【摘 要】本文阐述STEAM教育的特点和实验教学情境创设的必要性，提出利用STEAM理念创设情境提高高中生物实验教学质量的实践路径：制定实验教学目标，创设实验教学情境；运用STEAM教育理念指导学生在网络环境下开展实验活动；应用STEAM教育理念拓展实验教学研究思路，指导学生学以致用；应用STEAM的教学理念进行实验教学评价和反思，促进教学发展。

【关键词】STEAM教育 高中生物 情境创设实验教学

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】450102049（2023）07EM-0102-04

STEAM教育是一种跨学科、综合性的教育理念。它强调多学科、跨领域的知识学习与应用，注重实践能力培养。STEAM教育支持学生以学科整合的方式认识世界，以综合创新的认识改造世界，培养学生解决问题的创新能力。STEAM教育的特征是跨学科、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性等。它通过多种评价组合，使教师的指导作用和学生的主体作用实现最佳组合。它利用“跨学科整合、新课标、做中学”的教育理念，以培养学生的实践能力为核心导向，将知识转化成问题，再将问题转化成项目进行教学，从而最大限度地提升课堂教学效果。

一、实验教学情境创设的必要性

在人教版高中生物选修1专题2 “微生物的培养与应用”的实验教学中，教师本着拓宽教学路径，实现教学目标，达到实验教学的真实性、新颖性、趣味性和以学生为主体的原则进行情境创设，激发学生对生物科学实验的探究热情，引导学生在解决真实、具体的情境中出现的问题时，实现知识的有意义建构。

在疫情期间，学校正常的教学秩序被打乱，学校的课堂教学方式需要转型，需要依靠现代化信息技术让学生在家中进行生物学科的学习和研究。在这种背景下，生物学科的实验教学遇到了严峻的挑战。实验教学情境创设成为关键的节点，它决定着实验教学的效率和质量。

情境认知理论认为，“知识”具有情境性、协商性特征，“学习”具有情境性、社会性特征。开展教学活动，只有将学习活动抛锚在真实的知识生成和应用的情境中，才能促进学生在情境、实践中建构知识。此外，脑科学研究表明，情绪信息总是比其他信息优先得到加工，且留下难以磨灭的情绪记忆。本实验课题适合创设具体生动的实验教学情境，让学生在真实具体的情境中，激发学习兴趣，积极主动地投入实验探索，突破生物学习的重难点，实现知识建构。

二、利用STEAM理念创设情境提高高中生物实验教学质量的实践路径

（一）制定实验教学目标，创设实验教学情境

“微生物的培养与应用”是人教版选修1专题2的内容，涵盖了微生物培养的基本知识，与生物科学、农学、食品科学、医学等领域紧密相关，也是高中生必须掌握的实验操作技术。本文是基于STEAM理念下以情境创设为主线，重点分析、阐述如何有效利用情境素材开展“微生物实验的家庭开发和实施——探究南宁市区人员聚集不同场所空气中微生物的分布情况”的一节实验教学设计。本实验课题是对教材内容的延伸，实验操作性强，与生活联系十分紧密，可供开发和创新的空间大。

1．制定实验教学目标

高二学生已经基本掌握实验室培养微生物的基础知识和无菌操作要求，为本次课题实验的开展奠定了认知基础。并且，学生已经基本了解实验设计的一般思路和基本原则，有一定的资料和图表分析能力，对新事物探索欲望较为强烈。但是，他们的实验设计和探究能力不足；实操机会少，缺乏创造性思考和发掘有实际研究意义的探究活动锻炼。本实验依据课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，基于STEAM理念创设生物学实验情境要求，制定了生物实验教学达成学科核心素养培养的目标。

