安徽省亳州市利辛高級中學 王子武

一、STEAM 教育理念概述

STEAM 教育起源于美國，相當于我國提出的素質教育，最早由美國政府提出，是信息全球化時代融合了多種學科的新型教育理念。STEAM 教育的前身是STEM 教育，STEM 即科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）的首字母組合，旨在教育教學中打破學科界限，將科學、技術、工程、數學等學科知識深度融合，通過對不同學科知識的綜合應用解決實際問題，培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)，提升人才的競爭力。

STEM 教育理念強調跨學科融合，培養(yǎng)學生對知識的綜合運用能力和解決現(xiàn)實問題的能力。這一理念正被越來越多的人認可，并由學者將“STEM”豐富為“STEAM”。STEAM 中的“A”（Art）意指“人文藝術”，其強調教學過程中的趣味性與藝術性。

STEAM 教育是以項目為主線、教師為主導、學生為主體的一種合作探究的教育模式，注重學生在學習過程中的體驗，將學習知識與實際問題相結合；將科學、技術、工程、藝術和數學的思維、方法、態(tài)度等置于學生能理解的項目情境中，培養(yǎng)學生協(xié)同能力與多學科知識運用的綜合能力，有助于學生在課程學習中創(chuàng)新與創(chuàng)造。

二、用玻璃珠模擬生物學實驗

（一）模擬標志重捕法

標志重捕法是調查動物種群密度的一種重要方法，其具體操作過程及計算方法為：在一定的自然區(qū)域內捕獲某種動物M 個，做上標記之后放回，一段時間后進行第二次捕獲，第二次捕獲動物的數量為n 個，其中有標記的個體為m 個，即可求出該自然區(qū)域內該動物的總數（N）為Mn/m 個。但該方法比較抽象，學生又很難有機會實地操作。如果利用玻璃珠模擬實驗，學生通過操作可以輕松地理解和掌握。

1.實驗器材

500ml 的大燒杯一個，大小和材質相同的黃色玻璃珠100 個、紅色玻璃珠20 個，記錄用的筆和紙。

2.模擬過程

（1）實驗前準備：教師隨機在大燒杯中放入黃色玻璃珠若干，記為N（50 ＜N ＜100）。

（2）第一次抓?。簩W生隨機從燒杯中抓取黃色玻璃珠M個（10 ＜M ＜20），并記錄數量，然后把抓取的黃色玻璃珠換成紅色，代表對動物做標記，然后原數放回燒杯并搖勻。

（3）第二次抓?。簩W生再隨機抓取玻璃珠n 個（10 ＜n＜20），記錄數量，并統(tǒng)計其中紅色玻璃珠的數量記為m。

（4）計算結果：根據公式N=Mn/m，計算出N 的數量，將數據記入表1，并與教師實際放入的數量進行比較，分析誤差。

表1 標志重捕法模擬實驗數量統(tǒng)計表

3.注意事項

（1）第一次放入的玻璃珠要盡量多，數量越多誤差越小。

（2）第二次抓取時應閉上眼睛隨機抓取，以免人為因素影響實驗結果。

（二）模擬分離定律

分離定律又稱孟德爾第一定律，是指控制生物性狀的遺傳因子在體細胞中成對存在，形成配子時遺傳因子發(fā)生分離，進入不同的配子中，隨配子遺傳給后代?？捎脽泶菩叟渥拥纳称鞴?，不同顏色的玻璃珠代表含不同遺傳因子的配子，進行模擬實驗，取材方便，操作簡單。

1.實驗器材

500ml 的大燒杯2 個，紅色和黃色的玻璃珠各20 個，記錄用的筆和紙。

2.模擬過程

（1）分組編號：將燒杯分為兩組，編號甲（♀）、乙（♂），分別在甲、乙兩個燒杯中放入紅色和黃色的玻璃珠各10 個并搖勻，其中紅色玻璃珠代表遺傳因子A，黃色玻璃珠代表遺傳因子a。

（2）模擬操作：分別從甲、乙兩個燒杯中各隨機抓取玻璃珠一個，組合并記錄。

（3）重復實驗：將玻璃珠放回原來的燒杯中，重復步驟（2）若干次。

（4）統(tǒng)計結果：統(tǒng)計AA、Aa、aa 組合的數量及比例記入表2。

表2 分離定律模擬實驗結果統(tǒng)計表

3.注意事項

（1）每次抓取的玻璃珠一定要放回原來的燒杯中，并搖勻，以保證每次抓取的紅色和黃色玻璃珠的概率相同。

（2）重復次數盡量多，數量越多實驗誤差越小。

（三）模擬自由組合定律

自由組合定律又稱為孟德爾第二大定律，比分離定律更為復雜和抽象。而且教材上并沒有相關的模擬實驗，這給學生的認知帶來一定的障礙。通過玻璃珠模擬實驗并動手操作，學生更易理解自由組合定律的實質。

