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摘要：STEAM教育是科学、技术、工程、艺术和数学等多门学科实行有条理融合的多学科教育，为了探讨STEAM教育理念与课程教学实践相结合的教学模式，本文以大豆为材料，紧紧围绕STEAM教育的趣味性、多维性、协作性和项目性对大豆科普课堂和科普实验进行设计，分析了此课程中跨学科知识的交汇融合和注重真实问题的解决的教学设计，不仅让学生进一步了解和认识大豆，学习传统豆制品的制作，更是领略了其中的科学道理，拓宽了学生的知识面。传统教学的方式往往是教师传授，学生被动接收，学生的积极性不高。而基于STEAM教育理念的教学可以让学生在学中做、做中学、边学边做，不仅能提高科学素养和科学实验能力，而且能提高学生学习的积极性和团队协作精神。因此，将STEAM教育理念融入到中小学教学当中极具战略意义。
关键词：STEAM教育；大豆；科普；科普课程设计
本文引用格式：甘蕴琪等.STEAM教育在中小学科普课程设计中的实践[J].教育现代化，2020，7（42）：147-151.
The Practice of STEAM Education in the Design of Popular Science Courses in Primary and Secondary Schools
GAN Yun-qi，HE Yu-yu,YANG Li-xiang，WANG Zhen-chun*
(College of Life Sciences,Guangzhou University,Guangzhou,Guangdong)
Abstract:STEAM education is a multi-disciplinary education combining science,technology,engineering,art and mathematics in a systematic way.In order to explore the teaching mode combining STEAM education concept with course teaching practice,this paper uses soybeans as the material to design the popular science classroom and popular
science experiment of soybeans,focusing on the interesting,multi-dimensional,cooperative and project nature of STEAM education,and analyzes the intersection and integration of interdisciplinary knowledge in this course and the teaching design focusing on the solution of real problems.In this way,students can not only further understand soybeans,learn the production of traditional soybean products,but also appreciate the scientific truth.It also broadens the scope of students'knowledge.The traditional way of teaching is often taught by teachers,students passively receive,the enthusiasm of students is not high.However,the teaching based on STEAM education concept can enable students to do and learn while learning,which can not only improve their scientific literacy and experimental ability,but also improve their enthusiasm for learning and teamwork spirit.Therefore,it is of great strategic significance to integrate STEAM education concept into primary and secondary school teaching.