（1）生命观念：学生能分析空气中微生物的生理和代谢特点，确定合理的培养基，能理解微生物的结构与功能相适应的观点。

（2）科学思维：学生能独立运用类比、分析和归纳等思维方法分析问题。

（3）科学探究：学生能联系生活实际提出问题，利用家庭中有限的实验条件设计可行的实验方案并实施。

（4）社会责任：学生具有运用生物学知识，关注新冠病毒感染的肺炎疫情防控的有效手段，增强表达沟通、团队合作与信息分享的能力。

2．运用STEAM教育理念指导学生创设实验情境

STEAM教育是以项目的方式来呈现，注重从学生生活中常见的问题出发，结合具体的社会生活情境，引导学生从实际案例中进行深入的探究式学习，最终将所学的知识应用于实际生活中。教师通过引导学生利用技术工程理论改进实验材料及设备，运用数学的数据统计进行定量分析，并构建数学曲线表示数量的变化来展现生物的变化规律；运用信息技术开发学生的视频制作、图表制作等能力，进一步激发学生追求艺术的美感；结合生物科学理论知识，进行开放的、自主的学习探究。教师还可以运用STEAM教育理念利用跨学科的教学内容，运用多种学科的知识来解决实际问题，采用“做中学”的方式，提高学生的思维和实践能力，有效地提升学生的感性认知，使学生的知识总结能力得以提升。

（二）运用STEAM教育理念指导学生在网络环境下开展实验活动

1．在家中开展实验

在疫情期间，学校正常的教学秩序被打乱，学校的教学方式只能由原来的课堂集中授课方式转变为依靠现代化信息技术让学生在家中进行学习和研究。学生在家中可以利用自己已有的知识和身边的材料，自主进行实验方案的设计和实验材料的筛选，进行科学探究实验。教师可以通过网络教育平台指导学生大胆进行实验方案的设计和实验材料的筛选，鼓励学生将设想付诸行动，让实验融入生活。学生通过直观的教学情境和置身于具体的社会生活情境，加深了对所学知识的理解和记忆，同时也培养了科学素养。

2．利用问卷星调查学生的基础知识掌握情况

在STEAM理念指导下，笔者以情境创设为主线，利用情境素材开展“微生物实验的家庭开发和实施——探究南宁市区人员聚集不同场所空气中微生物的分布情况”的实验教学设计。为了使实验能够顺利开展，教师通过问卷星调查学生的基础知识掌握情况，以便为后期培养基等材料的选择和实验过程指导提供参考依据。

3．把控教学过程，指导学生按预设方案开展实验

在利用问卷星调查学生的基础知识掌握情况之后，教师根据实验需要，认真把控教学过程，指导学生按预设方案开展实验活动。

（1）组织学生观看武汉市新冠感染的肺炎疫情暴发的视频，并结合学生掌握知识的实际，创设社会生活情境和直观教学情境，展示我国抗击疫情的成就，增强学生的生命观及中华民族自豪感和责任感，激发学生的探究热情。

（2）引导学生从观看的视频防疫“三字经”中发现问题，从而提出问题：“人员聚集场所除了病毒较多，其他类型的微生物是否也比较多？”并要求学生做出假设，最终确定本次实验课题。

（3）指导学生根据科学探究的一般步骤开始进行实验方案的设计。此环节既是本实验的重点也是难点所在，为了降低设计难度，可以让学生将实验活动设计成两个活动。

活动一：要求学生自主设计个人实验方案，并开展预实验。

首先，要求学生设计个性化的实验方案，进行个人预实验。在这个环节中，教师可以在网络上先组织全体学生召开网络会议，集体讨论本次课题的项目化目标，再让学生根据项目化目标去查阅相关资料。为了更好地突破学生设计实验的重难点，教师以“培养基材料选择依据、家庭实验无菌操作技术、课题中不同场所的选择依据、实验结果观察什么——观测指标、实验记录什么”这5个问题作为驱动，让学生设计个人的实验方案。教师根据事先发放给学生填写的问卷星数据情况，反馈给全体学生并进行网络讨论。学生经过初步讨论，在培养基材料的选择上，主要集中在鸡蛋羹、白凉粉和嫩豆腐这3种。培养皿的选择主要是集中在一次性碗和一次性纸盘这2种，从而大致确定了培养基和培养皿等材料的种类范围。学生根据讨论结果对个人方案进一步修改，然后自主进行预实验探索。

