STEAM视野下生物学学科核心素养培育的“项目式”实践探索

张志祥 王颖 赵沛荣

摘要：以STEAM教育理念为指导，开设生物校本选修课程。基于“校园植物资源的调查与应用”大项目的开展，设计校园植物检索表的编制和分析、植物标牌的制作与悬挂、校园植物绘画的创作和展示以及校园植物网络数据库的创建和使用4个子项目。基于项目、活动以及问题的学习情境，充分利用科学、技术、工程、艺术和数学等相关知识和技能帮助学生提升生物学学科核心素养。

关键词：核心素养;生物学;STEAM;校园植物;项目式

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

如何培养高中生生物学核心素养，是生物学教师不断探索的问题。2017年，《国家教育事业发展“十三五”规划》提出了普通高中要“推动合作探究式学习、倡导任务驱动，提高学生分析解决问题的能力”。为了保障高中探究式课程的实施，学校应加强课程资源建设，充分挖掘校内课程资源。校园植物正是开展探究活动的宝贵资源。校园植物不仅可以发挥生态功能，而且还具备知识学习、德育教育、审美培养、劳动教育等作用，同时还具有便于观察、取材和探究等优点。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中“校园动植物分类”模块开设建议也强调教学中教师应充分利用校园植物资源，通过各种不同形式的活动，拉近学生与自然环境之间的距离，激发学习兴趣，培养自然观察能力，提升综合素养。

1STEAM视野下教学内容和教学过程的设计

STEAM是Science（科学）、Technology（技术）、En-gineering（工程）、Arts（艺术）和Maths（数学）的简称，其教育理念是设计基于项目、活动以及问题的学习情境，让学生在实践操作过程中进行产品的研究、设计和开发，不断提高学生STEAM素养和解决复杂问题的能力。笔者在STEAM教育理念的指导下，开设生物校本选修课程，开展“校园植物资源的调查与应用”项目（表1），充分利用科学、技术、工程、艺术和数学等相关知识和技能帮助提升生物学核心素养，让学生主动参与到项目中解决实际问题，培养学生自主学习、合作学习、动手实践和科学探究的能力。

项目的开展以基于问题的学习、基于项目的学习为主要教学方式，让学生通过自我思考、团队合作等形式来完成项目实践或者解决项目实施过程中遇到的问题。教学过程分为7个步骤，如图1所示。在项目开展过程中，教师从问题学习和合作学习两个维度有效落实教学，时刻关注学生发展变化，充分考虑个体差异和学习者的不同需求。

2STEAM视野下学习目标的制定

2.1科学层面

（1）通过比较不同植物器官结构和形态差异，运用结构与功能、进化与适应等生命观念来解释造成差异的原因，认同生命的多样性和统一性。

（2）通过调查校园植物现状，关注校园植物的生存状况，形成热爱生命、人与自然和谐共处的基本观念。

2.2技术层面

（1）通过查阅植物志和相关资料，搜集、处理和加工信息，掌握科学探究基本思路和方法。

（2）通过学习植物形态、解剖、分类等知识，运用专业术语描述植物形态，制作植物分类检索表。

2.3工程层面

（1）通过制作和悬挂校园植物标牌，充分考虑多方因素确定标牌材料、尺寸和内容，逐步养成主动探究、团结合作、勇于创新的品质。

（2）通过建设校园植物数据库，综合运用科学、技术、工程学和数学等知识和技能解决实际问题。

2.4艺术层面

（1）通过确定绘画对象、角度和表现手法，充分考虑植物科学绘画和艺术美，不断提升绘画技巧。

（2）通过绘画，从细节上掌握植物各器官的形态特点，彰显自然界的艺术性。

2.5数学层面

（1）通过分析校园植物生活型的数学模型，运用模型与建模的方法探讨问题，总结并描述校园植物的现状。

（2）通过探讨项目开展过程中的问题，通过归纳与概括、比较与分析，运用逻辑思维解决问题。

3STEAM视野下具体项目的开展与实施

以STEAM教育理念为指导，基于大项目“校园植物资源的调查与应用”的开展，设计校园植物检索表的制作和分析、植物标牌的制作和悬挂、校园植物绘画的创作和展示以及校园植物网络数据库的创建和使用4个子项目。

（1）校园植物检索表的制作和分析。

教师活动：介绍植物分类的基本常识、植物分类检索表的制作方法和“形色”植物鉴别软件的应用;介绍植物形态识别、解剖等实验技巧，引导学生观察比较校园植物的叶、花、果等器官的形态特征。

学生活动：分季节对校园植物进行调查，记录植物名称、数量、形态等信息;运用植物分类学基本知识，借用数学模型分析校园植物的生活型;每组至少完成10种校园植物的分类检索表制作，并用科学语言介绍植物特征和生活习性。

设计意图：校园植物的调查分类和检索表制作可加深学生对身边植物的认识，促使学生热爱植物，热爱校园。教师培养学生基于特定生物学事实，通过归纳与概括、比较与分析，运用科学思维解决实际问题的能力。

