实现STEAM教育与核心素养对接的相应改革策略*——以复习课《绿色植物的三大生理》教学设计为例

郑秋琴

(福州第六中学 福建福州 350007)

在生物学科复习课《绿色植物的三大生理》的教学设计中，实现STEAM教育与核心素养对接，引导学生在适度的范围内突破学科间的界限，以生物知识为中心向其他学科知识进行扩展延伸，帮助学生综合运用生物知识分析特定情境问题，提升学生解决问题能力、创新能力和综合素养。

一、STEAM教育与核心素养概述

STREAM教育最早由美国国家科学基金会提出，是科学、技术、工程、艺术、数学多学科融合的综合教育。其目的是促进学科的融合，培养学生的综合素养，为提升国家综合实力储备人才。

教师开展STEAM教育与提升学生核心素养是时代发展的要求。《中国教育现代化2035》中提到“加强创新人才特别是拔尖创新人才的培养，加大应用型、复合型、技术技能型人才培养比重”；2015年我国教育部发布的《“十三五”期间教育信息化指导意见》明确指出“有条件的地区要有效利用信息技术推进众创空间的建设，探索创客教育、STEAM教育等新教育模式”；2016年发布的《教育信息化“十三五”规划》进一步呼吁“将STEAM教育理念与现代信息化技术结合，培养学生信息素养、创新意识与能力，促进学生全面发展”。《全日制义务教育生物课程标准》(2022年版)中提到初中生物课程设置“生物学与社会·跨学科实践”学习主题，引导学生综合运用生物学、化学、物理、地理、数学等学科的相关知识和方法，尝试分析和解决实际问题，通过本主题的学习，学生能够认识生物学与社会的关系，能够理解科学、技术、工程学、数学等学科的相互关系，并尝试运用多学科的知识和方法，通过设计和制作，解决现实问题或生产特定的产品，发展核心素养；建议教师在教学组织形式方面，可采用课上和课下相结合的方式。

生物学科是自然科学的一个重要组成部分，以此开展STEAM教育符合当今提升学生核心素养的基本要求。将STEAM教育理念和核心素养对接，融入初中生物教学过程中，优化教学设计，开展生物学探究活动，改变学生的学习方式，形成新的教育教学模式。

在复习课《绿色植物的三大生理》的教学设计中，以初中生物内容为导向融入STEAM教育理念，激发学生主动探究的内驱力。学生在探究过程中以已知的生物知识为大背景，拓展了物理、化学等多学科知识。学生既学习了学科知识，也锻炼了思维能力，培养了实操技能，提升了自信心，不断深化自我认知，进而丰富和完善生物教学内容和过程。

二、初中生物教学融入STEAM教育理念和实现核心素养对接的策略

(一)抓住学生兴趣点，激发学生学习新知的内驱力

这是关于中考内容的一节专题复习课，教师要找准切入点，让学生对本节内容眼中有光、胸中有疑问，激发学生探究新知识的内驱力，避免上成知识点罗列课，“冷饭重炒"。学生在七年级已经学过了植物的蒸腾作用、光合作用和呼吸作用等与“绿色植物的三大生理”相关的知识，并且对菠菜叶的蒸腾作用、银边天竺葵的光合作用合成有机物、金鱼藻的光合作用产生氧气以及萌发的绿豆种子呼吸作用消耗氧气产生二氧化碳等实验进行了观察。复习课上教师根据学生已有的知识和生活经验，将“Art”作为情境导入引发学生的兴趣，利用课件与学生一起欣赏生物第二课堂活动小组利用智能手机寻找到的身边的美，如小区、森林公园、江滨、校园、福道、鼓岭、闽江湿地的鸟类、软体动物等。图片配合舒缓的音乐，引发学生思考：福州为什么能被评为“宜居城市”？教师展示“宜居城市”的评选条件，以此引入欣赏身边的美，烘托STEAM教育理念中的“Art”，利用SEEWO软件展示学生利用课余时间拍的生态环境的图片，让其欣赏福州的美在于森林覆盖率高(山青)、潺潺闽江水(水秀)、蓝天白云(气爽)等方面，为自己生活在这样的环境中产生幸福感：我们呼吸新鲜空气，不受雾霾影响，远离水污染，与大自然生物和谐共存，切身感受到习近平总书记所讲的“绿水青山就是金山银山”。因此，教师引入“寻找身边的美”的活动能让学生充分认识到爱护植物、保护环境、保护野生动物等是每个公民应当具有的良好品质。用舒缓的音乐刺激学生的听觉，让学生保持积极的状态投入学习。而在复习植物三大生理功能时，教师可以让学生通过观看视频来欣赏植物自身的三大生理对环境产生什么样的影响，引发他们对大自然神奇现象的感叹，激发他们探索大自然的欲望。看似是一堂生物课，但它融入了艺术、科学、生活等相关知识，这无疑促进学生核心素养的发展。

