STEAM视野下生物学学科核心素养培育的“项目式”实践探索——以“校园植物资源的调查与应用”为例

文件编号：1003 - 7586(2020 )02 - 0127 - 03
第36卷第2-3期
中学生物学 V 〇1.36 No.2-3
2020 年
Middle School Biology
2020
STEAM 视野下生物学学科核心素养培育的
“项目式”实践探索
—
以“校园植物资源的调查与应用”为例
张志祥1王颖1赵沛荣”(1.宁波市惠贞书院浙江宁波315016)(2.宁波市鄞州中学浙江宁波315105)
摘要以
S T E A M
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桂、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S T E A M
校园植物项目式
中图分类号G 633. 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 *
*为通讯作者
本文是全国教育科学“十三五”规划2018年度青年专项课题“基于“体 验式教学”的高中生生物学核心素养的培养与实践”（课题编号为 EH A 180506)和浙江省教育科学规划2019年度地市研究课題“学校、基 地、社会三位一体聚能启智科创教育实践研究”（课題编号为 2019SC 185)的研究成果。

» »» »» »» »» »» »» »» »» »» »» »» »» »» >» »» »»
识解决生物学问的有:计算氨基酸形成肽链脱去的水 分子数和形成的肽键数、计算呼吸作用和光合作用中 所需的能量、计算形成的精子和卵细胞的种类、计算
D N A 分子中的碱基数目、计算某种遗传病的发病率、 计算种群密度、计算各环节的能量利用和散失比例、 计算第n 代细菌数量等。

高考中的重点和难点内容遗 传学问题，经常需要运用数学思维去解题，如依据数 学完全平方公式原理解决基因型频率问题，依据数学 组合原理解决基因自由组合定律问题等。

数学模型在生物教学中运用的也比较多，最常见 的生物数学模型是种群增长的型和“S ”型曲线、影 响酶活性的条件、环境因素对光和作用强度的影响 等，在光合作用中，运用曲线图表示光照与植物光合 速率的关系，就能很好的理解光饱和点和光补偿点以 及光合作用强度随光照强度的变化规律。

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宄活动的宝 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 »» »» »» »» »» »»
»» »» »» »» »» »» »» »» »» »
亚克门教授在接受访谈时提到:S T E A M
教育不是
将重点放在某个学科上，而是放在引导学生采用学科融 合的学习方式，运用跨学科思维解决现实问题。

这显然 是将五个领域实现了不同程度的联系，也体现了学科之 间的交叉融合。

在教育教学改革背景下,越来越多的学 科实现了融合，如生物与数学、化学、艺术等学科的交叉, 生物学中的跨学科是指把其他学科知识运用到生物学 教学中，以提高学生的综合能力，更加适应高考。

参考文献：
[1] 赵占良.人教版高中生物课标教材中的科学方法体系[J ]. 中学生物教学,2007,（3):4-7.
[2] 唐国华微生物的实验室培养”的实验教学设计[J ].生 物学教学,2014,39(2):42-43.
[3] 赵慧臣，陆晓婷.开展STEAM 教育，提高学生创新能力 —
访美国STEAM 教育知名学者格雷特•亚克门教授[J ].开放 教育研究，2016,22(5):4-10.
127
—
发学习兴趣，培养自然观察能力，提升综合素养。

1 STEAM 视野下教学内容和教学过程的设计
S T E A M
是 Science (科学）、Technology (技术）、E n ­
gineering (工程 ）、 Arts (艺术 ）和 M a t h s (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宄、设计 和开发，不断提高学生S T E A M
素养和解决复杂问题
的能力。

笔者在S
T E A M
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。

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 宄、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
表1 STEAM 视野下的“基于问题的学习”教学内容
类型教学内容(指向问题解决）
科学
校园植物的调查和认识，植物分类知识、项目开展的基
本步骤和方法的学习
技术
植物鉴别A P P 、单反相机、在线植物志的使用，P P T 的制
作和使用
工程
植物调查报告的撰写，校园植物的挂牌，校园植物数据
库的建设
艺术植物绘画，植物摄影，植物挂牌设计
数学
校园植物的统计和现状分析，植物分类检索表的制作，
教学分析糢型的构建
(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。

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。

图1
S T E A M
视野下的“基于项目的学习”教学过程
2 STEAM 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 3 STEAM 视野下具体项目的开展与实施
以S
T E A M
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？ 介绍内容是什么？设计尺寸多大？）;举行校园植物挂
128
—
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);深入研宄不同植物形态、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S T E A M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”(http://202.107.209.231: 84/SiteManagCT/0521090103/imlex.as|；)x)，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。

4 STEAM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
宜开展校园文化活动，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S T E A M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。

S T E A M视野下的项目式教 学，实现了学生自主学习与合作学习、探宄学习与问
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。

参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准：(2017年版)[S].北京：人民教育出版社，2018.
[2]崔鸿，朱家华，张秀红.基于项目的STEAM学习探析：核心素养的视角[J].华东师范大学学报（教育科学版），2017, (4)： 54-61.
[3]胡志坤.基于校园植物认知活动的初中生物学学业评价
尝试[J].中学生物教学，2018, (10): 22-24.
129 —。