Key words:STEAM education;soybean;popular science;popular science curriculum design
STEAM教育是基于情境创设、问题提出、实验设计、项目研究等方式，将科学（Science）、技（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Math）等多门学科实行有条理融合的多学科教育，以此提高学生的科学素养和技术能力[1]。当然，STEAM教育不是将这几门学科知识做简单的加法，而是使它们互相融合、渗透而形成的多元交叉性学科知识，是一种倡导“学中做、做中学、边做边学”，并兼顾能力与智慧培养，偏重跨学科视野下理科思维素养养成的一种新的教育范式[2]。趣味性、多维性、协作性和项目性是STEAM教育的四大设计理念。在STEAM教育理念下设计和开展科普课程，能有效提高学生的综合科学知识水平，培养学生对科学技术的兴趣，对我国可持续发展的实施有着重要的影响。
科普是国家和社会采取公众易于理解、接受、参与的方式，普及科学技术知识，倡导科学方法，传播科学思想，弘扬科学精神的活动[3]。在中小学的课程中，虽然有比较丰富的学科知识，但由于受到教学时间和师资力量的限制，学生在感受大自然、接触新科技和科学研究等方面显得不足。而中小学生处于知识和能力快速发展的阶段，是最容易接受新鲜事物的群体，对于学习新知识有着极大的热情。因此在中小学结合STEAM教育开展科普课程是开展科普的重点，具有战略意义[3]。
传统教学的学习方式是教师传授，学生被动接收，这样的方式容易使学生疲惫。基于STEAM教育下的教学模式能够将理论与实践相结合，将学生的有意注意与无意注意相互结合。在教育目标上，STEAM教育理念以培养STEAM素养为基本目标，培养学生的设计思维、创造性思维以及协作能力，以促进学生高阶能力发展为根本目标。在能力培养上，STEAM教育能够使学生的德智体美劳各方面和谐发展，对学生的培养不停留在技能层面，应当将通过STEAM课程获得的技能与学科知识联系在一起[5]。STEAM教育是一种新的教学理念，是多学科融合的综合教育，它强调让学生掌握一种思考方法，动手完成他们感兴趣的并且和他们生活相关的项目，进而学习各种学科以及跨学科的知识[6]。
STEAM教育肇始于美国，我国STEAM教育起步较晚，但也已引起教育界的高度重视。在中国也有很多教师在教学中将STEAM教育理念与教学过程结合起来，探索STEAM教育理念在本土的实践效果，但是部分教师在教学中应用STEAM教育理念时，存在容易忽视学生实践以及跨学科教学的不足。东北育才学校国际部教师何兰老师在《融入中国本土的STEAM教育》一文中提到许多跨学科学习的案例，比如在美术、体育等方面学习人体系统的生物知识，里面提到的具体措施也切实可行，但是这些方案忽略了面向的学生群体的对这些知识的接受能力，也没有一个较为系统的对知识的介绍。
大豆（Glycine max(Linn.)Merrill）是生活中常见的食物，包含了对人体而言很重要的营养物质，无论是大豆的开发利用还是大豆的研究等方面，都吸引了大量的关注焦点。考虑到大部分学生都只是笼统地知道豆制品是传统的健康食品、长寿食品，对它如何有利于营养健康似是而非，对大豆中的营养物质、生长过程等整体的情况只是有一个模糊的认知，对于大豆及其开发的认识和了解不够全面，容易被一些错误信息干扰而影响正确的选择[4]，因此向学生科普大豆的相关知识非常重要。广州大学环境与生态文明科普基地是广州市公益性科普教育基地，主要针对大、中、小学生进行科技教育。通过科普讲座普及科学知识，展示科技成果；通过学生动手的科学实验，引导学生掌握科学方法，根植科学理念。本文所介绍的大豆科普课程以广州大学环境与生态文明科普基地为依托，设计并开展了以STEAM教育理念为设计依据的教学活动。大豆科普课程的教学设计依据STEAM教育理念将整个课程分为科普课堂和科普实验两部分。