摘 要：本文以STEAM教育理念為背景，根據(jù)“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”的教學(xué)方法，以人教版普通高中教科書(shū)《生物學(xué)·選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》第1章“發(fā)酵工程”為主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，以“如何制作出安全好喝的果酒果醋”為項(xiàng)目主題實(shí)施教學(xué)，旨在闡明高中生物學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的策略和方法，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理念；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；生物學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）10-0015-03

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

STEAM教育是將科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合性課程，強(qiáng)調(diào)綜合性、實(shí)踐性、活動(dòng)性、批判性、創(chuàng)新性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，簡(jiǎn)稱(chēng)PBL）也稱(chēng)專(zhuān)題學(xué)習(xí)，是讓學(xué)生圍繞真實(shí)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)任務(wù)，綜合各學(xué)科知識(shí)，在合作學(xué)習(xí)的環(huán)境下，設(shè)計(jì)并實(shí)施一系列探究活動(dòng)，并把探究成果進(jìn)行展示和交流的教學(xué)模式。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)既是學(xué)生對(duì)真實(shí)復(fù)雜問(wèn)題的探究過(guò)程，也是精心設(shè)計(jì)項(xiàng)目作品、規(guī)劃和實(shí)施項(xiàng)目任務(wù)的過(guò)程。^［1］兩者在跨學(xué)科學(xué)習(xí)和最終的培養(yǎng)目標(biāo)上相契合，因此，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是STEAM教育理念常用的教學(xué)模式。^［2］

1 “項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”活動(dòng)的整體設(shè)計(jì)模式

根據(jù)已有的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，筆者總結(jié)出項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)模式，該模式包括三個(gè)階段：確定項(xiàng)目主題、項(xiàng)目探究過(guò)程、項(xiàng)目展示與評(píng)價(jià)（見(jiàn)圖1）。下面筆者以人教版普通高中教科書(shū)《生物學(xué)·選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“教材”）第1章“發(fā)酵工程”的內(nèi)容作為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主題來(lái)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，闡明STEAM教育理念背景下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

2 “項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”活動(dòng)模式的實(shí)施

2.1 確定項(xiàng)目主題

教材內(nèi)容既是對(duì)必修課程內(nèi)容的擴(kuò)展和應(yīng)用，又是對(duì)生物技術(shù)和工程的認(rèn)識(shí)及理解，且更注重實(shí)踐，非常貼合STEAM教育理念，適合進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。其中“發(fā)酵工程”與生活生產(chǎn)聯(lián)系緊密，實(shí)驗(yàn)周期短，設(shè)施設(shè)備簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)材料易得，因此筆者將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主題定為“如何制作出安全好喝的果酒果醋”。根據(jù)學(xué)習(xí)的主題，師生梳理出了一系列問(wèn)題清單（見(jiàn)圖2），并創(chuàng)建項(xiàng)目規(guī)劃圖（見(jiàn)圖3）。

2.1.1 什么是安全好喝的果酒果醋？

微生物發(fā)酵過(guò)程中應(yīng)盡量避免雜菌污染，同時(shí)發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生甲醇、甲醛等有害物質(zhì)，有害物質(zhì)含量過(guò)高對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生傷害甚至致命?！鞍踩敝傅氖羌状嫉群靠刂圃谑称钒踩珖?guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且發(fā)酵液中優(yōu)勢(shì)菌種為發(fā)酵菌，雜菌種類(lèi)和數(shù)量控制在食品安全規(guī)定范圍內(nèi)?！昂煤取睕](méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)為“色、香、味”以及酒精度、甜度、酸堿度等，釀制成功的果酒果醋澄清透明、色澤鮮亮、沒(méi)有異味、含有果香和酒味、醋味，口感醇香細(xì)膩。

2.1.2 指標(biāo)檢測(cè)的方法有哪些？

學(xué)生通過(guò)文獻(xiàn)查閱，了解到食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中甲醇、甲醛的檢測(cè)方法以及檢出限與定量限，但是常用于檢測(cè)的色譜法現(xiàn)階段難以開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)教材了解到微生物計(jì)數(shù)可使用顯微鏡直接計(jì)數(shù)法和稀釋涂布平板法，微生物種類(lèi)的鑒定需要學(xué)會(huì)微生物的培養(yǎng)分離技術(shù)以及菌種鑒定的技術(shù)。同時(shí)學(xué)生了解到重鉻酸鉀可以與酒精反應(yīng)變色，并且利用分光光度計(jì)可以定量測(cè)定酒精含量。但是通過(guò)分析有學(xué)生提出疑問(wèn)：果酒成分復(fù)雜，且本身具有顏色，能否使用該方法來(lái)定量檢測(cè)酒精含量？學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并通過(guò)實(shí)踐來(lái)解決疑問(wèn)。

2.1.3 影響指標(biāo)的因素有哪些？

師生通過(guò)討論得出，影響上述指標(biāo)的因素主要有水果種類(lèi)與產(chǎn)地、發(fā)酵的條件與裝置以及發(fā)酵的菌種等。根據(jù)這些問(wèn)題，學(xué)生可分組對(duì)影響因素進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，以?xún)?yōu)化發(fā)酵流程。

2.2 項(xiàng)目探究過(guò)程

通過(guò)討論，學(xué)生最后選擇葡萄為材料進(jìn)行果酒制作，不同小組之間設(shè)置不同葡萄品種、是否添加蔗糖、是否接種酵母菌等變量來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。發(fā)酵完成后，學(xué)生對(duì)葡萄酒、葡萄醋的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)并記錄。