活动二：学生分小组开展网络协作，确定小组实验方案并进行正式实验。

在学生有了自主设计和探索经验的基础上，教师根据学生实验设计的能力差异，将各实验小组成员进行了合理的组合，使各小组成员都能将个人预实验过程和实验中遇到的问题在网络上进行小组协作交流。各小组学生主要就“培养基材料的选择、培养皿的选择、家庭无菌操作注意事项，自变量、因变量、无关变量实验取样点的选择”等几点进行“头脑风暴”。根据学生各小组“头脑风暴”式讨论的重点，教师引导学生就“采用的培养基材料都有哪些优缺点？”这个问题引发学生进行多角度思考和激烈讨论。学生经过对比后得出选择结论：鸡蛋羹培养基不易成型，易腐败变质，培养基表面不太平整，不易观察菌落特征；白凉粉培养基由于过于透明，不易于观察和计数；嫩豆腐培养基优点突出，它能满足绝大多数微生物的营养需求，且经济成本较低，菌落特征明显，易于观察和计数，更适宜选择做培养基材料。在培养皿的选择上，学生对比发现一次性碗加膜后能避免培养过程中杂菌的污染和有效防止水分蒸发的优点，一致认为，一次性碗较适于充当培养皿。

学生各小组经过网络协作交流，最后确定了实验方案，正式开展创新实验。教师也正式给学生布置项目化任务，要求各实验小组利用信息技术把他们实验的部分操作过程制作成精美的视频在线上展示。学生从自主设计实验方案，到小组协作交流确定实验方案，层层推进，步步深入，能很好地分解实验中的难点，突破设计实验方案的难关。

4．结合生活实际，深入社会开展调查实验，形成调查结论

根据设定的方案，教师指导学生在南宁市不同场所进行实验探究，并通过QQ、微信、腾讯会议等现代网络聊天工具实时在线分享实验现象和结果，从而打破了时间和空间的限制，大大提高了实验效率。

学生通过对结果数据分析得出结论：人员聚集的场所空气中微生物种类和含量较多。学生就此提出建议：出门戴口罩、不聚集，更有利于防疫。通过这次实验活动，学生的生命观念和社会责任感得到升华。

（三）应用STEAM教育理念拓展实验教学研究思路，指导学生学以致用

教学过程的最后，教师对课题进行了拓展延伸：让学生结合本次家庭实验开发的经验，探究手部不同消毒方式的效果。手部皮肤消毒可通过在手皮肤上涂抹乙醇、碘伏等具有消毒效果的医用溶液，或直接用肥皂、洗手消毒液等清洁物品清洗手部，同时建议使用电视新闻介绍的方法进行手部皮肤清洗消毒。当时人们比较推崇的手部皮肤消毒方法是“七步洗手法”。

“七步洗手法”是2008年公布的。它源自全球洗手公私伙伴组织（PPPHW）发起的全球洗手主题活动。每年的10月15日该组织号召人们在当天开展洗手活动，旨在鼓励人们更加注重个人卫生和健康。据报道，“七步洗手法”的基本步骤是：第一，将清洁剂涂抹在手掌手背、手指和指缝，掌心相对，手指并拢后相互揉搓；第二，手指并拢，手心对手背进行揉搓，两手交替进行；第三，掌心相对，双手交叉，指缝互相揉搓；第四，一手握拳，放在另一掌心旋转揉搓，消毒指关节，两手交替进行；第五，一手握住另一个手的大拇指进行旋转揉搓，左右手交替进行；第六，将手指尖捏拢，放在另一个手掌内旋转揉搓，两手交替进行；第七，一手握住另一只手的腕部旋转揉搓手腕至手臂，两手交替进行。使用“七步洗手法”洗手能清洗得比较干净。

手皮肤消毒能够帮助清除手部的污物和细菌，防止接触感染和疾病的传播。手皮肤消毒之前，应取下手表、手镯、戒指等饰品，完成揉搓清洁后，需在流动水下冲洗。

在2020年至2022年疫情防控的大背景下，实验为防疫“勤洗手”的口号提供可信服的实验依据，让学生在实际生活中认真实践，注意手皮肤消毒，达到学以致用的目的。

（四）应用STEAM的教学理念进行实验教学评价和反思，促进教学发展

为了更好地指导学生开展探究实验，在实验前教师就根据本实验要求给学生创设了一个评价量规。等到实验结束以后，教师就要求学生利用该评价量规对项目工作情况进行自我评价和小组内互相评价，教师也随时跟进实验，指导、督查和评价，做到以学业评价促教学发展。