先是通过科普课堂系统地介绍大豆的相关知识，这些理论知识包括有大豆的学名分类、营养物质、生活史、历史、生产情况、科学研究等等，主要融合了历史与生物这两个学科的知识，在历史背景下，创设问题情境介绍大豆。再通过科普实验，将理论与实践相结合，先向学生讲解大豆蛋白质沉淀的原理，随后让学生动手完成大豆蛋白质的提取与沉淀这一实验，在制作过程涉及到物理与化学相融合的知识。除了科学教育方面的科普，在科普实验的制作成品——豆腐花方面，还涉及到豆腐花传统制作等传统文化的科普以及可以通过制作成果的色、香、味等提高学生的艺术审美。在整个科普课程中，涉及到的各个学科并不是独立存在的，需要生物学、医学、营养学、物理学、化学和历史文学等各个学科的知识的联合才能完整地进行科普课程，以学科为依托来整合其见解、构建更全面的认识。在科普过程中，学生在学中做、做中学、边学边做，提高学生的科学素养和科学实验能力，加强学生团队协作的精神，也将STEAM教育的趣味性、多维性、协作性和项目性这四大设计理念融入整个课程中。
基于中小学生的心理特点和现有的知识水平，本文将对STEAM教育理念在中小学课程设计中的实践进行阐述。
一 大豆科普课程的设计
大豆科普课程共分为两个部分：科普课堂和科普实验。首先通过科普课堂让学生了解与大豆相关的理论知识，再让学生在蛋白质的提取与沉淀这一科普实验的动手实践中学习，整个科普课程持续的时间约为100min。
（一）大豆科普课堂设计
针对中小学生的心理特点，将大豆拟人化，创设问题情境，围绕“大豆是人类的老朋友”这一主题，向学生科普大豆的营养价值、与人类相识的历史、历年产量、科学研究等方面的知识。讲解到营养价值这一板块的内容时，与生物科学方面的知识相关。针对中学生，可以联系学生所学的七年级下册第二章《人体的营养》的内容，温故知新；针对小学生，可以联系生活中小学生经常接触到的食物与大豆的营养价值相对比，加强所学习的知识与实际生活的联系，达到学习和科普的效果，纠正学生对大豆片面的理解和错误的认识，以培养学生形成正确的价值观。在介绍到大豆的历史时，创设问题情境，在大豆历史的问题情境下进行科普。在科普过程中，以学生为主体、教师为主导，设置一系列程度不同的问题，由浅入深驱动学生思考，教师启发学生去发现问题、解决问题，而不是单纯的讲授知识。在科普课堂的讲解中注重以问题驱动学生思考，通过生活中与大豆息息相关的例子引入科普内容，将学生的直接经验和间接经验结合起来，使学生对知识的认识和理解不断加深，从而使学生能够将知识应用到实际问题中去。整个科普课堂分为八大部分——大豆的学名及分类、大豆的营养物质、大豆对人体的不利成分以及处理方法、大豆与人类相识的历史、大豆的种植分布、大豆制品、大豆生产情况和大豆的科学研究。不同部分讲授重点不同，详略得当。
1.“大豆的学名及分类”的设计
一般来说，大多数学生对于大豆的认知停留于黄色这一种类，其实大豆还有红色、绿色、黑色等其他种类，而大多数学生对其他种类的了解不多，因此以大豆的各个种类的图片作为导入，引起学生的兴趣的同时也符合学生的直接经验，与学生的实际生活相符，然后向学生介绍大豆的学名及分类，再在这个基础上向学生介绍植物的分类单位，进行生物学科的科普与拓展。
2.“大豆的营养物质”的设计
大豆的营养物质这一部分作为科普课程的重点来讲解，除了讲解学生已学习过的蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、无机盐、水，还补充说明大豆的生理活性物质的功用。在讲解大豆的营养物质过程中，以大豆作为第一人称，拟人化讲解，每讲到一种物质，将大豆的这种营养物质的含量与其他食物这种营养物质的含量相比，帮助学生形成生动清晰的认知构象。例如讲到蛋白质时，对100克大豆、鸡肉、猪肉、羊肉、鱼肉和牛奶材料中蛋白质的含量进行比较，结果表明大豆当中的蛋白质是这六种材料中含量最高的，并且比100克材料中蛋白质的含量最低的牛奶高十倍，通过举例对比来进行教学，将趣味性和多维性渗透在科普课堂当中。
3.“大豆对人体的不利成分以及处理方法”的设计
在讲完大豆的营养物质，为了解决“大豆为什么是人类的朋友”这个先导问题，转而构建新的问题情境：大豆是百利而无一害的吗？与学生进行互动，让学生各抒己见，然后总结答案，引导学生学习大豆的抗营养因子以及处理方法。
4.“大豆与人类相识的历史”的设计
在介绍大豆的历史时，构建历史情境，还原当时的历史情景，让学生在这个历史背景下创造大豆的故事，联系之前的内容进行故事接龙，结合历史学科和生物学科的内容的同时，让学生展现想象力和文学素养。