小組分享匯報(bào)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)并提出了一系列問(wèn)題：葡萄醋的pH與葡萄酒相似，甚至略高，與預(yù)期不符；利用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板對(duì)發(fā)酵液中酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，無(wú)法通過(guò)形態(tài)準(zhǔn)確判斷酵母菌的狀態(tài)；不同葡萄酒中酵母菌的濃度和形態(tài)有較大的差異；醋酸菌菌體更加微小，難以在顯微鏡下觀察和區(qū)分等。師生討論后對(duì)問(wèn)題提出了很多假設(shè)以及驗(yàn)證假設(shè)的方法，形成進(jìn)一步探究的問(wèn)題及方案規(guī)劃（見(jiàn)圖4），其中培養(yǎng)基的配制、倒平板等環(huán)節(jié)可讓學(xué)生課后操作。

學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)微生物培養(yǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)，配制PDA培養(yǎng)基和LB瓊脂培養(yǎng)基，分別對(duì)葡萄酒中的真菌和葡萄醋中的細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)與觀察。學(xué)生用PDA培養(yǎng)基對(duì)葡萄酒發(fā)酵液進(jìn)行涂布，發(fā)現(xiàn)第二小組涂布的三個(gè)平板中只有一個(gè)平板上長(zhǎng)了兩個(gè)菌落，第四小組涂布的三個(gè)平板上均沒(méi)有長(zhǎng)出菌落，其他小組的培養(yǎng)結(jié)果與預(yù)期相符，均形成了一定數(shù)量的酵母菌落。學(xué)生經(jīng)過(guò)討論，提出幾種可能的原因：實(shí)驗(yàn)誤差；取樣前沒(méi)有振蕩混勻；發(fā)酵充分導(dǎo)致發(fā)酵液條件不利于菌體生長(zhǎng)，使其處于休眠狀態(tài)甚至死亡。于是學(xué)生提議重復(fù)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)將葡萄酒發(fā)酵液轉(zhuǎn)移至液體培養(yǎng)基進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，72h后進(jìn)行涂布，觀察結(jié)果來(lái)驗(yàn)證自己的假設(shè)。擴(kuò)大培養(yǎng)72h并涂布后，第二小組發(fā)現(xiàn)酵母菌數(shù)量大大增加，而第四小組的平板上始終沒(méi)有出現(xiàn)菌落。學(xué)生對(duì)出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，獲得初步結(jié)論。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷體驗(yàn)“觀察現(xiàn)象—提出問(wèn)題—提出假說(shuō)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—驗(yàn)證假說(shuō)”的科學(xué)研究流程。在制酒的過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)并實(shí)踐酵母菌的代謝類(lèi)型、影響因素、傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)以及微生物的分離培養(yǎng)與計(jì)數(shù)方法等內(nèi)容，真正做到理論聯(lián)系實(shí)際，在探究式的主動(dòng)學(xué)習(xí)中發(fā)展自身的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

學(xué)生用LB瓊脂培養(yǎng)基對(duì)果醋進(jìn)行涂布后培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)不同小組的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的醋酸菌菌落形態(tài)有較大差異，甚至同一個(gè)平板上的菌落形態(tài)也有很大差異（見(jiàn)圖5）。于是學(xué)生又提出新的問(wèn)題：不同形態(tài)的菌落是同一種菌還是不同的菌？如何進(jìn)一步鑒別？教師講解這需要將菌種進(jìn)一步分離純化后使用分子鑒定的原理和方法，即對(duì)細(xì)菌的16S rRNA基因進(jìn)行檢測(cè)與鑒定。

2.3 項(xiàng)目展示與評(píng)價(jià)

該項(xiàng)目活動(dòng)的成果展示除了制作出安全好喝的葡萄酒之外，還要設(shè)計(jì)酒瓶以及廣告語(yǔ)來(lái)推廣產(chǎn)品。學(xué)生發(fā)揮自己的才能，分工合作，提交作品。最后小組交流匯報(bào)整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程以及收獲與感悟。教師對(duì)該項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生的評(píng)價(jià)，除紙筆測(cè)驗(yàn)以外，從參與小組討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作表現(xiàn)，到遞交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、匯報(bào)交流實(shí)踐成果，從制得葡萄酒到設(shè)計(jì)酒瓶、廣告詞，以及采用自評(píng)、互評(píng)、小組評(píng)與教師評(píng)相結(jié)合的形式，真正實(shí)現(xiàn)了多元評(píng)價(jià)方式。

反思項(xiàng)目活動(dòng)，教師針對(duì)STEAM教學(xué)目標(biāo)評(píng)估目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況，部分教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

3 總結(jié)

筆者以“發(fā)酵工程”為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的主題，使零碎的知識(shí)串聯(lián)并進(jìn)行學(xué)科融合，讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和生活技能得到鍛煉，在解決問(wèn)題的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維和創(chuàng)新能力的提升。新課程改革呼吁課堂教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，STEAM是一種教育理念，有別于傳統(tǒng)的單學(xué)科、重書(shū)本知識(shí)的教育方式，它注重思考方法而不是知識(shí)點(diǎn)，它注重團(tuán)隊(duì)合作而不是單打獨(dú)斗，它注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)而不是簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)技巧訓(xùn)練。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式是一種非預(yù)期、非線性的生成課堂模式，充滿(mǎn)了創(chuàng)新與改進(jìn)。教師以項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)模式，運(yùn)用生物學(xué)觀念，將科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、藝術(shù)和數(shù)學(xué)融入課堂教學(xué)，以幫助學(xué)生解決真實(shí)情境中的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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［2］錢(qián)雨.項(xiàng)目課程的內(nèi)涵、特征與生成［J］.全球教育展望，2022，51（8）：15-27.