从STEM至U STEAM:艺术成分在生物学科教学和项目中的应用初探

宋泉颖

摘要 相比STEM教学体系，STEAM教学可以更好激发学生创造力、发现问题和发散性思维，本文介绍了将艺术元素引入STEM教学体系的必要性以及给项目带来的变化，并以沪教版生命科学课程教学为例，介绍一些可以导入艺术因素的教学板块或者生物学科项目。

关键词 STEM 艺术 STEAM 生物学科

中图分类号G633.91

文献标志码B

STEM指的是将科学、技术、工程和数学教育有机整合的教学体系。这个概念早在1986年由美国国家科学委员于《本科的科学、数学和工程教育》报告中首次提出，最初预在美国高校推广这种教育模式。后期在2007年10月，美国国家科学委员会公布《国家行动计划：应对美国科学、技术、工程和数学教育系统的紧急需要》，将STEM教育由大学本科阶段向中小学阶段延伸。2012年，韩国首次提出STEAM教育的概念，将人文艺术项目融入STEM教育体系，实现了STEM教育的又一个跨越。这一延伸概念得到了世界各国的广泛认可。可是将人文艺术项目加入STEM教育体系的理由以及带来的影响有哪些？怎样在STEAM教学理念下的初中生命科学教学过程中加入艺术成分呢？

1 从STEM到STEAM，加入一个“A”的意义

从STEM到STEAM，加入了一个艺术成分，而这个艺术成分指的是广泛意义上的人文艺术，包含社会调查、语言、美学、形体、音乐等艺术形式。早在2012年，一项美国经济调查结果显示美国在读学生对STEM项目缺乏兴趣，由该教学体系带来的就业市场发展速度是金融市场发展速度的三倍，可仅有4.4%的美国在读学生参与STEM项目。笔者也曾经对在校参与过STEM项目学生做过一个调查问卷，结果显示：其中一部分学生认为编程和机械类等知识有一定难度，接受起来有一定困难，且以低年级学生居多;还有一部分学生认为每个小课题只是单纯完成某项任务，缺乏创造性和趣味性，当然不排斥也可能还有一些原因并没有列举出来（表1）。

科学发展本身也离不开人文、艺术的协助，许多科学家本身也是优秀的音乐家，因为他们可以从人文、艺术获取探索和创造的灵感和活力。对于许多中学生尤其低年级学生而言，科学、工程和技术本身可能过于枯燥乏味，而加入感性、活泼的人文因素可以让枯燥的课堂活跃起来，帮助他们尝试实现“天马行空”的想法。

2 在STEAM教学理念下，初中生命科学教学过程中可加入的艺术成分

我国的STEAM教育开始时间比较晚且发展速度慢，由于我国比较特殊的教育模式，在中小学全面推广STEAM教学模式有一定难度，上海目前大多数学校采用的仍是“走班制”的拓展课模式。我国教育现状是基础教育中理科（数学、物理、化学、生物、地理等）教学比较扎实，而工程、技术和实践操作环节相对薄弱。因此，将艺术、工程、技术等元素融入日常理科科学教学中，打造STEAM教学理念下的科学教学模式必然是未来教育发展的大势所趋。下面以沪教版生命科学课程教学为例，阐述一些可以导入艺术因素的教学板块或者生物学科项目。

2.1 绘制学校植物图谱和自然笔记

学习沪版教材第二册第四章第一节植物章节第三小节“认识身边的植物”时，教师可组织学生从课堂走出去，借助手机APP软件——形色、花伴侣等识别校园内的植物，并结合校园地图将搜寻结果标注出来，绘制出学校特有的植物图谱。这种拓展环节既可以培养学生使用科技软件能力，又可以培养学生绘制图谱和设计能力。

近年来，为培养中小学生保护生态环境的意识，环境保护部、中宣部等六部门每年将举办一次全国青少年自然笔记大赛。学生在日常出去游玩或者校园内会观察到一些日常生活中很难观察到的植物。自然笔记比赛可以鼓励青少年儿童走进自然，以手写、手绘形式记录在自然界中观察到的植物。而这并不是简单的绘画比赛，学生要对大自然有自己独特的思考和感悟，在此基础上兼顾图画及文字记录的准确性、设计合理美观，在严谨中透露着美感，在美感中透露着专业。

2.2 制作植物书签和手工画

在教师利用文字或者图画介绍植物的叶片结构和叶脉等知识点的过程中，教师可以借助植物书签制作或者植物手工绘画来帮助学生理解和自主观察叶片结构。学生在创作过程中不仅仅会关注设计本身，也同时关心每片叶子或者花瓣每个纹理和结构细节，在制作和分析艺术品的过程中学习到了课堂上难以理解的植物学知识。这项活动既培养学生对大自然万物的观察和欣赏力，又培养了学生对美独特见解。