5.“大豆的种植分布及生产情况”的设计
通过介绍大豆的种植分布，让学生结合大豆的种植分布地区的地理特点，分析大豆的在不同地区产量不同的原因，也让学生对中国栽培大豆是世界栽培大豆的种源产生一定的认识，从而培养并增强学生的国家荣誉感。
6.“大豆制品”的设计
在已经介绍完大豆的基本情况的基础上，联系大豆的特点和学生的生活，介绍传统和现代的豆制品，并让学生思考，这些豆制品主要是利用大豆的什么特点。比如豆浆中富含蛋白质，豆油中富含油脂等等，承上启下，承接上面所介绍的大豆的营养物质，也为接下来开发大豆的科学研究做铺垫。
7.“大豆的科学研究”的设计
无论是传统还是现代，对大豆的开发总是各种各样。随着现代技术的发展，人们再不满足于现有的大豆制品，通过引种、杂交、辐射、转基因等育种方法，培育各种各样的大豆品种，以符合社会的需求。介绍大豆的科学研究时，可以让学生思考，他们想要培育研究出什么样的大豆品种以及这样做的理由，从而激发学生的科学研究兴趣以及提高他们的科学素养。
在整个科普课堂结束之后，先设置一个问题情境——一般来说，人的一生就是从婴儿开始慢慢长大、成熟、衰老、最后死亡，那么大豆的一生是怎样的呢？由此引出由广州大学环境与生态文明科普基地制作的“我的一辈子”视频。视频内容以大豆为主人公，分为大豆种子发芽（见图1、2）、开花、结果、凋谢的过程，以动画的口吻向学生科普，让学生易于了解大豆的生长过程。除了这四个过程，视频内容还包括了与大豆根与根瘤菌的互利共生作用，帮助学生拓宽知识面。
（二）大豆科普实验的设计
1.科普实验内容的设计
学生通过科普课堂的学习后，对大豆有了更多的认识和理解，同时也已知大豆中含有大量丰富的蛋白质。日常生活中也有多种常见的传统豆制品，但学生对这些传统豆制品的了解比较浅表，大都不清楚其制作原理和方法，为了让学生对大豆蛋白质有更多的了解和认识，更加直观地学习大豆蛋白质的相关内容，因此本科普实验以大豆为材料，并选择大豆当中的蛋白质这一主题，学生在教师的指导下观察大豆蛋白质的三种形式，即细胞中的胶体状态、生豆浆中的胶体状态以及豆腐花所呈现的凝固状态。在实验过程中，老师指导学生进行浸泡、磨浆、滤浆、煮浆、闷浆等一系列步骤，学生之间相互协作完成大豆蛋白质的提取和沉淀的实验。
这个科普实验的过程同时也是传统豆制品——豆腐花的制作过程，选择的这一实验内容不仅深受学生的喜爱，而且实验操作简单又安全，在较短的时间内即可得出较好的实验结果。学生通过观察大豆蛋白质的三种形式，了解豆腐花制作的科学原理，并亲自动手实验最终得到大豆蛋白质的产品，大大提高了学生的学习积极性。
2.大豆蛋白质的提取和沉淀涉及的科学原理的设计
①浸泡：在浸泡大豆的过程中，既可以除去部分豆腥味，又可以起到杀菌的作用。更重要的主要是让大豆吸水膨胀，然后使其破裂。大豆的蛋白质在细胞中呈胶体状态，每个细胞组织外是一层纤维素和半纤维素组成的细胞膜，经过浸泡可以使细胞膜吸水后膨胀，进而使小部分蛋白质从内部出来，浸泡的过程可便于大豆研磨后充分提取蛋白质；
②磨浆：通过研磨破碎大豆的蛋白体膜，使蛋白质随水溶解出来，形成蛋白质溶胶；
③滤浆：滤浆实质上是采用过滤的方法将豆浆与豆渣分离，除去大豆纤维物质，制取以蛋白质为主要分散质的溶胶体——生豆浆；
④煮浆：大豆蛋白质在加热煮沸的过程中，蛋白质分子的运动加速，分子间相互撞击，使维持蛋白质空间结构的氢键被破坏，改变了原有生豆浆中大豆蛋白质的空间结构，即蛋白质产生热变性；
⑤闷浆：由于静电力的存在，豆浆才能形成稳定的胶体。加入的葡萄糖酸-δ-内酯能破坏外部的水化膜，除去了分子外的双电层，使内部的蛋白质可以结合在一起，由原本的溶胶状态变成凝胶状态。
3.视频设计
网络中存在很多豆腐花制作的教程视频，但这些视频基本上只是简单地对制作的操作步骤进行拍摄，学生可以根据网络上的这些视频完成豆腐花的制作，但并不能从这些视频中学习了解到大豆蛋白质的存在形式、大豆蛋白质的变化、大豆蛋白质凝固的原理等。因此，本科普基地也进行了实验视频的设计，将物理、化学、生物等学科的知识融入视频中，并通过视频演示实验的全部操作过程并解释实验的原理（见图3、4），在视频的最后还设置了问题——大豆蛋白质存在的形式有哪些？通过视频，学生可以比较清晰地观察到大豆蛋白质的形式，在学生开始实验前将预先拍摄好的科普实验视频播放一次，学生可预先了解实验的步骤及各个需要注意的地方，学习大豆蛋白质变化的相关知识，有助于提高实验的效率和成功率。
