STEAM理念下高中生物实验课堂教学与反思

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2024年7月22日发(作者：)

STEAM理念下高中生物实验课堂教学与反

思

作者：吕红梅

来源：《学校教育研究》2021年第07期

STEAM教育是由STEM演变而来的，是科学（Science）、技术（Technology）、工程

（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）这五门学科英文字母的缩写，是一种跨

学科整合的教育模式。北京师范大学教育技术学院院长余胜泉等认为，STEAM 课程具有跨学

科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等特点。这种

教育模式，可以加强学科间的相互配合，让学生在综合的环境中学习，在项目探究活动中，应

用多学科的知识分析问题、解决问题。

本文以人教版高中生物选修一“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”为例，尝试运用

STEAM理念，开展项目式探究，以提高学生的科学实践、创新思维、社会责任等核心素养。

本文将按时间顺序分步介绍不同探究阶段的项目活动和探究过程。

一、前期项目探究

1.教材实验过程介绍

本次实验的基本步骤为：土壤取样→制备培养基→样品的稀释→取样涂布→培养与观察。

2.前期项目开展

笔者先带领生物社团的学生，按教材内容开展前期探究。由于开始没进行预实验，选取的

稀释浓度按教材提供的104、105、106，实验结果并没有达到预期效果，以尿素为唯一氮源的

选择培养基上生长的菌落数量很少。

3.前期结果分析

兴趣小组查阅了相关资料，讨论分析后得出失败的原因可能有：小花园中分解尿素的微生

物比较少，而且稀释浓度太高;土壤样液没有充分振荡，导致微生物浓度较低。

二、中期项目探究

此次项目内容做了调整，分解为3个具体任务：①探究菜园（经常施加农家肥）的土壤中

尿素分解菌的浓度;②探究分离尿素分解菌的最适稀释度。③探究不同温度下分解尿素的细菌

的生长状况。本次分了2个小组分别进行探究。

1.实验步骤的初步改进

在土壤稀释时土壤样液用振荡器充分振荡30分钟后再进行分步稀释，并且本次稀释度调

整为102、103、104、105、106、107，增加稀释度的范围。

2.土样选取区域和培养温度的改变

小组讨论决定从经常施用农家肥的菜园取土样。增设了室温（26℃左右）和恒温（35℃）

做对照。从结果分析，花园土样中分解尿素的细菌数量比校园中的多，且适宜稀释度应在

102、103、104。

经过小组分析讨论、实验改进和合作探究，微生物数量显著提高，项目学习初步取得成

功。

三、后期项目探究与汇报

后期项目中全班分成8个项目小组，分别进行实验探究，最后以汇报的形式在班级展示。

1.课堂教学导入

以教材问题探讨带入课堂，让同学们了解分离分解尿素的细菌的实验重要性和必要性，引

起学生的探究欲望。

2.确定课题设计思路

展示资料：“黄石公园的热泉中分离出Taq细菌，从而得到耐高温的DNA聚合酶”“胜利油

田被石油污染的土壤中分离出能降解柴油的酵母菌”，引导学生总结得出筛选分离菌株应该从

其相适应的环境中去寻找。

3.计数方法的探究

对平板划线法和稀释涂布平板法做比较，分析两者的异同，确定对活菌的计数要用稀释涂

布平板法。此外，为了遵循实验的可重复性原则，防止偶然因素的干扰，每个稀释度至少涂3

个平板。

4.小组汇报分析

各小组对实验过程和注意事项进行了分析、反思后，最终以视频和图片等形式进行汇报。

①土壤取样：取样同学视频演示了取土过程，并强调指出，取样的工具（铲子和信封）需

要灭菌，且要从潮湿的距地表3—8cm处，不同区域取样实验结果会有差别。如菜园土样中稀

释度为102分别计数为241、223、229;花园土样则为103、88、92

②制备培养基：基本步骤为计算→称量→熔化→灭菌→倒平板。学生特别强点了牛肉膏的

称取方法，录制播放了操作视频，生动地演示了操作过程中的窘态和无奈。此外，倒平板时温

度不能太低，否则培养基会凝固，还有培养基不能太多也不能太少。学生视频演示了倒平板的

规范操作，强调在火焰旁操作，并且要注意培养皿打开一条缝隙而不要完全打开。

③样品的稀释：学生视频演示操作过程，强调称量土壤需在酒精灯旁，稀释前样液需要充

分震荡，试管要做好标记，移液枪的枪头要灭菌，由于从高浓度到低浓度稀释，需要换枪头。

④取样涂布：学生视频演示规范的操作过程，本次可以从低浓度向高浓度取样，不必换枪

头。同学们反思了操作时的错误步骤，⑤微生物的培养观察与计数：小组讨论决定实验设置两

个温度，分别是室温和恒温（35℃），每隔培养24小时观察一次，室温下的继续培养3—5

天，观察霉菌的生长情况。待菌落数目稳定后，计数并做好记录。

记录数据时，我们发现有的实验组数据差距很大，比如：104实验组的数据是：83、77、

301，还有的组发现，选择培养基中细菌的数目比牛肉膏蛋白胨的大，可能是哪些原因造成

的？实验数据应该如何处理呢？学生们在记录和处理数据时发现实验成果的来之不易，从而提

升了学生对生命科学的认知和科学探索的精神。

5.小组发问讨论

经过实践活动和小组的汇报分析，学生对实验的操作过程和方法已熟练掌握，关于本课题

还有哪些疑惑呢？下一个环节就是学生发问，互相讨论，最后总结归纳得出结论。

最后老师引导学生查阅资料，搜索到了自己感兴趣的方向，继续关注和实践探究。

四、反思和展望

本实验运用STEAM理念和方法，以项目设计为主题，以学生实践为中心，以小组分工合

作为学习形式，将科学实验、行为和语言、数学、视觉、听觉进行融合，比传统生物教学更能

激发学生对生物科学的学习兴趣。学生在科学探究的过程中，不断地发现问题、解决问题、再

发现问题、再解决问题，逐步提升了实践能力、创新思维、合作探究等生物學科素养。在学习

成果的分享展示环节中也可以让学生有被肯定的满足感和成就感。

STEAM教育是科技发展的需求。当下，生物实验课堂教学的主要问题是实验室条件不足

和实验时间的限制。相信只要我们不断地探究、实践和总结，在不久的将来一定会完善出一套

适合中国教育国情的STEAM教育体系，培养出更多的新时代发展所需要的综合性人才。

天津市武清区杨村第三中学 吕红梅

本文标签： 学生实验探究稀释教育