基于STEAM教育设计理念的初中生物教学设计
吴婷
摘 要：steam教育是科学、技术、工程、艺术及数学等多门学科的有机整合体，趣味性、多维性、协作性和项目性是STEAM教育的四大设计理念，本文以苏科版七年级生物“能量的释放和利用”为例，阐述如何将STEAM教育设计理念运用到初中生物教学中，从而使课堂更生动有效，更好的发展学生的理性思维。
关键词：STEAM教育理念; 教学设计; 初中生物
中图分类号：G633.91? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ?文章编号：1006-3315（2019）05-025-002
1.什么是STEAM教育设计理念
STEAM教育是基于情境创设、问题提出、实验设计、项目研究等方式，将科学、技术、工程、艺术和数学等多门学科实行有条理融合的多学科教育，以此提高学生的科学素养和技术能力。趣味性、多维性、协作性和项目性是STEAM教育的四大设计理念，如图1所示。
趣味性主要体现在教学内容的趣味性和教学活动的趣味性;多维性包括教学目标的多维性、教学内容的多维性、教学资源的多维性和教学评价的多维性;协作性主要体现在学生和教师的协作、学生和学生的协作以及教师和教师的协作;项目性理念是指把问题转化为可操作的项目，让学生参与到实际操作当中，通过完成一个个项目达到对知识的理解和掌握。这四大理念并不是简单的叠加，而是相互融合，彼此贯通，共同指导STEAM教育应用的开展。
2.为什么要引入STEAM教育设计理念
生物学课程是自然科学领域的学科课程，它既要让学生获得基础的生物学知识，更期待学生主动地参与学习过程，养成理性思维的习惯，形成严谨的科学态度。然而教学实践中发现，学生课堂上参与度不高、被动接受知识的现象依然存在，笔者从教师角度出发分析了一下原因，可能存在以下几种原因：作为非中考科目，教师对其不重视，比如说以“讲实验”代替“做实验”;教师重视教学，然而教学设计的内容与活动未能激发学生的学习兴趣，教学效果差。笔者就后者如何设计出更生动有效的课堂进行了研究，尝试将STEAM教育设计理念运用到生物课堂教学中，取得了良好的效果。
3.如何将STEAM教育设计理念运用到初中生物教学中
以苏科版初中生物七年级上册第7章第1节“能量的释放和利用”为例，阐述如何将STEAM教育设计理念运用到初中生物教学中。能量是一个抽象的概念，初一的学生缺少物理和化学方面的知识，理解起来有一定的困难。因此笔者将本节内容可以划分为3个项目的学习：气体的变化、物质的变化和能量的利用，本文具体介绍第一个项目的学习，即气体的变化。
课前准备：PPT、实验材料、实验装置、学生分组、探究活动记录表等。
3.1情境创设
播放视频“士力架广告”，提出问题：姚明从士力架中获取了什么变得“来劲了”？引发学生的思考。
教师演示实验“燃烧烘干后的士力架”，提出问题：“燃烧可以释放出能量，士力架进入人体后是否也有类似的燃烧现象呢？”联系前面所学内容，创设情境，学生大胆提出假设。
设计意图：姚明的士力架广告以及教师现场的演示实验都充分的调动了学生的积极性，体现了趣味性的设计理念。
3.2体验能量释放与呼吸的关系
3.2.1展示学生参加运动会和安静坐在教室听课的图片。教师提问：生命活动需要能量，不同的状态需要的能量一样多吗？不同的状态人的呼吸速率一樣吗？消耗能量的多少与呼吸速率有关吗？
3.2.2让我们用数据来验证我们的推测吧，教师课前布置任务让学生完成测量，并填写在表格中，课堂上各组长汇报各组数据。
通过实验验证了学生的推测：人体在不同的状态下呼吸频率是不同的。剧烈运动时消耗的能量多，平静状态时消耗的能量少。消耗能量的多少与呼吸频率成正比。
3.3建构呼吸的定义
在上面的活动中我们体验到了能量释放与呼吸密切相关。那么，什么是呼吸呢？请同学们自己说一说呼吸的定义。
设计意图：联系生活实际，学生谈谈对呼吸的认识，为后面植物能否呼吸做铺垫。
3.4项目性学习——植物的呼吸作用之气体的变化
