设计各种有趣的实验活动，如制作简易显微镜、探究DNA提取等。教师可以让学生在动手操作的过程中了解原理，培养他们的实践能力和科学思维，鼓励学生在实验过程中自主发现问题，并进行反思和总结。例如，在实验失败的情况下，引导学生分析原因，优化实验方案。这样的反思与改进过程有助于培养学生的批判性思维和创新意识。

二、基于STEAM理念的初中生物多类型实验教学设计

（一）基于STEAM理念的初中光合作用实验教学

以光合作用实验教学为例：

首先是目标。让学生理解植物光合作用的基本原理，了解光能对光合作用的重要性培养学生动手制作实验设备的能力，并在实践中体会工程和技术元素的融入。培养学生观察和分析问题的能力，培养他们的团队协作精神。

其次是准备材料。 LED灯、电池、导线、开关、绿色植物、水培容器、计时器、实验记录表等。

最后是教学过程。通过讨论日常生活中光与植物生长的关系，引出植物光合作用的主题。简要介绍光合作用的原理，让学生了解光合作用是植物将光能转化为化学能的过程。指导学生自制简单光照设备，让学生分组并讨论如何设置不同光照条件来观察植物光合作用的影响。学生根据设计方案进行实验，使用LED灯模拟不同光照条件，观察植物光合作用的变化。要求学生认真记录实验数据。学生根据观察结果进行讨论，分析不同光照条件下植物光合作用的差异，并运用科学原理进行解释。学生分享实验心得和收获，教师点评并引导学生反思实验过程中遇到的问题和改进方案。

（二）基于STEAM理念的初中生物昆虫观察实验教学

以昆虫观察实验为例：

首先是目标。培养学生对昆虫世界的兴趣，了解昆虫生态环境和生活习性。通过摄影、绘画等艺术手段记录昆虫形态特征，培养学生的审美能力和艺术创造力。利用数学方法统计昆虫数量和分布，提高学生的数据分析和处理能力。

其次是准备材料。 显微镜、相机、绘画用具、野外观察工具（如放大镜、昆虫捕捉器）、昆虫标本或图片、统计表格等。

最后是教学过程。导入昆虫主题，让学生分享自己平时接触到的昆虫经历。简要介绍昆虫的基本知识，包括昆虫分类、生态环境和生活习性等。让学生分组制定昆虫观察方案，包括选择观察地点、时间、方法等。学生按照方案进行昆虫观察，利用摄影、绘画等方式记录昆虫形态特征，同时通过数学方法统计昆虫数量和分布。学生根据观察结果进行讨论，分享自己的艺术作品和数据分析成果，归纳昆虫世界的特点和规律。学生分享实验心得和收获，教师点评并引导学生反思实验过程中遇到的问题和改进方案。

（三）基于STEAM理念的初中生物DNA提取实验教学

以DNA提取实验为例：

首先是确立目标。让学生了解DNA结构及其在生物体中的功能。培养学生对生物技术的兴趣，思考如何应用生物技术改进相关领域（如医学、农业等）。提高学生的实验操作能力和科学探究精神。

其次是准备材料。 洗发水、食盐、肉眼可见的水果或者蔬菜、试管、研磨器、滤纸、乙醇等。

最后是进行教学过程。简要介绍DNA的概念，引导学生分享自己对DNA的认识和理解。详细解释DNA的结构、功能以及在生物体中的作用。让学生分组制定DNA提取方案，包括选择水果或蔬菜、制定操作步骤等。学生按照方案进行DNA提取实验，观察和记录实验结果。学生根据实验结果进行讨论，了解DNA提取原理，思考生物技术在医学、农业等领域的应用。学生分享实验心得和收获，教师点评并引导学生反思实验过程中遇到的问题和改进方案。

三、STEAM理念下的初中生物实验教学组织的工作要点

（一）确保实验设备齐全、可靠，提供安全的实验环境

教师在组织开展教学活动中，首先需要了解实验内容和要求，列出所需教学材料和实验器材，并提前检查设备是否正常运行。其次要制定明确的实验操作规程和安全须知，指导学生正确使用实验器材，预防实验中可能发生的意外事件。此外，教师还应在课前对实验环境进行安全评估，消除安全隐患，并加强学生的安全意识培养。

