STEAM教育在高校生物实验课的教学改革与实践

1、STEAM教育在高校生物实验课的教学改革与实践摘要STEAM教育是跨学科整合的一种综合教育模式。该教学项目从不同的角度，将STEAM教育理念融入生物学实验教学 方法的设计中，使学生在理解生物学知识的基础上，体会艺术与科学的交叉融合，体验科学实验的乐趣。不仅有助于加深理解和 掌握相关的生物学知识，也能提高教学语言的艺术性，活跃学生的学习思维，激发学生的学习兴趣，增强教学效果。该教学方法的 改革实践受到同行和学生的好评，收到良好的教学效果，同时也提升了学生的科学素养。关键词生物学；高校实验教学；STEAM教育中国文化源远流长，诗词和音乐都是中华古 典文学的瑰宝,包含深刻的文化底蕴，而且有些诗 词中

2、也蕴藏着丰富的生物学知识。STEAM教育就 是将科学(Science)$技术(Technology)、工程(Engineering) 、艺术(Art)及数学(Mathematics)五个学 科的相互整合的综合性教育方式。当下,STEAM教 育在教育教学的发展中提升了科技发展的竞争 力,强调对学生综合素养和能力的培养。本教师团 队在生物学的课堂教学中，将生物学知识与诗词 文化和音乐巧妙结合，不仅有助于加深理解和掌 握相关的生物学知识，也能提高教学语言的艺术 性,有利于活跃学生的学习思维，激发学生们的学 习兴趣，增强教学效果。这类实践目前有见于理论 课教学，且以引用古诗词为主1#本文结合该教学 团

3、队近几年在生物实验课程中的教学改革与实 践，浅谈一些根据实验课程内容引用和自编诗词 兼用，并且配以音乐制作短视频的教学实践方法。一、与诗词相结合的生物学知识授课以普通生物学实验课中的一节“校园植物多 样性”为例。实验目的是认识校园中的代表性植 物，感受校园风光。在这节课里，教师精心策划了 人文和诗词的导入，通过人文和古诗词中的故事 情节引入要讲授的课程内容，将生物学知识和人 文知识相结合，激发学生的学习兴趣，启发学生思 考。例如，在介绍木棉(木棉科)时，引用清代诗人 陈恭尹的木棉花歌，第一句“粤江二月三月天， 千树万树朱花开”。启发学生观察木棉花开的季节 和花的形态特征，然后再切入主题，引发学

4、生思考 木棉的开花时期。下一句“覆之如铃仰如爵，赤瓣 熊熊星有角”引发学生观察木棉花的特有形状，像 5个角的铃铛。再有“愿为飞絮衣天下，不道边风朔 雪寒”指的是木棉花落结果,果荚开裂释放的棉絮 可以做织衣的用途和奉献精神，进而展开介绍木 棉花作为中国近代和现代革命的策源地一广州 的市花，也叫英雄树，象征着广州蓬勃向上的事业 和生机，激励着人们报效祖国的豪情壮志。讲完 木棉花歌之后，为加固学生对木棉形状特征和 所蕴含精神的理解，教学团队拍摄校园内的木棉 图，配以自编诗词：“满眼一园绿，独见一树红。形 如铃角散，魂誉烈英忠。虽妍无千媚，英气盖皓穹。 花前歌在耳,何处觅英雄？ ”通过诵读诗歌加深学

5、生印象。除了木棉，校园中还有很多植物,如铁树、紫 薇、荷花、刺桐等，有很多古诗词都是描述它们的 特征和美态，而且在这些诗词中也寄托了诗人的 情思，将它们引入教学中，可以激发学生的思考和 对大自然的赞美之情。但有时候，古诗词中的情思 不足以满足课程教学的导向。为此，教学团队的教 师自编了些拙诗小词分享给学生，既描述植物又 适当加入一些爱学生、爱校园的教师情怀。例如介 绍校园中一棵百年小叶榕时，自编诗词百年古 榕，前四句描述小叶榕的枝繁叶茂和百年沧桑, 后四句“今逢盛世聆书声，静看高教改革兴。盼见 桃李誉天下，榕下共叙母校情”，形容百年古榕见 证母校高等教育改革的成功，盼着学子们成才。在课堂教学中

6、加入这些诗词，大大增强了学 生们的学习兴趣。教学团队的教师拍摄了校园植 物不同生长时期的照片，把植物照片按照花、叶的 形态和树木的生理特性分成三组，第一组图片介 绍校园里可以开花的植物，主题为“乱花渐欲迷人 眼”（诗词出自白居易的钱塘湖春行），向学生介 绍多姿多彩的开花植物。第二组图片介绍校园里 不同叶型的植物,主题为“百叶缤纷斗芳菲”，介绍 植物叶片不同的形状特征，近距离观察校园中植 物叶片形状的千姿百态，借此机会可以让每天刻 苦学习的学生近距离感受植物细微的美，享受大 自然的美。第三组图片介绍不同种类的树木，主题 为“树有千姿各不同”，校园里有很多很美的热带 树木，通过观察和欣赏这些树木，

