STEAM科学实践活动设计探析——以“探究环境因素对水仙花光合作用强度的影响”为例

何淑珠

（漳州第三中学，福建 漳州 363000）

《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》明确提出培养学生生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学学科核心素养，要求关注学生的实践经历，通过探究性学习活动提升学生应用知识解决问题的能力。［1］STEAM来自科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）等单词首字母的缩写，STEAM 教育的本质是跨学科整合，目标是提高人的创造力。本文以“探究环境因素对水仙花光合作用强度的影响”活动为例，将STEAM 教育理念融入高中生物学科学实践活动设计，引导学生运用跨学科思维解决实际问题，发展生物学学科核心素养。

一、制订科学实践活动目标

根据STEAM 跨学科整合理念制订科学实践活动目标，以便创设基于项目或问题的活动情境，引导学生充分利用科学、技术、工程、艺术和数学等相关知识和技能，在科学实践中提高解决实际问题的能力。

制订“探究环境因素对水仙花光合作用强度的影响”的科学实践活动目标：1.科学方面。调查水仙花的分布，分析影响水仙花质量与产量的环境因素，用生命观念认识生物的多样性、统一性、独特性与复杂性，结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活问题，发展生命观念和社会责任。2.技术方面。学会利用信息技术查阅相关资料，尊重事实，养成运用科学思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯。3.工程方面。学会利用实验室已有的仪器设计、组装并实施实验，初步学会科学探究的基本思路和方法，提高实践能力。4.艺术方面。学会制作PPT，展示实验过程和实验结果，体验水仙花的艺术美。5.数学方面。学会收集实验数据，运用归纳与概括等方法分析实验结果，探讨、阐释生命现象及规律，发展科学思维。［1］

制订基于STEAM 跨学科教育理念的科学实践活动目标，促进学生针对日常生活和生产中的真实问题，提出清晰的、有价值的、可探究的生命科学问题，通过查阅相关资料，设计并实施可操作性的活动方案，发展生物学学科核心素养。［1］

二、开展科学实践活动

以“创设情境，提出问题”“收集资料，设计方案”“合作探究，体验融合”及“展示分享，交流提升”等4个步骤，开展“探究环境因素对水仙花光合作用强度的影响”科学实践活动，践行STEAM 教育理念。

（一）创设情境，提出问题

展示漳州水仙花生活环境的图片，指导学生查阅有关资料，认识水仙花是漳州市的市花，也是中国十大名花之一。漳州水仙花以圆山麓种植的为最优，这与水仙花喜温暖湿润的生活环境有关。九龙江支流水源充足，圆山脚下松软的花田遮阴、向阳兼而有之。因有温泉经过，即使在冬季也能保持适宜的地温。创设“哪些环境因素会影响水仙花的质量与产量？如何提高水仙花的质量与产量？如何设计“探究环境因素对水仙花光合作用强度的影响”实验方案？实验的自变量和因变量该如何控制？”等系列问题情境，引导学生运用光合作用原理思考与讨论，达成共识：环境因素能影响水仙花的质量与产量。根据光合作用的原理，提高水仙花的质量与产量必须提高水仙花的有机物的积累，这就要提高水仙花光合作用的强度。影响水仙花光合作用强度的环境因素有光照强度、二氧化碳浓度、水分和温度等。探究环境因素对水仙花光合作用强度的影响，自变量可以是光照强度或二氧化碳浓度等，因变量可以通过测定一定时间内氧气释放量或二氧化碳消耗量等。

结合生产生活中的实际问题设计学习任务，引导学生分析影响水仙花质量与产量等环境因素，关注地域资源，主动参与科学实践活动。

（二）收集资料，设计方案

根据学校探究实验室的条件，指导学生以学习小组为单位，在光照强度、二氧化碳浓度、水分和温度等环境因素中，选择一种环境因素设计实验方案。实验方案包括：①解释实验的原理；②根据研究问题设计“探究环境因素对水仙花光合作用强度的影响”的实验装置，以及使用传感器；③完成实验报告，包括实验目的、材料用具和实验步骤，做好实验数据的记录，用图表等数学形式展示实验结果。

鼓励学生以小组合作的形式查阅资料、设计实验方案，并尝试组装实验装置。在设计、改进及实施实验方案的过程中培养学生的合作能力，以及创新能力，促进科学思维的发展，提升科学探究能力。

（三）合作探究，体验跨学科融合

各学习小组在合作探究过程中，提出不同的实验方案。教师组织学生进行小组间交流，师生共同探讨，修改与完善实验方案，以此组装实验装置，开展科学实践活动（表1）。

表1 “探究光照强度对水仙花光合作用强度的影响”实验方案

本环节立足生物学科，以STEAM 跨学科的视野开展科学实践活动。学生需要运用生物学、化学、物理学和数学等学科知识解决科学实践活动遇到的问题。如应用生物学知识分析影响光合作用强度的因素；结合化学、物理学知识和操作技能测量氧气的释放量。应用数学知识和建模思想对实验数据进行统计分析。此外，学生的工程学思维在设计和组装实验装置中得到了较好的锻炼，促进科学思维的发展。［2］

（四）展示分享，交流提升

分组展示交流，相互评价。小组代表以PPT 形式展示实验过程及实验结果，分析总结提高水仙花光合作用强度的有效措施。PPT 的制作需要学生有一定的审美能力，体现人文艺术情怀。在展示交流中，鼓励学生发表不同的看法，培养学生的批判性思维。

设计基于STEAM 理念的科学实践活动，在实践中引导学生关注地域资源，弘扬爱国爱乡情怀，培养生命观念和社会责任；聚焦于生产生活中的实际问题，在设计、改进和实施实验方案的过程中促进了科学思维的发展，提升了科学探究能力，发展学科核心素养。