李士杏

摘 要 以《無土栽培》選修課為例，闡述了如何基于STEAM教育理念進(jìn)行項(xiàng)目性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，如何在教學(xué)實(shí)施過程中推行STEAM學(xué)習(xí)模式，如何運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略促進(jìn)學(xué)生多方面能力提升。最后，對(duì)課程開發(fā)和實(shí)施中如何更好地滲入STEAM理念進(jìn)行了反思和探討。

關(guān)鍵詞 STEAM教育 無土栽培 生物教學(xué)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

起源于美國的STEAM（Science，Technology，Engineering，Art and Mathematics）教育理念，正逐漸成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神的新興的教育實(shí)踐和研究范式。在STEAM課堂中，學(xué)生需要解決的問題必須是生活中真實(shí)存在的，學(xué)習(xí)的形式為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生需要運(yùn)用各種學(xué)科以及跨學(xué)科的知識(shí)，通過動(dòng)手實(shí)踐和科學(xué)探究，最終完成某一產(chǎn)品的制作或解決某一問題。在這類課堂中，學(xué)生需要“做中學(xué)”，即從經(jīng)驗(yàn)中積累知識(shí)，從實(shí)際操作中培養(yǎng)思維能力、解決問題的綜合能力和創(chuàng)造力。學(xué)生真正成為課堂的中心，是參與者和創(chuàng)造者；教師則是幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)者、組織者和引導(dǎo)者。當(dāng)然，STEAM課堂最大的魅力在于能夠激發(fā)學(xué)生好奇的天性和主動(dòng)探索能力，有助于學(xué)生全身心的參與學(xué)習(xí)。如何設(shè)計(jì)適合我國學(xué)生的本土化STEAM課程是目前許多教育工作者積極探索的方向。下面以我校自主開發(fā)的選修課《無土栽培》為例，闡述了STEAM教育理念和教育方法在課程中的具體實(shí)踐運(yùn)用。

1 基于STEAM理念的項(xiàng)目選擇

無土栽培是一種用營養(yǎng)液培育植物的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，具有提高土地和水肥利用率、減少病蟲害、節(jié)省人力以及減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。這一技術(shù)不僅對(duì)于沙漠荒原等難于耕種地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義，也可以用于城市居民樓頂綠化。隨著航天事業(yè)的發(fā)展和人類進(jìn)駐太空的需要，無土栽培成為目前在太空中進(jìn)行食物生產(chǎn)最有效的方法。因此，無土栽培是來源于真實(shí)世界的現(xiàn)實(shí)問題，這一情境將強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，激發(fā)他們的探索欲望。

參與無土栽培實(shí)踐是一種典型的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式，學(xué)生的一切活動(dòng)都有明確的任務(wù)指向，學(xué)生必須親自完成各個(gè)種植環(huán)節(jié)。在栽培過程中，學(xué)生可能會(huì)產(chǎn)生疑惑、發(fā)現(xiàn)問題，甚至進(jìn)行錯(cuò)誤操作，這就為學(xué)習(xí)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。這種基于動(dòng)手實(shí)踐和研究探索的活動(dòng)才能真正喚醒孩子與生俱來的創(chuàng)造力。

如何實(shí)現(xiàn)無土栽培是一個(gè)需要綜合多學(xué)科知識(shí)才能解決的問題。植物的生長規(guī)律和影響因素涉及生物學(xué)知識(shí)，營養(yǎng)液配制涉及化學(xué)知識(shí)，保證營養(yǎng)液持續(xù)供應(yīng)涉及工程學(xué)知識(shí)，培育期間的監(jiān)測和管理涉及傳感器等技術(shù)手段的運(yùn)用。在整個(gè)實(shí)踐過程中，學(xué)生需要想辦法通過多種學(xué)習(xí)途徑獲得所需的相關(guān)知識(shí)，并且在知識(shí)交互運(yùn)用中，在相互的碰撞中，實(shí)現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí)、理解性學(xué)習(xí)和綜合性學(xué)習(xí)。

另外，種植植物本身就是一件令人愉悅的事情，蔬菜和花卉的優(yōu)美的外形和色彩能帶來美的享受，植物的成長能激起人們內(nèi)心對(duì)生命和自然的熱愛，收獲的喜悅讓人們更能體會(huì)勞動(dòng)帶來的成就感和樂趣。這一過程能幫助學(xué)生提升審美情趣、增強(qiáng)人文素養(yǎng)。