（二）注重引导学生主动参与，培养学生的探究精神

初中阶段学生正处于探索求知、对外部世界充满好奇的阶段。初中生物实验教学基于STEAM理念的应用创新，需要充分以初中生特点为前提进行教学体系构建。既要以问题为导向，设计吸引学生兴趣的实验任务，激发学生对实验的好奇心和积极性。又要鼓励学生提出自己的观点和疑问，引导他们主动地寻找答案，培养科学探究的能力。还要充分利用课堂互动环节，让学生在完成实验任务的过程中相互交流和学习，不断优化实验方案。

（三）重视团队协作，提高实验效果和学习效率

差异化教学是STEAM理念所坚持的基本原则。初中生物教师推进实验教学模式的全面创新，需要确保同组异构的团队组织原则，帮助学生之间能够彼此学习、相互促进、共同进步。在实验分组中，注意平衡每个小组成员的能力差异，优势互补，共同进步。教师还要强调团队合作精神，让学生在分组实验中学会分工协作，相互支持，提高实验效果和学习效率。

（四）关注学生的情感需求，激发学生的学习兴趣和自信心

教师要关注每一个学生的情感表现，了解他们在实验过程中遇到的困惑和挫折，给予及时的鼓励和支持。教师要充分肯定学生的努力和成果，激发他们的学习兴趣和自信心，培养他们面对挑战和失败的勇气，鼓励学生发挥自己的特长和兴趣，使实验教学更加个性化，从而提高学生的学习积极性和自主性。

四、应用STEAM理念的初中生物实验教学经验总结

（一）激发学生的创新意识和多元化思维，培养综合素质

教师可以在实验教学中融入跨学科的知识和技能，如艺术、数学、工程等，拓宽学生的视野，提高他们的综合素质；鼓励学生在解决问题时运用多种思维方式和方法，培养他们的创新意识和多元化思维能力；设计具有挑战性的实验任务，让学生在克服困难的过程中增强自信，锻炼团队协作与沟通能力。

（二）实践与理论相结合，深化对科学原理的理解和认识

教师可以制定具有针对性的实验教学目标，确保实验内容与理论知识紧密结合，帮助学生加深对生物学原理的理解；通过实验操作，让学生亲身体验科学原理在现实中的应用，提高学生对生物学现象的感知和认识能力；引导学生将实验结果与理论联系起来，进行数据分析和解释，培养学生的分析和归纳能力。

（三）关注个体差异，因材施教，培养学生的个性和特色

在实验教学中要充分考虑学生的兴趣、特长和学习风格，提供多样化的实验任务和活动，满足不同学生的需求；为学生提供个性化的教学支持，鼓励他们发挥自己的优势，培养独特的思维方式和解决问题的能力；鼓励学生在实验过程中展现自我，欣赏和尊重他人的差异，形成良好的合作和竞争意识。

（四）反思实验教学，总结经验教训，提高实验教学质量

在实验教学结束后，教师可以组织学生进行自我评价和互评，共同反思实验过程中的成功之处和需要改进的地方；教师应根据学生的表现和反馈，及时调整教学策略，优化实验设计，提高实验教学的有效性；结合初中生物核心素养培养要求，关注学生在知识掌握、技能运用、情感态度、价值观等方面的全面发展，确保实验教学达到预期目标。

关注个体差异，因材施教，有助于发掘学生的潜力，培养他们的个性和特色。教师需不断反思实验教学，总结经验教训并调整教学策略，确保实验教学的有效性。教师可以结合初中生物核心素养培养要求，关注学生在知识掌握、技能运用、情感态度、价值观等方面的全面发展，营造良好的学习氛围，促使学生在探究、动手操作和创新思考中不断成长。

参考文献：

[1]周丹.浅析在初中生物实验教学中培养学生创新能力的策略[J].天天爱科学（教学研究），2023（5）：155-157.

[2]刘光双.浅析初中生物实验教学中学生自主探究能力培养策略[J].学周刊，2023（16）：65-67.

（责任编辑：姜波）