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摘 要：基于STEAM教育与生物核心素养培养的内在联系，以人教版高中生物学必修2第三章第二节“DNA的结构”为例探究STEAM教育在高中生物教学实践中的应用。

关键词：STEAM教育；生物学核心素养；3D打印；DNA双螺旋结构

STEAM教育，是融合了科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、和数学（Mathematics）等学科理念的全新教育模式。普通高中生物课程标准（2017版）中对生物教育的发展提出了新的要求，要进一步培养学生的跨学科学习能力和综合思维能力。在生物教学中将STEAM教育理念与核心素养有机结合，帮助学生掌握跨学科知识、培养合作解决问题的能力是每一位从事生物教育工作者应该深入研究的课题。本文中笔者基于STEAM教育与生物核心素养培养的内在联系，以人教版高中生物学必修2第3章第2节“DNA的结构”为例探究STEAM教育理念与核心素养相结合在高中生物教学实践中的应用。

一、STEAM理念与生物学科核心素养的对接

1986年，美国率先发起STEAM教育，旨在为美国全球化和信息化的社会发展培养技术和艺术兼备的人才，并将STEAM教育视为增强全球竞争力的关键。

高中教育要立足发展学生的核心素养，培养全面发展的学生。新课改将生物学核心素养作为课程的宗旨。生物学学科核心素养包含四个要素：生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。

STEAM教育的五个学科理念对生物核心素养具体方面的培养有不同的侧重与体现，如图1所示。

科学是客观自然、社会和思维的知识体系，可以细分为物理科学、化学科学、生物科学、地理科学等。科学教育作为STEAM教育的核心目标，需要整合多学科的知识，进而系统、动态地解释客观世界的规律与现象。在这个过程中学生尝试用生命观念去认识生命世界并解释生命现象，提升了认识和解决生活问题的能力，这体现了STEAM教育具有生命性。

数学方法在生物教学中的应用可以帮助学生理解生物学内在的规律，培养学生的理性思维与逻辑推理能力。

技术与工程学教育是STEAM教育过程解决问题的具体手段。模型设计与建构离不开信息技术及工程设计思维。在设计和建构模型的过程中，将抽象的概念或微观的物质准确形象的展示出来，从而体现出结构与功能观，有助于加深学生对生物学概念的理解并实现一些跨学科内容的融会贯通，力争实现深度学习。

艺术教育使得学生对生物学科有了情感的融入和美的追求，学生会更加主动地向请他人宣传健康生活和关爱生命等相关知识。这也体现了STEAM教育中的艺术教育、科学教育与生物学科素养中生命观念和社会这人的内在联系。

二、STEAM教育理念在高中生物教学中的具体运用

笔者以人教版高中生物学必修2第三章第二节“DNA的结构”为例，分析STEAM理念与生物学科核心素养的融合，探究STEAM教育理念在高中生物教学中的应用。

（一）创设情境，发现问题

教师创设情境：在现代刑侦领域中，刑侦人员只需提取在案发现场收集到血液、头发或精液的DNA，与犯罪嫌疑人的DNA进行比对，就可能为案件的侦破提供强有力证据。为什么DNA分子可以作为证据？DNA分子是怎样储存遗传信息的呢？DNA分子的结构是怎样的？学生在真实的情境下进行思考，并结合必修1中所学的关于核酸的相关知识进行讨论。

设计意图：发现问题与解决问题是STEAM教育的根本。从DNA分子作为刑侦证据的情景导入，引出本节课的研究主题，激发学生思考，提高学生学习兴趣。

（二）科学探究，项目设计

该教学环节分为两个步骤展开。首先教师利用科学史，通过文字与图片相结合的方式提供相关资料，然后学生通过阅读资料，了解DNA结构模型探究历程。接着利用本校的3D打印设备，结合3D打印技术，由已经进行过3D打印实践训练的同学带领其他同学进行DNA双螺旋结构模型的构建。最后展示部分同学提前利用3D打印技术制作的DNA双螺旋结构模型，对DNA结构进行系统的总结归纳。并设计问题，如DNA双螺旋结构模型对于DNA分子的复制及指导蛋白质合成有什么意义。

