STEAM教育理念在高中生物实验教学中的应用策略

引言:传统高中生物实验学科孤立、工学分离、理实分离等，学生不能获得完整的科学思维与创造能力。STEAM 理念关注 STEAM 五大学科的融合渗透，提出“以问题为导向—通过实践探究—多学科相互融合”的 STEAM 教学范式，有利于解决实验教学中的困境。高中生物学教材具有 STEAM 融合元素可供挖掘的实验很多，如“果酒制作”“植物培养”等实验，实验本身具有学科融合的元素。笔者结合自身多年的教学经验，针对 STEAM 教育理念在高中生物实验教学中的应用策略进行深入的分析和总结，现综述如下。

一、跨学科知识整合，构建系统性实验框架

STEAM 理念下高中生物实验教学中，以学科融合知识整合设计实验系统，以“果酒制作”实验为例，在《生物技术实践》中传统教学设计侧重于步骤再现，STEAM 整合设计不局限于学科内容：科学：理解酵母菌无氧发酵，应用微生物知识解释温度、pH 值对发酵产品的影响；技术：引入智能传感装置，检测发酵罐内的温度、酒精浓度的变化，软件实时反馈数据；工程：设计发酵装置并考虑装置的密封性、气体交换的效率，绘制工程图纸，构建发酵装置模型；数学：应用数学软件统计不同温度下酒精生成速度的变化，设计数学模型预测最佳发酵条件；艺术：设计美化发酵装置，设计符合环保要求的包装，提高产品对消费者的吸引力。在实施后，学生不仅掌握了果酒的制作方法，而且还能运用多学科综合分析，提出改进仪器结构、减小功耗等解决策略，充分展现了 STEAM 教育在促进多向思维和培养学生创新能力方面的优越性。

二、项目式学习驱动，深化实践探究能力

STEAM 项目教学 PBL 项目教学是目前被实践应用最多的 STEAM 教学模式。“植物组织培养”是《生物技术与工程》中一节，传统教学中以教师示范无菌操作，学生模仿教师方法操作为主。STEAM-PBL 以“蝴蝶兰的增殖与小校园展览展销”为综合大项目，学生需在 10 周时间内完成选苗、配制培养基等步骤，利用 3D 打印技术制作模具（组培瓶技术），设计温湿条件（温湿度条件设计，工程），设计正交性实验探究浓度对增殖率的影响（数学），制作科普海报宣传展销产品（艺术）。在项目教学中，某小组在最优条件下将蝴蝶兰生长因子由 3.2 提升到 4.5，3D 打印的模具使用培养基最多。组培项目完成后， 90% 的学生能独立完成整个组培项目过程，艺术包装、科学讲解相结合的展销成果受到校内外一致好评，证明了 STEAM 教育可塑造出具备交叉学科综合的实践操作能力和创新意识。

三、真实情境嵌入，强化社会责任感

STEAM 理念提倡将学习空间从课堂中解放出来，回归真实的社会生活，让学生融入社会情境中完成真实问题的解决，提升社会实践能力和社会责任感。例如在《稳态与环境》中设计“调查草地植物种群密度”的拓展，由简单的调查草地植物种类拓展为“设计一份校园生态修复方案并实施”：针对校园施工工地上的植被破坏现状，调查并测定土壤 pH 值，微生物种群种类，选出 12 份当地最适宜生长的旱生植被；利用无人机测定地形，结合 GIS 绘制 3D 种植地图；设计制作一个收集雨水的装置，结合虹吸技术装置，实现气候干燥时自动浇水；数学小组借助种群数量变化的 Logistics 理论模型，计算出不同植物种类配置的生物多样性恢复率，设计最适生物种群；艺术小组设计制作一幅幅保护生物多样性的墙体，将生物多样性保护理念融于图画之中。实施阶段，学生和学校后勤部门一起，建造了 200棵树、雨水收集装置；学生在项目实施阶段和当地社区合作完成 15% ~40%的种植绿化，年减水 150m³。学生制作的科普壁画用 AR 增强现实技术制作，学生扫描壁画即可看到植物生长动画，校内校外有500 人以上观看。学生的项目及低成本、可再生的修复方式还受到了其他 3 个社区的推广。这也充分体现了 STEAM 教育方式服务于社会生活，学生遇到的是真真切切、实实在在的生态问题，是他们对群落、生态系统稳定性等知识的再认知和再理解，是综合运用技术和工程系统，通过数学模型建构等技术手段，培养学生系统思维和解决实际问题能力的再训练，也是学生通过推广，去了解和感受科学家们为社会发展付出的努力，实现知识学习和服务社会相统一的目标。

结论:STEAM 教育理念为高中生物实验教学提供了新的思路，学生通过综合知识的学习形成整体性的科学思维，通过项目探究培养探究能力，通过情景模拟培养学生的社会责任意识。如人教版教材的 STEAM 教育实践，为高中生物实验教学的瓶颈问题提供了新的解决思路，也为未来社会的全面进步打下了坚实的基础，未来应开发更多 STEAM 教育本土课程，加强教师发展培训，实现生物实验教学从“知识传授”到“素养生成”的转变。

参考文献:

[1]陆佳楠.STEAM 教育理念在高中生物实验教学中的应用策略[J].试题与研究,2025,(21):54-56.

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[3]汤禹平.STEM 教育理念在高中生物实验教学中的应用策略[J].数理化解题研究,2023,(33):142-14