綜上，無土栽培實(shí)踐活動(dòng)是一個(gè)具備STEAM教育特征的項(xiàng)目選題。

2 課程實(shí)施的準(zhǔn)備

植物的栽培往往需歷時(shí)幾個(gè)月，我校為初高中年級(jí)都預(yù)留了選修課時(shí)間，所以該項(xiàng)目主要利用每周1節(jié)選修課的時(shí)間開展?？紤]到植物生長的延續(xù)性，學(xué)生還需利用平時(shí)的一些休息時(shí)間進(jìn)行觀察和管理。

項(xiàng)目開設(shè)所需要的場地和設(shè)備等條件必不可少。為了充分利用空間，同時(shí)兼顧美化環(huán)境，教師將兩幢教學(xué)樓之間第三層的通道作為栽培場所，并在通道中加裝了電源插座和自來水管。在校方的大力支持下，購買了一些多層槽式水培架，并配備了相應(yīng)的儲(chǔ)液箱、水泵、上水管道、出水管道。還需準(zhǔn)備的其他設(shè)備，如定植杯、育苗盤、電導(dǎo)率儀、pH計(jì)、電源定時(shí)器、電子天平等。另外，配制營養(yǎng)液的化學(xué)試劑、育苗用的基質(zhì)和合適的植物種子也是必不可少的。

3 課程實(shí)施流程與教學(xué)策略

本課程的項(xiàng)目可以拆分為多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)所需要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)也有所不同，學(xué)科綜合的情況也存在差異，需運(yùn)用的多元智能側(cè)重點(diǎn)也有所不同。因此，教師依據(jù)各環(huán)節(jié)的任務(wù)特點(diǎn)可以采用不同的學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)時(shí)間也依具體情況而定，可以是1個(gè)課時(shí)，也可以用多個(gè)課時(shí)。

課程開設(shè)的對(duì)象可以是初中生，也可以是高中生。教師不必?fù)?dān)心各年級(jí)的學(xué)生存在認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力的差異，對(duì)于同一個(gè)環(huán)節(jié)，只需要調(diào)整任務(wù)的難度水平就可以適應(yīng)不同層次的學(xué)生。

3.1 了解無土栽培技術(shù)

首先教師通過資料講解、播放視頻等，向?qū)W生簡要介紹無土栽培的含義、類別、基本原理和發(fā)展歷程。然后提出一些問題讓學(xué)生思考并討論：無土栽培技術(shù)有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？如何看待無土栽培技術(shù)的發(fā)展前景？在本地區(qū)（你的家鄉(xiāng)），無土栽培技術(shù)可能帶來什么幫助？……或者請(qǐng)學(xué)生提出一些自己感興趣的問題，進(jìn)行討論。

學(xué)生可以在課后通過網(wǎng)絡(luò)查閱資料，請(qǐng)教相關(guān)專業(yè)人員等方式收集信息，最后經(jīng)綜合整理形成觀點(diǎn)。對(duì)于研究結(jié)果的呈現(xiàn)和展示，初中生可以采用宣傳小報(bào)、PPT等形式，而高中生建議采用小論文、調(diào)查報(bào)告、小視頻等形式。

3.2 認(rèn)識(shí)無土栽培的相關(guān)設(shè)備

教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察學(xué)校的水培設(shè)施，介紹各部分的名稱，然后請(qǐng)學(xué)生完成以下任務(wù)：

① 認(rèn)識(shí)水培設(shè)施各個(gè)部分的功能；

② 明確水培設(shè)施中液體的流動(dòng)路徑；

③ 估算一個(gè)水培架的儲(chǔ)液量；

④ 該設(shè)施怎樣通過設(shè)計(jì)來滿足其產(chǎn)品功能、質(zhì)量和效益方面的要求？

⑤ 對(duì)于該設(shè)施，你認(rèn)為設(shè)計(jì)方面有哪些不足之處？應(yīng)該怎樣進(jìn)行改進(jìn)？

教師可以將學(xué)生分成小組，以合作的形式完成任務(wù)。學(xué)生可以通過觀察、測量、試驗(yàn)、討論、請(qǐng)教老師、查閱書籍資料等方法完成任務(wù)。前兩個(gè)任務(wù)的結(jié)果可采用繪制水培設(shè)施的示意圖的方式呈現(xiàn)，在圖上標(biāo)注各部分的名稱，用注釋說明各部分的功能，用箭頭表示液體的流動(dòng)路徑。第三個(gè)任務(wù)可以采用多種方法完成，教師應(yīng)要求學(xué)生在研究過程中詳細(xì)的記錄測量方法和相關(guān)數(shù)據(jù)，過程記錄是一個(gè)重要的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)依據(jù)。第四和第五個(gè)任務(wù)可以讓學(xué)生用口頭匯報(bào)或者書面匯報(bào)的方式呈現(xiàn)，通過交流能夠激發(fā)學(xué)生更多的思考，產(chǎn)生出更多的創(chuàng)意。endprint