(二)开展探究活动，引导学生提出问题，提升探究思维的能力

STEAM教育的最终目的是教师引导学生运用多学科知识去实践，寻求解决问题的方法，提高综合应用所学的知识与技能去解决各种相关问题的能力。在初中生物教学中，STEAM教育离不开学生的积极配合，可以组织学生开展第二课堂活动，小组合作探究，解决问题，使学生对知识的理解不仅仅停留在表层，这对学生各方面知识和技能的提升有一定的帮助。

在复习讲解“绿色植物的三大生理”时，首先，教师利用SEEWO白板课件设计一个课堂活动：根据学生之前学的知识在课件上展示一棵树不同部位的生理功能及该生理功能所需要的原料和产物，通过生理—发生部位—产物的知识链，引入绿色植物的生理功能。由此引导学生形成爱绿护绿的意识，珍爱身边的一草一木，从而提升核心素养。

之前开展的探究植物种类和分布对空气湿度的影响的实验为植物蒸腾作用的研究提供了相关的科学数据，而这些数据的记录和分析与STEAM教育理念中的“Mathematics”和“Science”有关。蒸腾作用是通过叶片气孔散失水分，教师可以进一步引导学生以气孔数量为变量设计对照实验探究植物的蒸腾作用，气孔数量与叶片的数量有直接关系，以此开展两组对照实验来理解蒸腾作用发生的部位和影响蒸腾作用强度的因素，引导学生形成学习生物学的理科思维、科学探究精神和治学严谨的态度。这两组对照实验将无叶和有叶、少量叶片和正常数量叶片的枝条分别插在透明的装等量清水的同种玻璃瓶中，通过观察液面高度的变化以及设置相关问题，如“大树底下为什么好乘凉？夏天为什么江滨的房子特别凉爽？”引发学生思考：水分的比热容大，吸热能力强，同时水分从液态变成气态也会吸热带走周围的空气的热量。要解答这样的问题教师势必要引导学生多阅读资料，突破课本的界限，提高自我拓展的能力。这些都是教师在培养学生核心素养和实施STEAM教育过程中所要达到的目标。

对于光合作用如银边天竺葵的光合作用合成有机物的复习也可以开展探究式的STEAM教育。我们可以根据展示的植物叶片图上标示的物质，引导学生回顾光合作用反应式，再根据反应式中不同变量设计探究实验，每个小组找一个变量设计实验，小组讨论，分享讨论结果。各小组代表分别对实验设计的原理、实验现象和实验结论进行汇报，教师分享课前第二课堂活动中学生设计并完成的几个分组探究实验的成果，其他小组和教师进行点评。小组合作设计探究实验的过程中，很好地融入了“Engineering”理念，让学生对科学探究思路更明朗，感受科学探究的严谨性。在分组讨论后，引入身边的事例，通过问题研讨的方式，进一步培养学生理论联系实际的能力。具体而言，可以设置如下问题：如果你是农民，你会采取哪些措施来加强植物的光合作用？影响光合作用强度的因素有哪些？这些问题不仅是对知识的升华，还有利于增加学生学习的成就感，更体现了STEAM理念中的“Technology”。教师在教学中还可以进一步引导学生思考光合作用的意义，如：无机物合成有机物，光能转变成化学能储存在有机物中，而这些有机物几乎养活了生物圈的其他生物，实现生物圈中C-O平衡。这为学生理解光合作用概念图做了很好的铺垫。