教师根据本实验创设的评价量规，设计了实验评价的基本标准：一是评价实验方案设计是否合理和严密；二是评价学生的实验操作能力、实验探究性学习能力；三是评价学生收集资料能力和调查、观察、分析和材料制作能力，测试学生的思维能力、动手制作能力；四是评价学生的调查和搜集资料活动效果，测试学生获取信息、分析信息的能力和实践能力等。

由于本实验是基于STEAM理念下以情境创设为主线，利用情境素材开展“微生物实验的家庭开发和实施——探究南宁市区人员聚集不同场所空气中微生物的分布情况”的一节实验教学，教师根据本实验创设的评价量规中所设计的实验评价标准要求进行具体的评估，学生在教师的指导下，能根据教师设计的实验要求和评价标准，认真做好实验，达到实验教学要求。

1．实验步骤的设计和编排科学有序，技术细节安排合理，实验步骤严密，方法恰当

在教师指导下，学生结合具体的社会生活情境，将所学的知识应用于实际生活中。利用网络开展实验活动，制定实验教学目标，创设实验教学情景，开展实验活动设计。整个实验过程步骤严密，方法恰当。例如，在教师指导下，学生在家中能按预设方案开展实验。在“活动一”中，学生自主设计出个人实验方案；在“活动二”中，学生分小组开展网络协作，确定小组实验方案并进行正式实验等。这些实验设计和编排科学有序，技术细节安排科学合理，实验步骤严密，方法恰当。

2．实验选材合理，实验分析和文字表述恰当

学生在进行实验陈述中，能通过分析找出实验过程中实验品的差异及其产生原因，从而通过分析推出合理的结论，并恰当地用文字或数据表述和报告实验结果。

例如，在“活动二”中，学生经过多角度思考和激烈讨论，经过对比后得出选材结论：鸡蛋羹培养基不易成型，易腐败变质，培养基表面不太平整，不易观察菌落特征；白凉粉培养基由于过于透明，不易于观察和计数；嫩豆腐培养基优点突出，它能满足绝大多数微生物的营养需求，且经济成本较低，菌落特征明显，易于观察和计数，更适宜选择做培养基材料。在培养皿的选择上，学生对比发现一次性碗加膜后能避免培养过程中杂菌的污染和有效防止水分蒸发的优点，认为，一次性碗较适于充当培养皿。整个实验数据处理和结论分析科学，显示了实验的分析思维严谨性和科学性。

又如，“根据设定的方案，在教师指导下，学生在南宁市不同场所进行实验探究，并通过QQ、微信、腾讯会议等现代网络聊天工具实时在线分享实验现象和结果，学生通过对结果数据分析得出结论：人员聚集的场所空气中微生物种类和含量较多。学生就此提出建议：出门戴口罩、不聚集，更有利于防疫。”这些分析和实验方法表述很合理，通过现象分析找到问题产生的原因，并推出合理的结论，文字表述恰当，思维严谨。

3．实验操作规范，实验观察准确，数据记录完整规范

实验小组最后对实验结果进行数据整理和定量分析后，有些小组通过数学数据手工绘制出曲线图，有些小组利用信息技术软件制作了图表进行展示，使结果表述更为准确、规范、直观。教师运用STEAM的教学理念为实验教学设计了评价标准，引导学生对实验活动进行评价和反思，促进了教学的发展，锻炼了学生的思维能力和实践能力，促进了学生学科核心素养的提高。

综上所述，STEAM教学理念在生物课程中的应用，能使课程内容与多学科知识进行有机结合，促使学生进行探究性学习，为提高学生对知识的综合应用能力、培养有实践能力和综合素养的新型人才提供了平台。而实验教学情境的创设，促进了学科素养培养目标的实现。因此，越是贴近学生的生活体验，越是真实的教学情境，就越能调动学生学习的积极性，从而使学生主动地发现和探讨情境中相关的问题，促进生物实验教学质量的提高。

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【作者简介】韦雪花（1987— ），女，广西宾阳人，一级教师，研究方向为高中生物教学。

（责编 谭宏宽）