3.3 無土育苗

育苗是將植物從種子培育成便于移栽的幼苗的過程。育苗過程歷時(shí)較長，約為1～2月。對(duì)于沒有經(jīng)驗(yàn)的中學(xué)生來說，育苗很容易失敗，所以育苗環(huán)節(jié)的關(guān)注點(diǎn)在于實(shí)踐和研究，而不需要強(qiáng)求產(chǎn)品的產(chǎn)出。教師可以購買一些現(xiàn)成的幼苗直接進(jìn)行移栽，既節(jié)省時(shí)間又能保證后續(xù)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)正常進(jìn)行。

教師先通過視頻和講解讓學(xué)生了解育苗的基本步驟和操作注意事項(xiàng)，然后請(qǐng)各小組學(xué)生選擇自己喜歡的植物種子進(jìn)行育苗，并要求學(xué)生認(rèn)真記錄在育苗過程中觀察到的現(xiàn)象、遇到的問題以及尋求解決方法的途徑。育苗過程中的影響因素非常多，基質(zhì)成分、種子類型、種子的處理方式、育苗過程中的光、溫、水、氣等條件都會(huì)影響種子萌發(fā)和植物生長。因此這一環(huán)節(jié)也是進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)的好機(jī)會(huì)。學(xué)生可以選擇自己感興趣的因素設(shè)立小課題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于初中生，可以研究“種子的萌發(fā)是否需要光照” “溫度是否會(huì)影響種子萌發(fā)的速度”等。對(duì)于高中生，可以研究“提前浸種是否會(huì)加快種子的萌發(fā)” “不同的基質(zhì)的配比對(duì)種子的萌發(fā)有何影響” “晝夜溫差對(duì)于幼苗生長的影響”等。在這一過程中，學(xué)生需要自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察、記錄和處理數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果用文字或圖表進(jìn)行呈現(xiàn)，最終得出結(jié)論。

3.4 營養(yǎng)液的配制

教師先要通過講解的方式讓學(xué)生了解營養(yǎng)液中所需的元素類型和濃度范圍，以及營養(yǎng)液配制的原則。因?yàn)槌踔猩透咧猩诨瘜W(xué)知識(shí)儲(chǔ)備方面的差異較大，所以教師要分別設(shè)置不同層次的學(xué)習(xí)任務(wù)。對(duì)于初中生，重點(diǎn)學(xué)習(xí)化學(xué)溶液的配制方法，任務(wù)如下：

① 按照提供的清單取出所需要的化學(xué)試劑；

② 按照提供的試劑用量進(jìn)行準(zhǔn)確的稱量；

③ 按照提供的配制方法進(jìn)行溶液的配制；

④ 記錄在配制溶液中遇到的問題及解決方法。

對(duì)于高中生，需重點(diǎn)學(xué)習(xí)營養(yǎng)液配方的選擇以及各種化學(xué)試劑的需要量計(jì)算。任務(wù)如下：

① 查找資料，了解營養(yǎng)液配方的類型及特點(diǎn)，根據(jù)所種植的植物選擇一種適合的營養(yǎng)液配方；

② 根據(jù)配方中的元素濃度和需要配制的幾種母液量計(jì)算出各種化學(xué)試劑的需要量；

③ 擬定營養(yǎng)液配制的步驟，注意避免配制時(shí)試劑混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

④ 完成溶液的配制；

⑤ 記錄在配制溶液中遇到的問題及解決方法。在整個(gè)無土栽培的過程中，可能需要多次配制營養(yǎng)液，所以學(xué)生可以通過多次完成任務(wù)更加熟悉這一環(huán)節(jié)，甚至還能提出一些改進(jìn)的措施。

