STEAM理念下的生物实验设计

李聪聪

摘要：STEAM教育是综合的技术教育，它需要跨学科融合，STEAM的课堂常常是基于真实问题解决的探究学习、基于设计的学习，强调发展学生的设计能力与问题解决能力。从案例中去体现STEAM的特征，从多角度体会STEAM的优势。

关键词：STEAM；生物实验设计

STEAM是科学、技术、工程学、艺术、数学的英文首字母的简写，指在科学课程中嵌入科学、技术、工程学、艺术和数学的内容并强调这些学科之间的关联和应用，其基本思路和策略完全适合生物学课程。采用STEAM的课程设计有助于学生将生物学、数学和其他自然科学的原理、技术的手段和工程学的思路应用于解决现实生活中的问题，有助于学生理解科学、数学和技术的本质，提高学生的实践能力。下面我就STEAM背景下的生物实验设计谈谈自己的浅见。

STEAM的特征

一、STEAM的趣味性

从学生的兴趣出发，基于真实问题，营造探索、发现、创造三个条件激发学生学习；培养学生的求知欲、自信、思维技巧、创意表达、解决问题能力，发展学生的个性特长，提升学生的综合素养。

案例一：洗手液的价格与品质

实验探究背景：学生通过学习有关细菌和真菌的知识认识到洗手前比洗后后手上的细菌和真菌的数量少。因此学生开始十分注意清洁手部卫生，那么我们应该选择什么品牌的什么价位的洗手液呢？某些品牌的洗手液真的如广告中那样效果明显吗？学生进行了实验设计。

（一）材料用具

不同价位的洗手液10个，培养皿22个，封口胶，高压灭菌锅，牛肉膏，蛋白胨，蒸馏水。

（二）实验设计

1、配置培养基，按照一定的比例配置培养基。

2、灭菌：将培养皿，和配置好的培养基用高压灭菌锅进行灭菌。

3、将培养基倒入培养皿中，盖盖冷却至室温并凝固。在培养皿上分别标上1-11号以及洗手液的价位。

4、接种：10位同学选用不同价位的洗手液，用相同的洗手步骤和时间对自己的手部进行清洁，清洁完成后每位同学分别找到标有对应价位的1-10号培养基，右手迅速打开盖子将自己的左手在培养基上轻摁一下，接种完成后迅速盖上盖子并用封口胶将培养皿封好，11号培养基不做任何处理，直接封口，做空白对照。

5、培养：将1-11号培养基放在相同且适宜的恒温培养箱中进行培养。

6、观察：培养一段时间后进行观察，观察并比较每一个培养基上的菌落数量作好记录。

7、汇报总结与交流：通过实验数据分析得出洗手液的清洁程度与价位之间的关系。交流实验过程中存在的问题与经验。

（3）实验拓展：

1、选用同学们常用的不同品牌的洗手液，进行实验，比一比各皮牌的洗手液的清洁程度。

2、有同学认为肥皂的清洁程度比香皂好，针对这一意见我们也可进行实验。

STEAM的趣味性主要体现在：学生发现的现象和提出的问题有趣；学生为探究问题而做出的实验思路及设计具有挑战性；学生的研究方向及问题与学生生活息息相关。学生通过自己发现问题、设计实验、总结实验结果、解决问题的过程能够收获一份成就感。同时也可以激发学生的学习动机。

二、STEAM的跨学科性

STEAM教育是综合的技术教育，它需要跨學科融合，STEAM的课堂常常是基于真实问题解决的探究学习、基于设计的学习，强调发展学生的设计能力与问题解决能力。

案例二：男孩女孩的出生概率

实验探究背景：新生儿性别是人们普遍关注的问题，过去受重男轻女思想的影响，有的妇女因生了女孩备受责难。如今医疗技术手段先进，胎儿的性别鉴定成了日常人们讨论的话题，利用现代技术手段来控制胎儿性别必定会导致男女比例失衡的问题。那么生男生女到底是怎么回事儿呢？学生对此问题产生疑惑，根据所学男女性染色体的结构，同学们对此问题进行了实验设计。

（一）材料用具

白卡纸条，纸杯，笔等。

（二）实验设计

1、在10个白色卡纸条一端写上Y代表含Y染色体的精子，在10个白色卡纸条一端写上X代表含X染色体的精子。将这20个卡纸条写有字母的一端朝下放入一个写有精子的纸杯中，摇匀。

2、在20个白色卡纸条一端写上X代表卵细胞。将这20个卡纸条写有字母的一端朝下放入一个写有卵细胞的纸杯中，摇匀。

3、两位同学分别从装有“精子”和装有“卵细胞”的纸杯中随机取一个纸条；第三位同学负责记录两个卡纸条代表的性染色体组成。每次取完记录后，再将卡纸条放回去，注意摇匀再取，共记录10次。

4、全班统计各个小组模拟精子与卵细胞随机结合的结果。

此案例体现了生物与数学的整合，实验数据的统计与分析离不开数学思想。STEAM课程是跨越学科界限的，这种课程的开展需要多学科知识的综合应用，如科学、技术、工程学、艺术、数学等，初中生物实验的设计亦是如此，我们在利用多学科知识的同时将重心放在特定的问题上。

三、STEAM的体验性和情境性

STEAM课程的情境性体现在，它强调把知识还原于丰富的生活，结合生活中有趣、具有挑战的问题在生活的情境中设计实验辨识问题本质，从而解决学生的问题。

STEAM课程的体验性性体现在，STEAM课程不仅主张学习概念、原理，更强调动手做，让学生在“做中学”（Learning by doing）。不仅要学会听科学、看科学更要学会做科学，在参与、体验实验探究的过程中习得知识。

STEAM下生物实验还要有协作性，强调群体协同，同学之间互帮互助、互相启发；还有设计性，学生根据实验需要设计相应生物模型，帮助学生建构概念；在设计的过程中还要尽量美观，符合人文科学和社会科学的要求，具有一定的艺术性；最后还要有证实性，这也是科学区别于其他学科的重要方面。

一系列的实验案例证明当学生带着问题去设计实验时，学生便从一个“体验者”向“设计者”迈进了。实验后教师组织学生交流问题，促成进一步的思维碰撞。通过这样的体验、观察和思辨过程，学生在自主设计实验时便会有了基本的设计思路，再经过实际运用，对于重要概念也会有深刻的理解。