摘要：“鸟的生殖和发育”是在STEAM教育理念指导下设计的教学案例，本文以此课为例，结合学生的探究活动，围绕“鸟的生殖和发育过程”和“解剖鸡卵”两部分内容，开展各种观察鸡卵结构、探究外部形态和内部结构及讨论等环节，探索STEAM教育理念在初中生物学课堂教学中的应用实施。
关键词：STEAM、初中生物学教学、核心素养
STEAM教育理念起源于美国，是集科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）和数学（Mathematics）于一体的学科间融合的综合教育。但STEAM教育不是只学习这五个学科知识，也不是这五个学科的简单叠加，而更注重学习与现实世界的联系，旨在打破学科疆域，通过对学科素养的综合应用解决实际问题，培养综合性人才，是国际未来教育的必然走向。
一、STEAM教育理念融入初中生物学教学的意义
在美国《下一代科学课程标准》中，跨学科概念、学科概念以及科学与工程实践一起被作为课程的三大维度。其中，跨学科概念是搭建各个学科之间的桥梁，它主要包括系统和系统模型、物质与能量、结构与功能、稳定性与变化、模式、规模、比例和数量等。作为科学课程的组成部分，生物学越来越从定性、观察性的学科发展为定量、预测性的学科，新生物学的学科范畴已经覆盖了物质科学、计算机科学和工程学等内容[1]。因此，近几年来我国为推进中小学教育改革与创新，在《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》和《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》中都对 STEAM 进行了解释，并倡导跨学科的学习，同时，跨学科资源的开发也逐渐成为我国教育改革的趋势和潮流。广州市举办的如“初中生物开放性考查作品评比活动” “多肉植物科技创意栽培比赛” “观鸟实践与理论知识竞赛”“观鸟自然笔记大赛”“非物质文化遗产----岭南中医药文化进校园及社区”“中学生发酵技术创新成果展示交流活动”和“植物识别比赛”等等，都融入了STEAM教育理念，旨在通过这类比赛活动，培养学生的核心素养。生物学学科的发展离不开其他自然科学为基础，注定其学习具有典型的跨学科特点，将STEAM理念适当地融入初中生物学教学中，是具有其必要性和可操作性的。其一，就初中生的心理特征而言，他们的学科分离意识较高中生弱，其学习习惯的可塑性更好，尽管知识网络的完整性弱一些，但是学科兼容性会更好，教学中可根据初中生的认知层次设计问题和研究项目，对初中生的学习评价也应该基于他们的能力基础。其二，就课程标准和教学设计而言，义务教育阶段的生物学课程标准，也将注重与《普通高中生物学课程标准( 2017年版) 》的衔接，如重视实践，要求学生通过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力等[2]。因此，在初中生物学实验中融入 STEAM 理念，有助于学生从学习生物学之初就带着大科学视角审视学科本质[2]。
二、STEAM教育理念在初中生物教学中的应用
现以初中人教版《生物学》八年级下册第七单元《生物圈中生命的延续和发展》第一章《生物的生殖和发育》中第四节的“鸟的生殖和发育”一课为例，分析如何运用STEAM教育理念，从学生的角度出发，与学生的经历和经验相结合，确立学生在学习中的主体地位，关注学生的终身可持续发展，提升学生的生物学核心素养。
1.生动引入，以“Art”为催化剂，激发学生的学习兴趣
