STEAM 教育理念在初中生物学教学中的应用.docx

1
STEAM 教育理念在初中生物学教学中的应用
——以“鸟的生殖和发育”一课为例
STEAM 教育理念起源于美国，是集科学（Science）、技术

（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）和数学
（Mathematics）于一体的学科间融合的综合教育。但 STEAM 教育
不是只学习这五个学科知识，也不是这五个学科的简单叠加，而更注
重学习与现实世界的联系，旨在打破学科疆域，通过对学科素
养的综合应用解决实际问题，培养综合性人才，是国际未来教育的必
然走向。

一、STEAM 教育理念融入初中生物学教学的意义
长久以来的分科教育造成了学科人才培养的分离局面，教师的教
育专业化和从教专门化的结果就是：让他们丧失学科的整合能力或者
从心理上抗拒学科的整合。但教育的发展趋势昭示着这样的抗拒是不
利于人才的培养的。在美国《下一代科学课程标准》中，跨学科概念、
学科概念以及科学与工程实践一起被作为课程的三大维度。其中，跨学
科概念是搭建各个学科之间的桥梁，它主要包括系统和系统模型、物质
与能量、结构与功能、稳定性与变化、模式、规模、比例和数量等。作
为科学课程的组成部分，生物学越来越从定性、观察性的学科发展为
定量、预测性的学科，新生物学的学科范畴已经覆盖了物质科学、计
算机科学和工程学等内容[1]。因此，近几年来有学者国为推进中小学
教育改革与创新，在《义务教育小学科学课程标准（2017 年版）》和
《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》中都对 STEAM 进行了解
释，并倡导跨学科的学习，同时，跨学科资源的开发也逐渐成为有学
者国教育改革的趋势和潮流。在此背景下，STEAM 课程以其创新、灵
活
和开放等特点也逐渐引起中学生物学教师的注意，它开始帮助师生参
与到国内外各类生物学科技创新活动中去。而广东省开展生物科技活
2

动起源较早，例如，广州市举办过如“初中生物开放性考查作品评比
活动”、“多肉植物科技创意栽培比赛”、“观鸟实践与理论知识竞
赛”、“观鸟自然笔记大赛”、“非物质文化遗产----岭南中医药文化
进校园及社区”、“中学生发酵技术创新成果展示交流
活动”和“植物识别比赛”等等，都融入了 STEAM 教育理念，旨在
通过这类比

赛活动，培养学生的核心素养。
因此，生物学教师应该要做适当前瞻。将 STEAM 理念适当地融
入学科教学中，是具有其必要性和可操作性的。其一，就初中生的心
理特征而言，他们的学科分离意识较高中生弱，其学习习惯的可塑性更
好，尽管知识网络的完整性弱一些，但是学科兼容性会更好，教学中可
根据初中生的认知层次设计问题和研究项目，对初中生的学习评价也
应该基于他们的能力基础。其二，就课程标准和教学设计而言，《普
通高中生物学课程标准( 2017 年版) 》可以作为初中生物学教学的风向
标，其在“基本理念”中明确提出“教学过程重实践”，要求学生通
过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升
应用知识的能力等[2]。因此，在初中生物学实验中融入 STEAM 理念，
有助于学生从学习生物学之初就带着大科学视角审视学科本质[2]。
二、STEAM 教育理念在初中生物教学中的应用
什么样的课程才是真正的 STEAM 课程呢？它是一种注重实践的
超学科教育概念，要求学生自己动手完成他们感兴趣的、并且和他们
生活相关的项目，在过程中学习各种学科以及跨学科的知识，并使综合
能力得到提升。本文以初中人教版《生物学》八年级下册第七单元《生
物圈中生命的延续和发展》第一章《生物的生殖和发育》中第四节的
“鸟的生殖和发育”一课为例，分析如何运用 STEAM 教育理念，从学
生的角度出发，与学生的经历和经验相结合，确立学生在学习中的主
体地位，关注学生的终身可持续发展，提升学生的生物学核心素养。
3

1.生动引入，以“Art”为催化剂，激发学生的学习兴趣
“鸟的生殖与发育”这节课，学生是在学习了八年级上册第五单元
第一章《动物的主要类群》中的第六节“鸟”的基础上，已经初步了解
了鸟适于飞行的结构特点，在学习完这一课后，不少学生对形态各异
的鸟类产生了浓厚的兴趣。在课余时间，教师会带着学生一起到野外
观鸟。于是，教师便以此作为切入点，与学生共同分享观鸟社师生利
用望远镜和照相机等现代科技工具观鸟的乐趣与意义。
环节 1；教师首先向学生介绍了什么是观鸟？为什么要观鸟？
观鸟活动本身，其实就是运用了 STEAM 教育理念下的活动。通过展
示一张张师生们利用照相机、手机等先进科技设备拍摄到的鸟类图片，
让学生们惊叹，原来在有学者们的身边有那么多形态颜色丰富多彩、这
些活泼好动的小生灵，简直就是一件件艺术品， 无论是形态，还是羽毛
颜色的搭配，都是那么完美。在介绍过程中，还引入了自然观察笔记，
展示了部分学生的手绘鸟和观察记录，再一次进行了艺术熏陶，
“Art”作为一种催化剂，很快就吸引了学生的注意力，让学生更积
极地投入到本节课的学习中。
鸟类是目前存在于自然界中较容易为人类所接近的一类野生动物。
观鸟最大的意义在于在观鸟过程中完成的观鸟记录为鸟类学基础研究
搜集必要数据，为野生鸟类学研究提供一个巨大的数据库，起到科学
家眼线的作用。而这些记录的数据，其实就是运用了一种数学的方法。
通过参与观鸟活动还可以进一步亲近自然， 放松身心；因此，通过课
前引入观鸟概念，很好地培养了学生的科学、艺术和数学素养，并让其
付诸于行动，积极参与到爱鸟、护鸟和保护环境行动中来。
环节 2：在介绍鸟类的生殖时，教师以北京“鸟巢”体育馆为例，
展现了一座集仿生、科学、技术、艺术和数学为一体的有学者国著名
建筑物，再与学生们通过观看视频，欣赏各种鸟类建筑的各式各样的
4