3.5 水培植物的移栽和日常管理

移栽是將幼苗從育苗盤中移入水培架進(jìn)行培育的過程，對(duì)于幼苗的成活有著重要的影響。教師需要先講解幼苗移栽時(shí)的操作方式和注意事項(xiàng)，然后讓學(xué)生親手移栽幼苗。在這個(gè)過程中，學(xué)生要思考以下問題：幼苗根部的基質(zhì)是否清洗得越干凈越好？如何保證幼苗的根部能接觸到營養(yǎng)液？如何根據(jù)幼苗的類型選擇合適的定植杯？……

水培植物生長情況的好壞與日常管理是分不開的，日常管理的內(nèi)容主要涉及水培營養(yǎng)液的濃度、成分、pH、溶解氧等方面。隨著植物的生長，水培液會(huì)不斷消耗，溶液的pH可能發(fā)生改變。植物根系的生命活動(dòng)需要足夠的氧氣，對(duì)于不耐澇的地植物進(jìn)行水培時(shí)，營養(yǎng)液中含氧量充足與否是成敗的關(guān)鍵因素之一。教師可以給每個(gè)小組分配一個(gè)水培架，讓學(xué)生負(fù)責(zé)日常管理。學(xué)生需要完成的任務(wù)如下：

① 學(xué)會(huì)使用電導(dǎo)率儀測定水培液的電導(dǎo)率，學(xué)會(huì)使用pH計(jì)測定水培液的pH；

② 學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)電源定時(shí)器對(duì)水泵的抽水頻率進(jìn)行控制；

③ 經(jīng)過一段時(shí)間的觀察摸索出營養(yǎng)液的添加規(guī)律和合適的抽水頻率；

④ 經(jīng)常觀察水培設(shè)施運(yùn)行情況，檢查是否存在漏液、堵塞、運(yùn)行不正常等情況；

⑤ 觀察并記錄植物的生長情況，可以用文字、照片或者繪畫等形式。

4 基于STEAM理念的教學(xué)反思

本課程作為生物類STEAM課程的初步探索，筆者積累了一些經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些問題。例如，大多數(shù)學(xué)生都十分喜愛這種輕松有趣的學(xué)習(xí)模式，非常愿意動(dòng)手參與實(shí)踐過程，但是在完成一些開放性較強(qiáng)的任務(wù)時(shí)，他們就顯得有些無所適從，力不從心。這種現(xiàn)象與學(xué)生長期以來所形成的封閉式被動(dòng)式的學(xué)習(xí)習(xí)慣有關(guān)。因此，教師應(yīng)該循序漸進(jìn)，給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，強(qiáng)化同伴間的互助互學(xué)，幫助學(xué)生盡快適應(yīng)開放式學(xué)習(xí)。另外，學(xué)生往往會(huì)認(rèn)真記錄教師講授的內(nèi)容，卻很少記錄自己在探索過程中的收獲、想法和問題。其實(shí)，研究過程日志是十分重要的學(xué)習(xí)資料，研究者利用它可以有助于理清思路、發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、獲得靈感等。同時(shí)，日志也可以作為過程性評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，有助于教師調(diào)整教學(xué)策略。最后，教師應(yīng)該特別重視每個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)束后小組間的匯報(bào)交流。結(jié)果展示是項(xiàng)目性學(xué)習(xí)中最精彩的部分，是一種十分重要的評(píng)價(jià)機(jī)制。同伴間的評(píng)價(jià)對(duì)于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和改進(jìn)學(xué)習(xí)方法具有巨大的推動(dòng)作用。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生充分準(zhǔn)備，認(rèn)真對(duì)待。

依托特色校本課程來研發(fā)STEAM校本課程是從學(xué)校層面發(fā)展STEAM教育的重要途徑。教師在進(jìn)行課程開發(fā)時(shí)，不應(yīng)該僅僅看重課程的形式是否具有綜合性、跨學(xué)科、趣味性等特點(diǎn)，更應(yīng)該從STEAM課程理念的角度去進(jìn)行評(píng)判。例如，學(xué)習(xí)的情境是否能真正激發(fā)學(xué)生好奇的天性和主動(dòng)探索的能力？學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)權(quán)是否真正交給學(xué)生？問題的解決過程是否有助于深層次思維的鍛煉？動(dòng)手過程是否有助于開發(fā)創(chuàng)造性潛力？同伴合作是否實(shí)現(xiàn)了有效的交流和智慧的碰撞？STEAM教育不僅僅是一種教育形式、教育方法，而是一種文化、一種態(tài)度。學(xué)習(xí)STEAM教育，不是仿其形，而是要學(xué)其神。endprint