4.实验器材设计
考虑到实验操作和食品制作的安全性问题，本实验选择的豆浆机、电磁炉、奶锅、滤网、木勺、布丁杯等器材均是安全可靠的。在学生开始实验前，所有的实验器材均已清洗，其中木勺、布丁杯、滤网、小杯子等也经过煮沸处理。其次，在实验中还准备了口罩、手套、头套、围裙和抹布，以保证食品制作的安全性。此外，本实验涉及到的器材均是操作简便的，降低了实验的难度，提高了实验的效率和成功率，在老师的指导下，学生可以自主完成整个实验。
5.组织过程的设计
学生可通过报名的方式自愿选择参与科普实验，教师根据学生评估结果、能力要求、起点水平和学习风格等进行分组，再由小组成员自主分工。由此可根据学生的学习特点及个性特点将各小组较好地分配，避免了两极分化的现象，也能促进小组之间和合作与交流。学生实验开始前，由老师强调实验室的纪律以及安全问题等。同时，每个小组都配备一名经过培训的志愿者，协助学生开展实验，提醒学生注意实验的安全问题。
6.实验评价
学生可互相品尝、评价不同小组制作的豆腐花，并总结本次实验，谈谈实验中出现的问题或自己的感受。由此培养学生自主反思和总结的习惯，及时发现实验过程中的问题，并通过小组见的交流讨论寻找解决方法，提高分析问题、解决问题的能力。
二 总结
（一）大豆科普课程的设计
在STEAM教育理念下，科普课程可面向幼儿园、中小学、高校以及社会人士开展，但在面对不同对象进行教学时，在其教学形式和内容上应有所改进，使讲学内容充满科学性、趣味性和实用性以适合教学对象的学习。以大豆为主题的科普课程的开展贴近大众的生活，也是当今我国和社会研究的热点之一。它既让学生获得了基础的科学知识，也让学生主动地参与学习过程，养成理性思维的习惯，形成严谨的科学态度。在整个科普课程中，涉及到科学、技术、艺术等多个学科的融合,将五门学科联系起来，注重了知识与真实情境的问题的联系，强调学生自己动手去实践去探索[7]。
（二）大豆科普课程与STEAM教育的结合
大豆科普课程的内容丰富，将大豆拟人化，通过讲故事的方式向学生进行科普，充满了趣味性，体现了STEAM教育趣味性的设计理念。
本课程借助多种多媒体来辅助教学，从多方面多角度向学生科普大豆的相关知识，教学目标、教学内容、教学资源以及教学评价具有多维性，体现了STEAM教育多维性的设计理念。
基于STEAM教育的教学模式，在科普课程中以教师为引导，以学生为主体，学生与学生之间、学生与教师之间、教师与教师之间相互协作、相互促进，体现了STEAM教育协作性的设计理念。按照马斯洛的需要层次理论，社交需要能否得到满足将在一定程度上影响尊重的需要和自我实现的需要。因此营造良好的社团氛围，促进学生之间的和谐交往显得非常重要[8]。
同时，科普课程也是将问题转化为可操作的项目，让学生参与到实际操作当中，通过完成一个个项目达到对知识的理解和掌握，体现了STEAM教育项目性的设计理念。
（三）大豆科普课程实践的效果
从科普课程实践的效果来看，将传统的学生被动接受知识的教学模式转变成以学生为主体的自主探究学习，学生从被动接受转变成主动思考和学习，大大提高了学生的学习热情。同时，学生对大豆科普课程的兴趣和积极性也很高，普遍认为在此课程中能获取较大的信息，且与生活息息相关，实用性强。经过课程的学习，学生的科学知识水平得到了一定的提高，动手操作能力以及团队协作能力也得到了一定的提升。
（四）不足之处
在中学开展时，若仅仅依靠授课老师进行管理和指导，也可能会出现课堂管理较难的情况。针对此情况，在科普实验过程中也可以招募更多志愿者以协助学生完成实验。
参考文献
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[4]谢玲.中国大豆食品营养科普大量工作有待展开[N].中国食品报,2013-02-26(004).
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[7]魏晓东,于冰,于海波.美国STEAM教育的框架、特点及启示[J].华东师范大学学报(教育科学版),2017,35(4):40-46+134-135.
[8]冼季夏.马斯洛需求理论视域下的高校学生社团建设[J].学校党建与思想教育,2009(17):59-60.
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