鸟巢，共同探讨自然界中的鸟巢，解释自然科学现象，将科学概念和
艺术、生活完美地相结合，再一次提升了学生的生物学核心素养。
2.设计探究活动，发现问题，利用 STEAM 知识解决问题
一项 STEAM 课题的完成，往往需要各方面技能的配合，只有在交
互运用中， 才能实现深层次的学习、理解性学习，也才能真正培养学
生各个方面的技能和认识。
探究鸡卵的结构是本节课的重点与难点内容，因此，教师在教学
过程中，没有按照传统的教学模式，让学生按部就班地照搬课本实验，
而是应用 STEAM 教育理念，巧妙地设计了几个探究活动，让学生发
现问题，从表到里，全方位地通过自主设计的探究方案了解了鸡卵的结
构，在此过程中，教师教的是“思考方法”，而不是“知识点”，学生
的生物学核心素养和跨学科能力都得到了有效的发展。
环节 1：通过简单的连图游戏，给鸟卵找妈妈，引出不同的鸟生的
卵的大小、颜色会有不同，甚至是同种鸟，由于吃的食物、孵化的时间
不同，颜色和大小也会有区别，这些形态各异、色彩斑斓的鸟卵，都是
大自然赋予的艺术品，有学者们要好好保护它们。
环节 2：在观察鸡卵外形这一环节中，教师请了一位学生上讲
台，用鸡卵和圆形球做滚动比赛，比较并思考鸟卵呈椭圆形的好处，
体现了科学、数学原理。
环节 3：在探究气孔和卵壳膜的作用这一教学过程中，小组成员
通过讨论验证蛋壳上气孔的实验方法，并动手操作验证卵壳上气孔作
用的实验，从而得出结论：气孔是气体进出鸡蛋内部的通道。当学生
进一步剥开卵壳，看见紧贴在卵壳内壁的卵壳膜时，用玻璃贴膜为例
子，让学生运用工程和科学原理，总结出卵壳膜能起到隔热、保温、
阻挡紫外线和防爆等保护作用。
环节 4：解剖鸡卵，观察鸡卵内部结构这一环节中，教师首先提
出疑问：在解剖过程中，如何才能使倒出的卵白和卵黄完整无损？
5

这就需要小组成员先分析，只有将鸡卵钝端轻轻敲出裂纹，用镊子
将破裂的卵壳连同外壳膜一同除去， 这个孔剥离的大小就是实验成
败的关键，因此，在小组成员中就需要找出动手能
力最强的一员负责解剖。当将卵黄和卵白一起倒出后，在相应结构
位置上如何更美观地贴上标签，这每一步骤，都需要学生利用个人
的艺术、技术等素养。
3.探究过程，锻炼团队意识，进行群体性知识建构
STEAM 教育理念强调在群体协同中相互帮助、相互启发，通过学
生自己探索和思考，往往会有很多创新的点子，在这个过程中，他们
的思维得到了锻炼，从而建构起群体性知识结构体系。
在探究卵壳作用这个探究活动中，学生展开头脑风暴，自主设计
鸡卵承重的方案，学生通过小组合作的力量，集思广益，想出用手捏
鸡卵和用重物压鸡卵的方案。然后教师再从学生的设计方案中提出问
题：用手捏鸡卵或用重物压鸡卵的方法，能直观地探究出卵壳的作用，
但在操作时需要注意，如何才能避免因受力不均匀而导致卵壳破裂？
这时，小组成员会与生活经验相结合，运用科学的物理学原理，在手
握鸡卵的处理方式和重物的选择等技术上，都会用心思考，然后在鸡
卵的排列和重物的摆放等结构问题上，运用工程原理，为能让鸡卵最大
限度地承重，小组成员相互协作，各抒己见，在此过程中，有的小组
会由于鸡卵的受力不均匀，虽然实验没有达到他们预期结果，但他们会
自有学者总结经验，再作新尝试。最后，学生通过数学的方法，利用
物理学仪器，称量重物，自己便能得出卵壳作用的结论。在此环节中，
学生们的合作意识得到了锤炼，所获得的知识都是经过大家共同探讨
得出的，群体性知识结构就这样建构起来了。
4.课堂总结，用“Art”手法提升生物学核心素养
在课堂总结部分，教师利用板书，将“鸟的生殖和发育过程”和