设计意图：通过阅读与分析DNA结构模型探究历程，让学生领会科学的精神，认同科学的发现重视观察与实证并且依赖于技术的进步。科学历史的回顾与学习可以帮助学生在当今的科学时代理智地对待科学、对待社会、对待生活。将STEAM教育中的科学、艺术教育与核心素养的科学探究与社会责任有机结合并深化。模型与建模的过程学生的理性思维与科学探究的能力得到很好地发展与提升。在这个过程中学生需要运用到跨学科的知识与技能，如利用工程学原理来设计模型及信息技术的运用（3D打印技术）。将微观抽象的DNA以直观的模型呈现出来，帮助学生形成结构与功能观，从而落实了核心素养的生命观念的培养。3D 打印技术模型制作渗透了学生的情感和对美的追求，使学生情感态度价值观得以升华。艺术教育的培养在学生宣传健康生活和关爱生命等具有社会责任的项目中具有很好的推进作用。

（三）总结归纳，深化概念

教师通过观察学生设计并制作的DNA双螺旋结构模型引导学生归纳总结DNA双螺旋结构特点。回顾引入时提出的问题：为什么DNA可以作为刑侦证据？帮助学生构建结构与功能相适应的观念。同时让学生进行构建DNA分子结构的思维导图，形成完整的知识体系。

设计意图：“核心素养”是跨学科素养，自然科学中的数学、 物理学、化学、生物学等各门学科，其研究方法、思想 方法、基本原理等都有着密切的联系。在教育的目标上，STEAM教育与核心素养的培养是不谋而合的。本环节能够让学生了解到跨学科知识融合对自身知识体系构架的重要意义。

三、STEAM教育理念在高中生物课堂中应用的思考

STEAM教育理念与生物学核心素养相融合将会成为生物教学的发展趋势。为了更好地在生物教学中体现STEAM教育理念，提高学生生物学核心素养，笔者认为教师可将重点放在以下几个方面：

（一）基于项目探究，创建教学情境

STEAM教育重视在真实情境中解决问题，教师应该有意识地按照“发现问题、探究问题、解决问题”的模型创建教学情境。基于项目的学习需要良好的教育平台，所以教师通过真实的生物问题建构项目，以解决问题为导向，帮助学生理解运用生物学知识，最终培养学生用生物学原理解决实际的问题。在情境教学中培养了学生科学思维与探究能力。

（二）注重跨学科整合，创新实践模式

STEAM教育重视将科学、技术、工程、艺术和数学进行融合。生物学的学习与发展很大程度上依托于其他学科，如数学、物理、化学、地理、信息技术等学科原理及方法的运用可以为生物现象的解读提供支持。所以在生物教学中，教师要较多地为学生搭建良好的实践平台，例如开展实验创新、生物模型制作、生态实验实践等活动，培养学生的实践创新能力。

（三）创新教学设计，创设高效课堂

在课时有限的情况下如何将STEAM教育理念与生物核心素养相结合并落实到位是对教师的一项重要挑战。为解决这一难题，教师要在教学设计的创新型及课堂的高效性方面下功夫。充分利用各种资源及各种教学手段，使课堂更加生动真实，让学生紧紧围绕目标进行探究和讨论，在做中学，构建一个几乎完全主动学习的课堂。

在生物教学过程中，教师要关注学科间的联系及融合，帮助学生培养思考问题的全局观，进而提升学生发现问题和解决问题的能力，最终达到培养全面发展学生能力的教学目标。STEAM教育虽然是舶来品，但与我国发展学生核心素养、培养全面发展的学生的教育目标在很大程度上是一致的。所以在中学生物课堂中广泛开展和落实STEAM教育对培养学生的生物学素养起到了强有力的助推作用。STEAM教育与核心素养协同发展才能达到双赢的教育效果。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]袁利平，张欣鑫.论STEAM教育与核心素养的对接[J].陕西师范大学学报（哲学社会科学版），2017（5）：164-169.

[3]刘恩山，曹保义.普通高中生物学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.

[4]石德进.STEM教育在发展高中生物学核心素养中的应用[J].福建基础教育研究，2017（8）：100-101.