3.4.1问题提出。我们一致认为呼吸是指人体吸入氧气，呼出二氧化碳的生理现象。那么，植物会呼吸吗？有人说：植物没有鼻、肺这些器官，因此植物不会呼吸;也有人说：“植物有根、茎、叶、花、果实、种子这六大器官，也许某个器官会呼吸呢？”同学们，你们支持哪个观点？
设计意图：在学生的脑海里，植物只有光合作用，植物是没有呼吸作用的。这个问题提出后，学生的反应非常热烈。然而也只是停留在猜测的角度，接下来教师要搭建桥梁帮助学生自己去找到问题的答案。
3.4.2实验设计：验证植物的呼吸会吸入氧气。设计实验时需要解决以下问题：①如何让植物不进行光合作用？②如何知道植物的呼吸部位是某个器官呢？③如何证明植物呼吸会吸入氧气？
小组合作完成实验设计，各小组派代表发言交流，对问题①②达成共识：将植物进行遮光处理，可以对植物的六个器官分别进行实验，新鲜的植物材料作为实验组，沸水处理的植物材料作为对照组。对于问题③，有的学生提出打开盖子用鼻子呼吸一下;有的学生说放个小白鼠进去，看看小白鼠是否活着;有的学生提前预习书本内容后提出用点燃的蜡烛来检验;也有学生提出用氧气监测仪来检测。
对于学生的各种方法，教师鼓励学生互相点评，最后从关爱小动物，实验方法简单易操作等原则考虑，一致决定用点燃的蜡烛来检测。
教师分发提前准备好的实验材料，学生进行实验并记录。经过动手实践，学生发现植物的六大器官都会呼吸，植物的呼吸会吸入氧气。
设计意图：让学生各抒己见，互相评价体现了多维性理念。
3.4.3实验设计：验证植物的呼吸会产生二氧化碳。有了前面一组的实验，完成本组实验的设计就相对简单些，依然以新鲜的植物和沸水处理过的植物进行对照实验，本次实验需要解决的问题是：①如何来验证植物呼吸产生了二氧化碳？②如何收集二氧化碳并将其通入检测试剂中？
对于问题①，由于学生还没有学习化学这门学科，想到的方法就是书本上的用澄清石灰水来检测二氧化碳。笔者经过多次实验发现，澄清石灰水的变色现象不如溴麝香草酚蓝溶液（简称BTB）来的明显，所以将澄清石灰水换成BTB溶液。
教师和两名学生共同完成演示实验：取3支试管编号ABC，分别加入5ml清水和3滴BTB溶液后轻轻振荡，并请一位学生用吸管往B试管中通入少量二氧化碳，另一位学生往C试管中通入大量二氧化碳，然后将3支试管放在一起观察颜色的变化。
对于问题②，教材中将植物装在塑料袋中收集二氧化碳有两个缺陷，一是容易漏气，二是收集的气体量不多，所以笔者将此实验装置进行了改造（见图2），用排水法来进行实验，实践下来效果非常好。
图2排水法将二氧化碳通入BTB溶液中
教师播放操作视频，学生观看视频后进行实验操作。
（1）取下橡皮管上的止水夹，将玻璃管的一段浸入BTB溶液中。
（2）取下漏斗上的湿棉花，将清水缓慢的倒入漏斗中，锥形瓶中的气体被排入BTB溶液中。
（3）观察溶液颜色的变化。经过实验，学生发现植物的六大器官都会呼吸，植物的呼吸会产生二氧化碳。
由于空氣中本身就存在二氧化碳，你是否可以设计一个对照组使实验变得更严谨？这个问题难度有点大，但是在教师的引导下，学生还是能够想出解决办法，设置一个空白对照，排除锥形瓶中已有二氧化碳的干扰。
3.5归纳总结
通过以上两个实验，学生发现植物没有专门的呼吸器官，换而言之植物的每一个细胞都可以进行呼吸，在呼吸过程中，植物会消耗氧气，产生二氧化碳。
3.6埋下伏笔
在这节课中，我们知道了能量的释放和呼吸相关，并且研究了呼吸过程中气体的变化，那么在呼吸过程中是否还有物质的变化呢？此时教师展示放久了的萝卜有空心的实物，引发学生的思考。同学们，让我们相约在下一节生物课吧。
4.教学反思
在这节课中，笔者将STEAM教育的四大理念融入到生物课堂中，充分体现了学生的主体地位，教师只是课堂的组织者和引导者。在实验的设计中，不仅仅有教师的点评，也有各小组间的互评。在实验操作过程中，处处都有学生和学生间的协作，教师和学生的协作。在实验材料的选择上，将植物的六大器官都进行了实验，并且设置空白对照，既培养学生严谨的科学态度，又让学生体会到了生物课堂的乐趣。笔者相信，恰当的将STEAM教育理念运用到生物课堂中，可以使生物课堂更有效，更好的发展学生的理性思维。
参考文献：
秦瑾若，傅钢善.STEM教育：基于真实问题情景的跨学科式教育[J]中国电化教育，2017，（4）：67-72