“鸟的生殖与发育”这节课，学生是在学习了八年级上册第五单元第一章《动物的主要类群》中的第六节“鸟”的基础上，已经初步了解了鸟适于飞行的结构特点，在学习完这一课后，不少学生对形态各异的鸟类产生了浓厚的兴趣。在课余时间，教师会带着学生一起到野外观鸟。于是，教师可以此作为切入点，与学生共同分享观鸟社师生利用望远镜和照相机等现代科技工具观鸟的乐趣与意义。
在课堂上，通过展示一张张师生们利用照相机、手机等拍摄到的鸟类图片，呈现给学生体形各异、颜色丰富的鸟类世界，还可以引入自然观察笔记，展示部分学生的手绘鸟和观察记录，再一次进行艺术熏陶，“Art”作为一种催化剂，迅速吸引了学生的注意力，让学生更积极地投入到本节课的学习中。
鸟类是目前存在于自然界中较容易为人类所接近的一类野生动物。观察是人类开展科学研究最为原始也最直接的方法，观鸟最大的意义在于搜集必要数据，为野生鸟类学研究提供一个数据基础。这些记录的数据，其实就是运用了一种数学的方法。通过参与观鸟活动还可以进一步亲近自然，放松身心；因此，通过课前引入观鸟概念，很好地培养了学生的科学、艺术和数学素养，并让其付诸于行动，积极参与到爱鸟、护鸟和保护环境行动中来。
在介绍鸟类的生殖过程时，教师可以北京“鸟巢”体育馆为例，展现一座集仿生、科学、技术、艺术和数学为一体的我国著名建筑物，再与学生们通过观看视频，欣赏各种鸟类建筑的各式各样的鸟巢，共同探讨自然界中的鸟巢，解释自然科学现象，将科学概念和艺术、生活完美地相结合。
2.设计探究活动，利用STEAM理念解决问题
一项STEAM课题的完成，需要各种技能的配合，实现深层次的学习、理解性学习。
探究鸡卵的结构是本节课的重点与难点内容。因此，教师在教学过程中，可以应用STEAM教育理念，巧妙地设计几个探究活动，让学生发现问题，从表到里，全方位地通过自主设计的探究方案了解了鸡卵的结构，在此过程中，教师教的是“思考方法”，而不是“知识点”，学生的生物学核心素养和跨学科能力都得到了有效的发展。
首先，通过简单的连图游戏，给鸟卵找妈妈，引出不同的鸟所生的卵大小、颜色会有不同，甚至是同种鸟，由于食物、孵化的时间等差异，颜色和大小也会有区别，这些形态各异、色彩斑斓的鸟卵，既是艺术品，也是生物适应自然的体现，引导学生保护环境的意识。
在观察鸡卵外形这一环节中，可以邀请学生进行演示，用鸡卵和同质量的圆形球做滚动比赛，比较并思考鸟卵呈椭圆形的意义，从数学、力学的角度理解生物适应环境的特征。
“观察鸡卵内部结构”是本节课的重点难点问题。因此，在这一环节的教学中，教师可以利用小组合作探究的方式，首先提出疑问：在解剖过程中，如何才能使倒出的卵白和卵黄完整无损？做菜时敲开生鸡蛋会破坏鸡蛋的完整性，因此，为保障在剥离卵壳和卵壳膜不损坏内部结构，需要一定的知识和技巧，如要找到气室的一端并敲开小洞，然后用镊子将破裂的卵壳连同外壳膜一同除去，这过程看似简单，却包含了生物学、工程学和物理学的原理。当将卵黄和卵白一起倒出后，在相应结构位置上如何更美观地贴上标签，这每一步骤，都需要学生利用个人的艺术、技术等素养。
3.探究过程，锻炼团队意识，进行群体性知识建构
STEAM教育理念强调在群体协同中相互帮助、相互启发，通过学生自己探索和思考，往往会有很多创新的点子，在这个过程中，他们的思维得到了锻炼，从而建构起群体性知识结构体系。
在探究卵壳作用这个探究活动中，可以让学生展开头脑风暴，自主设计鸡卵承重的方案。学生通过小组讨论，集思广益，提出用手捏鸡卵、碰撞或用重物压鸡卵的方法。教师引导学生设计可行方案，例如控制变量方面，如何才能保证鸡蛋受力均匀？小组成员会与生活经验相结合，潜意识上也运用了物理学原理，手握鸡卵的处理方式让学生对蛋壳的承重有一定的感性认识。那么，如何才能更精确地知道鸡蛋的受力情况？压重物的方式成为学生们的首选。在鸡卵的排列和重物的摆放等结构问题上，学生会运用到工程学原理，限于学生的认知水平和实验能力，有的小组会由于鸡卵的受力不均匀，虽然实验没有达到他们预期结果，但他们会自我总结经验，再作新尝试。最后，学生通过称量重物，分析比较理解了卵壳的保护作用。在此环节中，学生们的合作意识得到了锤炼，所获得的知识都是经过大家共同探讨得出的，群体性知识结构就这样建构起来了。