（2）校园植物标牌的制作和悬挂。

教师活动：引导学生提出有关植物标牌制作的相关问题（例如，选取材料是什么？采用方式是什么？介紹内容是什么？设计尺寸多大？）;举行校园植物挂牌仪式和认养活动，邀请学生为校园植物挂上标牌，建立校园植物档案。

学生活动：查阅有关资料（如中国植物志、浙江植物志、数字图书馆等），获取校园植物的科、属、种、学名等信息;小组商讨确定标牌材料、尺寸和内（包括植物学名、科属、别名、特征和用途）;制作标牌160个，包括山茶、芭蕉等46科64属共76种校园植物，并在选修课上展示小组作品，交流经验。

设计意图：通过校园植物的标牌制作和挂牌活动，学生与校园植物的联系进一步加强。小组成员通过相互探讨和交流，逐渐提升主动探究、团结合作、勇于创新的能力。学生将制作的标牌陈列在学校之中，极大地提高了学生的主人翁意识，更能提升学校的整体形象。

（3）校园植物绘画的创作和展示。

教师活动：美术教师开设植物绘画课程，解决学生在植物绘画中绘画技法上的不足：从作品的科学性、美观性等方面进行综合评价，选取部分优秀作品参加校园绘画作品展。

学生活动：根据项目主题整理思路（画什么植物？整株还是局部？绘画形式是什么？）、确定计划（材料选取、绘画工具准备、绘画时间）和任务分工（绘画、资料查找、专业辅助、汇报展示等）;深入研究不同植物形态、生态、解剖等特点，从植物科学绘画和艺术美两个方面进行绘画;小组形式汇报活动开展并展示成果。

设计意图：在STEAM视野下转变教师的“教”和学生的“学”。依托植物绘画艺术渗透植物学知识，认同生命的多样性和统一性。学生的审美情趣在创作过程中得到提升。

（4）校园植物数据库的建设和使用。

教师活动：信息技术教师开设网页制作课程，解决学生在数据库建设时计算机专业技能不足;联合校外网络公司，召集部分学生成立数据库维护团队，监测和保障网络数据库的正常运行。

学生活动：成立活动小组分别承担特定任务：整理和制作校园植物名录、收集植物照片并绘画、设计数据库网页;不定期上传校园植物的文字、照片、动画和视频等相关资料，发布校园动态信息和新闻报道;成功创建校园植物数据库“生物苑”（hnp：//202.107.209.231：84/SiteManager/0521090103/index.aspx），包括校园植物、社团园地、校本课程、交流平台等内容。

设计意图：在“互联网+”的时代背景下，将传统植物分类知识与现代互联网模式有机结合，让更多师生在学习植物学知识的同时也能享受互联网的便捷和高效。结合信息化教学技术，在一定程度上提升生物学相关课程的教学效果和质量。

4STEAM视野下项目问题的分析与解决

4.1生物专业素养提升解决项目科学性问题

由于各植物开花期、结果期不同，在某一调查时刻，学生不能观察到植物的所有器官。教师可引导学生分季节进行调查，也可运用营养器官的特征进行分类，以此来编制植物检索表。植物检索表制作难度较大，学生需首先学习植物形态学专业术语，观察（必要时解剖观察）、比较各植物形态特征，确定植物分类地位、鉴定植物形态差异后再进行分类。

校园植物标牌是校园文化的一部分，标牌内容的实用性和科学性尤为重要。学生制作时难免会有科学性问题，教师需严格把关，并以一个参与者的身份参加项目活动，及时给予学生必要的专业指导。标牌尺寸、材质等要素会直接影响标牌的制作工艺，进而影响悬挂高度和悬挂方法，教师也需引导学生多方考虑、实践探讨。

4.2多学科联合教学解决项目完成性问题

植物绘画对学生的美术功底和专业素养要求较高，在项目实施过程中，可由生物、美术、摄影教师共同指导，利用不同学科教师的专业优势组织教学，利用单反相机、显微镜等设备辅助绘画，保证教学效果。

校园植物数据库的建设项目任务重难度大，教师需联合信息技术教师和校外网络公司的力量，给予学生专业指导，帮助学生克服电脑技术不熟练、网页制作不规范、报告撰写不严谨等困难。为推动校园植物数据库良好运行，教师也可发动全校师生点击查阅，引发校园关注，从上传资源数量、质量和实效性等方面提出实时整改意见。

5结语

依托校园自然环境，着眼于学生的兴趣，因地制宜开展校园文化活動，帮助学生养成关注身边事物的习惯。开设生物校本选修课程，充分利用校园植物资源教会学生认识植物的科、属、种特征及识别方法、编辑分类检索表、制作并悬挂植物标牌和创建校园植物资源数据库等，同时以STEAM教育理念为指导，采用“基于项目的学习”的教学方式，突破了传统教学模式，不失为一种有益尝试。STEAM视野下的项目式教学，实现了学生自主学习与合作学习、探究学习与问题学习的有机结合，提高了学生的实践能力和创新能力，更培养了学生的合作精神和社会责任感。