7、可以隐隐感受到 夏天的炎热与树下的清凉。最后，综合校园内各种 植物的景色，配上诗词和古典轻音乐，制作成音乐 视频课件，播放给学生欣赏。在视频的末尾，特别 地用一首自编的如梦令“今日南科信步，暂别墨香 书蠹。喜小溪清幽，细润芳菲一路。且住，且住，凝 听树语花赋！ ”开启徒步校园实地辨认植物之旅。 虽然自编的诗词水平比不上古诗词，但是这种寓 诗于教，用音乐视频做教学展示的教学方式很受 学生欢迎，营造了轻松且具有古典韵味的校园意 境。学生评价说“每天都要走过的校园从现在起感 觉再不一样了”。此课件参加“2016年南科大青年 教师授课竞赛”，获得实验组特等奖，有评委说“虽 然天天走在校园里，但第一次感

8、觉到校园里的诗 情画意”。通过几年的教学实践和学生、评委的评 价，客观地反映出这种教学模式改革初步的成功。二、与诗词相结合的学生实验结果引导“生活中不是缺少美，而是缺少发现美的眼 睛”。生物实验不是枯燥的，只是缺乏挖掘的角度。 教学团队的教师从不同的角度，将诗词融入实验 教学方法的设计中，引发学生从不同的视角去进 行实验操作和分析实验结果。同一个实验结果，经 过教师对教学模式的巧妙设计，使学生在做实验 的同时，也体验到实验的乐趣。以本校大学二年级 生物系开放的微生物学实验课为例，学生需要使 用接菌环进行实验操作，而且接菌环必须要通过 酒精灯火焰烧红才能达到消毒杀菌的效果，烧红 之后的接种环很烫

9、，直接接种容易烫死实验菌株， 因此必须要放凉至室温才能继续进行下一步的实 验操作，并且实验操作的全过程需要在酒精灯旁 完成，学生很容易漏掉其中几个环节。因此，教师 自编诗词“红透环丝须放凉，轻轻划线倚火旁”。学 生通过记住诗词从而记住实验操作的要点。通过 观察,学生的实验结果出现错误的情况逐渐减少， 说明这种诗词相结合的实验教学模式可以达到良 好的教学效果，是一种教学模式的创新。还有一节课是讲解革兰氏染色的方法，革兰 氏染色是鉴别革兰氏阳性细菌和阴性细菌的常用 实验方法2o通过诗词相结合的教学方式也收到 了不错的教学效果。染色流程是细菌样品先经过 结晶紫初染和革兰氏碘液媒染，结晶紫与碘的复 合

10、物在细胞壁内形成和沉积，然后再经乙醇脱色、 番红复染。革兰氏阳性菌由于细胞壁中肽聚糖层 厚、交联致密，脂质含量低，在遇乙醇脱色时细胞 壁脱水,网孔因失水缩小，结晶紫与碘复合物被留 在壁内，最终结果细菌呈现出蓝紫色。而革兰氏阴 性菌因其细胞壁肽聚糖层薄、外膜层类脂含量高、 在遇乙醇脱色后,结晶紫与碘复合物易于溶出，后 经番红复染，最终结果细菌呈现出红色。学生在做 这个实验时，经常由于错误的实验操作导致结果 失败。比如，在显微镜下观察发现细菌样品被染成 一半蓝一半红，颜色边界泾渭分明，出现“半江瑟 瑟半江红”的画面（诗词出自白居易暮江吟）如 图1。根据这个实验结果，教师引导学生分析实验 失败的原因

11、，可能是由于染色时结晶紫染液未完 全覆盖细菌样品，被结晶紫染液覆盖的样品着色 成蓝紫色;未覆盖染液结晶紫的样品没有被着色， 后续样品经过媒染、脱色、复染等步骤，最后被番 红染成红色，因此造成一半样品为蓝紫色,另一半 样品为红色的错误结果。除了上述描述的原因之 外，学生分析也可能是用95%乙醇脱色处理时脱 色不均匀,造成这样颜色不均一的现象。虽然这是 一次错误的实验结果，但是显微镜下美丽的画面 却能引发学生独立思考科学原理，分析可能造成 实验失败的种种原因，那么当学生再次重复实验 操作的时候，就会避免类似的错误发生，做出相对 完美的正确结果。所以，教学实验的最终目的不是 以做出正确结果为结尾，关