4.课堂总结，用“Art”手法提升生物学核心素养
在课堂总结部分，教师利用板书，将“鸟的生殖和发育过程”和“鸟卵的结构”这两大部分有机地结合起来。教师通过有计划、有组织地对“鸟的生殖和发育”两大部分进行板书编排，文字与画图相结合，配以与学生互动总结，使学生在直观上感到一种动态美乃至艺术之美，有效地体现了科学性和艺术性，学生不但赏心悦目，兴趣盎然，还活化了知识，对知识加深理解与记忆。
三、对STEAM教育理念在初中生物教学应用的思考
通过以上教学案例分析可以看出，随着21世纪教育信息化时代的变化， STEAM教育模式将成为未来教育的一种趋势，对综合性教育人才的培养也是至关重要和必然的趋势，因此，开展利用STEAM教育理念融合初中生物学教学的过程中，使我获益良多。
1.学生主动参与到课堂学习中
真实情境的问题引领，环环相扣的深入探究，自主合作的小组学习，手脑并用的学习方式，新颖直观的教学手段，STEAM 教学资源的完美融合，极大激发了学生学习的原动力，让学生主动参与、积极思维、合作探究、深度学习，改变学生被动学习的学习方式。
2.有利于教学目标的达成
从课堂反馈显示，学生通过一系列探究鸟卵结构的深刻体验，不仅学会了构建物理模型的一般方法，还加深了对卵壳作用、鸟卵结构与功能适应等重、难点的理解。另外，还可以在课前组织学生自制鸟卵模型，不但让学生更深刻理解鸟卵的结构，还培养学生的艺术和技术综合能力，从而提高了生物学的教学效益。
3.有利于发展学生的生物学学科核心素养
在解决现实问题中综合应用所学的生物学、技术、工程学、数学、艺术等知识，提高学生的综合应用能力，培养学生发现自然科学之美和珍爱生命的情怀；学生在探究鸟卵的结构、观鸟实践活动中学习科学知识，提高探究能力、实践能力和创新能力，发展生物学学科核心素养。因此，STEAM 教育成为深入推进课程改革、素质教育，培养21世纪创新人才的有效途径之一。
目前STEAM教育在国内还是个新兴领域，尚未形成完整的理论体系和操作性强的教学模式。尚存在着教师对STEAM教育的理论、特点和教学方式缺乏深入理解，在实施过程中，容易出现缺乏科学的教学设计，缺乏基础性学科知识融合的探究等问题。因此不能生搬硬套美国STEAM教育模式，应结合我国生物科学教育的实际，汲取STEAM教育理念的精髓，继承发扬我国基础教育课程内容结构严谨，系统性、逻辑性强的优点，围绕学生生物学学科核心素养的培养，突出生物学科特点，结合生物学教学实际，灵活运用STEAM跨学科教学资源，科学设计STEAM融合教学方案，合理安排教学时间，促进学生在自主、合作、探究中提高学习效率，探索有中国特色STEAM融合生物学教学的方法途径，为培养国家未来创新人才贡献力量。
参考文献：
[1] 张峰.融合STEAM理念的初中生物学实验教学实践与思考[J]. 生物学教学. 2019年（第44卷）第6期. 49-50.
[2]人民教育出版社课程教材研究所．生物必修 1 分子与细胞( 第2版) ［M］．北京: 人民教育出版社，2007．
（本文系广州市教育科学规划2016年名师专项课题“运用‘情境——问题’教学模式主动探究初中生物学核心概念的案例研究”（立项编号：1201544097）研究成果之一。