1.實驗器材

500ml 的大燒杯4 個，紅、黃、藍、綠四色的玻璃珠各20個，記錄用的筆和紙。

2.模擬過程

（1）分組編號：將4 個燒杯分為甲（♀）、乙（♂）兩大組，每組2 個。甲組的燒杯編號為甲1 和甲2，乙組的燒杯編號為乙1 和乙2。在甲1 和乙1 燒杯中分別放入紅色和黃色的玻璃珠各10 個，表示遺傳因子A 和a，在甲2 和乙2 燒杯中分別放入藍色和綠色的玻璃珠各10 個，表示遺傳因子B 和b，搖勻。

（2）模擬操作：從甲1、甲2、乙1、乙2 四個燒杯中各隨機抓取玻璃珠一個，組合并記錄。

（3）重復試驗：將玻璃珠放回原來的燒杯中，重復步驟（2）若干次。

（4）統(tǒng)計結果：統(tǒng)計AB、Abb、aaB、aabb 組合的數量及比例記入表3。

表3 自由組合定律模擬實驗結果統(tǒng)計表

3.注意事項

（1）每次抓取的玻璃珠一定要放回原來的燒杯中，并搖勻，以保證每次抓取的紅色與黃色、藍色與綠色的玻璃珠的概率相同。

（2）重復實驗50 次以上，重復的次數越多，實驗結果越準確。

三、將STEAM 教育應用于生物實驗設計的意義

（一）是時代發(fā)展的要求

STEAM 教育已經成為國際和國內教育者研究的熱點問題，當前學者研究的主要方向是STEAM 理念的實踐以及與學科教學的深度融合。教育部2016 年印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃（2016—2020 年）》中，倡導有條件的地區(qū)和學校要積極探索STEAM 教育、創(chuàng)客教育等新的教育模式的應用，促進學生的全面發(fā)展，培養(yǎng)適應新時代的高素質人才?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017 年版）》也要求，教師要多關注學生學習過程中的實踐經歷，用科學的知識、觀點、思路和方法，通過探究性學習或完成工程學任務，探討或解決現(xiàn)實生活中遇到的問題。通過前文分析，科學地將STEAM 教育理念融入生物學實驗教學來培養(yǎng)學生的生物學核心素養(yǎng)是必要且可行的?；赟TEAM 教育理念的生物學實驗教學設計，生物學習將打破傳統(tǒng)教學模式，使學生真正成為學習的主人，能更好地達成培養(yǎng)學生的生物學核心素養(yǎng)的目標。

（二）是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)目標的要求

STEAM 教育的最終目的是實現(xiàn)公民終身、全面的發(fā)展，而我國學生發(fā)展核心素養(yǎng)目標是培養(yǎng)全面發(fā)展的人；STEAM教育強調跨學科的融合，而核心素養(yǎng)的培養(yǎng)也離不開多學科有機整合；STEAM 教育以實際生活問題和項目展開探究，而核心素養(yǎng)教育也需要創(chuàng)設真實情境；STEAM 教育是以學科知識為載體進行的多學科知識的深層次融合，獨具教育體系和內涵，而生物核心素養(yǎng)的形成同樣依賴于多方面的知識。STEAM 教育和核心素養(yǎng)教育都強調學生的主體地位，教師需進行相應的引導。生物學的課程設計和實施，是以學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為根本目標的，是理論知識與實際應用的結合，要引導學生從生物角度去思考和解決問題，從而認識世界。由此看來，STEAM 教育與核心素養(yǎng)具有很多相似性，利用STEAM 教育理念培養(yǎng)生物核心素養(yǎng)可以更好地落實新課標的教育目標。

STEAM 教育已經成為當前世界各國教育界實施與發(fā)展探索的熱點方向，將科學的STEAM 教育理念融入生物學科來培養(yǎng)生物核心素養(yǎng)是可行且必要的。在生物教學中融入STEAM 教育理念，生物學習將打破傳統(tǒng)教學模式，讓學生真正成為學習的主人，能更好地落實學生生物核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，促進學生的個人發(fā)展與社會價值的實現(xiàn)。當然，要想真正實現(xiàn)運用STEAM 教育理念來培養(yǎng)學生的生物核心素養(yǎng)，還需要在進一步的STEAM 教育和生物學科的融合與對接實踐中完成。