12、键在于引导学生的科 研思维和锻炼学生的动手操作能力，这才是微生 物实验课所期望达到的最终培养目的。图1 Staphylococcus warneri革兰氏染色显微镜图 片（放大倍数1000X）通过诗词相结合的教学模式的教学引导，将 STEAM教学的概念融入实验当中，为微生物实验 课增加了多姿多彩的“结果”。比如，淀粉水解实 验，实验用的培养基为可溶性淀粉培养基,其中含 有可溶性淀粉和台盼蓝（Trypan Blue）等成分，其 中台盼蓝可以和淀粉非共价结合，台盼蓝为蓝色 的染料，因此培养基呈现蓝色。有些细菌如Bacillus subtilis能分泌一种胞外酶，即0 -淀粉酶。此 酶可以将大分子长

13、链的淀粉水解为单糖、糊精、麦 芽糖和葡萄糖。所以在培养上有淀粉的地方呈现 蓝色，如果淀粉被细菌分泌的0-淀粉酶水解，那 么该片区域不呈现蓝色（图2）。因此该实验可用于 检测细菌是否分泌0-淀粉酶。在实验过程中，有 的学生发挥想象，在培养基上用细菌作画，画太 阳、星星和月亮等图案，可谓是“点点菌落谱星 阳”，还有画成星星和心，变成“熠熠生辉照心房”。 在实验结果中，如果该细菌可以分泌0 -淀粉酶, 那么分泌出的0 -淀粉酶将附近的淀粉水解，沿细 菌的轨迹形成一个透明的环。学生在创作熠熠生图2淀粉水解实验图3油脂水解实验辉的太阳或星星等诗意化画面的同时,观察到“光 圈”的产生也更加深刻地理解了实验

14、原理。这一实 验结果得到了美术系老师的大大赞美。体现了艺 术与科学的完美结合。类似的实验还有脂肪酶水解实验。该实验的 目的是检测可以分泌脂肪酶的细菌。脂肪酶可以 分解培养基中的油脂生成甘油及脂肪酸。脂肪酸 使培养基pH下降，油脂培养基中的pH指示剂中性 红呈现出红色，因此细菌周围培养基中的油滴变 成红色勺（图3）。在用细菌接种的时候，学生充分 发挥了想象，用细菌描绘出一幅幅培养基上的图 画，比如下图中黄色的睫毛和红色的眼睛,证实了 Staphylococcus warneri可以分泌脂肪酶，脂肪酶可 以分解培养基中的油脂生成甘油及脂肪酸，最终 使细菌周围的油滴变色，创作出红色的眼睛，正好 似“

15、画眸犹如胭脂妆”。在实验课的教学总结环节，教师收集了学生 的这些创意结果图，结合微生物实验操作的重点 和难点，自填诗词浣溪沙:“红透环丝须放凉，轻 轻划线倚火旁，点点菌落谱星阳。谁道实验枯味 重？画眸犹如胭脂妆，枯枝寄花爱未央”。再配以图 片和古典轻音乐，制作出诗意的实验花絮TV,这样 的教学形式很受学生欢迎,在期末评教中，有学生 匿名评价“授课言语生动,化腐朽为神奇,只要有 心,什么都可以艺术化！ 这也证明了将科学、诗 词和艺术相融合的教学改革的成功。同样的实验课教学方式也应用在其他实验课 中。教学方法还可以根据该课程的实验内容，用诗 意的语言做出精练的回顾性总结，结合图片和音 乐，制作出音

16、乐视频。比如，微生物学实验课的回 顾总结，再见，微生物学实验;植物生理学实验 课的回顾总结，这半年，我们一起做过的实验。 这种教学模式，让学生轻松愉快地简短回顾课程 内容,记忆实验方法，很受学生欢迎。三、与诗词相结合的生物实验教学改革总结通过几年的诗词和音乐相结合的生物实验教 学实践，本教师团队形成自己独特的教学风格，收 到同行教师和学生的好评。学生匿名评教分数从 9293分升到99分以上（学校课程评教分数为90分 左右）。2017年教师节授课教师被学生在南科新 知上评为“学堂飞花奖”（可见2017-09-09）#以上讲解的几个与诗词和音乐相结合的实 例，说明在生物实验课授课中可以根据课程内容 因势引导,在理解生物学知识的基础上，渗入人文 精神,引入诗词歌赋,提高课堂语言的艺术性,让 学生体会诗意的意境美的同时，同时理解科学的 实验原理与方法。这与当下科学教育领域所提倡 的S TEAM（科学、技术、工程、艺术、数学）教育理念 高度吻合，是寻找艺术和科学交叉与融合的一种 方式。正如学生匿名评语所言，“总是鼓励我们在 追寻科学真理的同时也要追求美，给我很大的启 发。”说明该教学模式已经对学生产生了很大影 响。本实验教学方法的改革旨在引导学生既追求 科学与真理，也追求艺术，陶冶性情。而且,科学与 艺术的融通，是一种时代的要求，也是