学生在第二课堂活动中探究植物呼吸作用的实验成果也是开展STEAM教育的很好的切入点。在课堂上展示学生的实验成果，引导学生运用工程学、科学的相关知识和原理，进一步总结出呼吸作用的反应式。教师可以设置一些问题来拓展学生思维，如：为什么本实验选择黄豆种子为实验材料？学生通过小组讨论得出：选用黄豆种子作为实验材料是为了控制单一变量，因为黄豆不进行光合作用，而绿色植物都要进行光合作用消耗二氧化碳，不利于实验观察比较。前后知识呼应，学生在动手实验的过程中，其在“Science”“Technology”“Art”等方面的素养也得到了极大的锻炼和发展。光合作用和呼吸作用实验探究过程中涉及的药品如酒精、碘液，水浴加热过程中温度计的使用，对氧气和二氧化碳的存在进行验证，为学生初三学习化学起到了先导作用，也为学科相互融合奠定一定的基础。

(三)小组成员互相合作，引导学生进行知识的搭建和整合

核心素养的培养和STEAM教育的实施更注重学生在小组成员之间的合作、互相启迪，教师可以引导学生自己发现问题、小组讨论，给出论证的方法，最终实现对知识的总结，拓展和创新学生的思维，进一步提升学生自主建构知识框架体系的能力。复习完植物三大生理功能后，笔者结合中考典型真题，对植物三大生理的知识点根据具体情景进行大串讲。以上图为例，教师可以鼓励学生尝试利用数学思维，结合生物学原理，集结小组的智慧和力量，分析问题情境，明白坐标图中纵、横坐标的含义，并找出纵、横坐标的关系，由此思考这些特殊点所表示的生物学含义；通过对线的认识，让学生明白曲线的走向或发展趋势，判断活动强度变化，联想与曲线变化有关的生物学原理，挖掘或获取题目中的有效信息，使问题明确化。“点”是构成线的基本单位，所以找出曲线中的特殊点是关键，这些点包括起点、交点、转折点、定点、终点。这种教学方式能充分发挥群体中实现合作学习、动手实践知识结构的互补，并联系数学、物理、化学和科学等知识，实现知识体系的自主建构，从而极大地保证教学的有效性。

(四)课堂总结，落实生物学核心素养的培养

课堂总结是教师对一节课精华的提炼和升华，教师在总结过程中，引导学生在大脑中回顾本节课的复习内容，总览本节课的知识框架，帮助学生将看似孤立的知识点联系起来，有利于学生将知识内化，确保知识的系统性和完整性，为培养和提升学生的生物学核心素养做了铺垫。教师可以用思维导图的形式板书“绿色植物的三大生理”，让学生补充完善，帮助学生回忆知识点，引导学生开动脑筋、小组讨论，形成和谐的师生之间的导学关系以及小组成员之间的合作关系，思维导图的建构过程使学生体验到生物知识的科学性和艺术性，同时帮助他们巩固所学的知识。最后利用SEEWO白板展示以环保为主题的学生手绘作品和手工作品，如山水国画、手工落叶贴画、废品手工艺术等，再一次对他们进行艺术熏陶，使学生认识到爱绿护绿是每个地球人必须履行的责任。教师出示保护环境、垃圾分类的倡议书，播放2022年世界环境日国家主场主题歌《让中国更美丽》，让每位学生在倡议书上签下自己的名字，用音频渲染气氛，用行动许下诺言，让同学在艺术氛围中深化对环保意识的认知。

三、结语

STEAM教育理念虽然备受我国教育工作者的关注和青睐，但当下该理念在教学过程中的渗透尚处于探索的阶段，需要各个学科的教师在教改过程中挖掘本学科与其他学科的联系，实现学科知识的连贯性与逻辑性，并通过教学实践检验教学方法的可行性和有效性，以更好地满足中学生的身心学习需求。同时，教师要不断完善、提升自身知识结构和指导水平，进而提供更优质的教学服务和改教学质量。初中生物教师应加强STEAM教育理论学习，积极参加跨学科教研，将STEAM教育理念渗透于校本课程和教材开发，传授生物知识和技能的同时，培养和提高学生的综合能力和核心素养，顺应国家培养高素质人才的时代要求。