2.3 制作孢子印

在真菌内容中，蘑菇、金针菇等作为真菌中的一个特例，它们体积较大却被归为微生物中的真菌，教师在讲述过程中必然会提到因为蘑菇等具有真菌其他特点，如孢子生殖。由于八年级学生知识储备能力有限，很多学生很少听过或接触孢子。教师可以组织学生利用孢子印做图方式，提高学生对孢子的认识，并加深对蘑菇等菇类属于微生物的理解。结合学生个人兴趣方向，有些学生借助色卡纸或者植物叶片使作品色彩丰富，还有些学生在作品旁写上一些富有诗意的话使得观赏价值提高。这些设计活动极好地培养了学生创造力和动手能力，又提高学生对生命课堂的兴趣性和参与度。

2.4 搭建微观生态系统

沪版教材第二册第5章第二节有一个内容为“多种多样的生态系统”。课前学生自主查阅了大量资料，了解每个生态系统的特点和生物群落结构组成。课上，教师引导学生利用生活中的常用物品（黏土、彩筆、剪刀、胶带、绑带等）或者废弃物搭建各种类型的生态系统（如沙漠、雨林、海洋、山脉和城市）。每个小组构建一种生态系统，在构建过程中和使用材料过程中，每个成员都经历了头脑风暴的过程，有些学生用沙子、面粉、石头、橡皮泥模拟制作沙滩和高山，有些学生用贴纸画或者3D打印作品模拟各种动物，有些学生拿彩纸或者泡沫板模拟海底环境。这样的生物拓展型活动将科学知识、阅读、创作、艺术等因素综合起来，通过开放式教学任务极大开发了学生创作能力和理解应用力。

2.5 设计科普环保海报或者呈现艺术科普剧

“环球自然日自然科学知识挑战赛”每年都会有一个与生物学科相关联的年度主题，2019年的主题就是“预见性和不可预测性”。这就像探索自然规律的正反面，只要掌握了条件就能预见结果。与之对立的不可预测性（又称随机性），在自然界中也是随处可见、时时发生，如与生物学科知识体系中的病毒或者是霉菌亦或是基因突变等不可控因素。生物学科属于自然科学的项目之一，研究对象本身就是自然界各种物质或者现象，因此可探究的课题非常多。教师可以采取宽度优于深度的策略，帮助学生开展资料收集和梳理，并以立体海报形式呈现出来。展览呈现板块的内容设计排版非常重要，追求在艺术上的美感，有些学生还借助生物学模型来辅助说明。生物学模型制作并不是简单的还原，教师要鼓励学生在熟悉结构的基础上按照比例合理設计模型，直观地体现其结构与功能的统一性。

有些科普课题还可以借助艺术科普剧形式呈现，从音乐、表演、剧情和背景幕布上挖掘作品的表现力，可将研究的生物对象转换为卡通人物，再设计出丰富的情景与引人入胜的故事或情节。例如2019年非常热门的“垃圾分类”话题，从学校到居住小区，垃圾分类活动倡议已经深入人心。这既是一个提高人民素质的活动，也是一个爱护地球生物圈的环保行为。可是很多居民都不知道为什么要垃圾分类以及如何处理不同类型的垃圾。教师可以引导几名学生扮演不同颜色的垃圾桶，使用会声会影软件制作背景影音配合情节变化，以诙谐幽默的舞台剧形式向人们传播这方面的科普知识，让人们认识到垃圾分类的重要性。学生在扮演垃圾桶的同时，深切感受到垃圾不分类对环境造成的危害。可见艺术的展现，在整个项目学习中实现知识能力与情感的提升，提高学生生物学科的综合素养。

2.6 抓拍生物活动精彩瞬间

上海市开展科技比赛起源较早，历年参加的很多比赛涉及生物学知识（如动物学、植物学、微生物学等），举办过很多科普类常规活动，如鸟类识别比赛或者昆虫微距摄影比赛。学校也会组织各种形式的课外研学活动，其中有一些项目是观察当地特有生物物种及分析当地生态系统结构与环境之间的关系，因此学生有较多机会可以关注到山间野外或者城市中常见鸟类（如麻雀、白头鹎、乌鸫和珠颈斑鸠等）。教师可组织学生参加记录动物有趣时刻的摄影活动，在科学性同时兼顾艺术性，即要求图像清晰、画面简洁、美观，能全面反应该动物的特点。这种课外拓展活动既提高学生学科综合素养，又培养学生发现自然美、捕捉自然美的意识。很多学生甚至把这类活动作为终身爱好进行培养，可见艺术的加入给简单的科学项目带来的不一样的体验和感觉。

传统的STEM教学体系关注工程、技术等手段融入科学教学，重点培养了学生解决问题的能力，却忽略学生对美感、艺术的追求。而加入的艺术项目也不仅仅是简单的将艺术加进去，而是希望借助艺术本身更好为整个项目服务，使得项目的娱乐性、可开放性以及对学生的吸引力有所提高。从初中生物学科角度出发，艺术成分的加入确实大大提升了学生的创造力，激发学生发现自然美、寻找自然美到爱上自然美的过程，带着好感和美感进入生命科学课堂学习，从情感角度大大提高教师初中生命科学教学效率、提升学生学科专业素养。