STEAM理念下“探究仓鼠的学习行为”教学设计

摘要

新课标提出，应当重视跨学科实践活动。为此，在“探究仓鼠的学习行为”一课中融合STEAM教育理念，指导学生利用科学、工程、技术、数学和艺术等学科内容完成经典实验并创新设计迷宫装置；根据实验对象仓鼠的习性设计不同的迷宫，探究仓鼠的学习行为，如沙迷宫、光刺激迷宫、风迷宫等。事实表明，一系列跨学科实践活动能提升学生的学科核心素养。

Graphical abstract

关键词

STEAM教学 / 仓鼠 / 迷宫 / 跨学科活动 / 学习行为 / 教学设计

STEAM是由Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Arts（艺术）和Math（数学）5个英语单词首字母缩写组合成的单词^［1］，STEAM教育核心理念是多学科有机融合，使多方面知识形成整体，通过不同实践活动展现不同的精神内涵，既提升学生的综合能力，又能较好地解决实际问题。STEAM教育核心理念与《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）的跨学科主题不谋而合，笔者遵循STEAM课例设计原则，对“探究仓鼠的学习行为”一课进行课例设计和实践。

1 跨学科内容分析

“新课标”中课程内容第七个主题“生物学与社会·跨学科实践”包括模型制作、动物饲养等跨学科实践活动^［2］，该实验教学活动要求讲授模型制作、动物饲养等内容，并开展跨学科实践探究活动。笔者按照课程标准要求，结合课内教材与课外资料，渗透STEAM教育理念，对“探究小鼠走迷宫获取食物的学习行为”实验进行创新设计，凸显课外延伸内容，整合成为STEAM教学系列活动。跨学科融合点分布见表1。

2 跨学科教学目标

（1） 生命观念：阐明学习行为的概念及行为建立的规律；学习迷宫实验方法，说明实验原理及学习行为对动物的意义。

（2） 科学思维：基于学习行为的学习，对动物行为进行合理比较并分类，归纳其特点；完成迷宫实验，掌握建模、分析数据等科学方法。

（3） 探究实践：自主设计迷宫实验，学会对照、测量、审美等跨学科实践方法；采取小组合作形式，提高科学探究综合能力。

（4） 态度责任：通过学习经典行为学实验，关注行为学相关领域进展；通过动物饲养，形成珍爱生命，保护动物的意识。

3 跨学科活动过程

该跨学科实践活动涉及科学、工程、数学、技术、艺术等多个领域。学生不仅需要在课堂上完成经典实验，还应在课后进行延伸探究，设计多种能够探究仓鼠学习行为的迷宫。同时，教师对学生进行过程性和终结性评价。

3.1 巧用信息技术手段，完成经典实验

【实验准备】实验前2个月，教师带领学生在生物实验室饲养22只三线仓鼠、2只叙利亚仓鼠，每天要求学生利用课间及自习课时间观察仓鼠生长情况，并通过文本、视频等方式记录仓鼠行为、生活习惯等。

【课堂导入】观看饲养仓鼠的记录视频及微课“探究动物的学习行为”，回顾并学习动物学习行为的相关知识，了解实验的具体操作步骤及方法。教师先演示实验，指导学生有序开展课堂实验。

【实验流程】①准备工具：教师制作的简易迷宫、平板电脑（学习平台软件：AIclass）、经饥饿处理的仓鼠、计时器、手套。②小组分工合作：一人负责管理仓鼠，将仓鼠放在迷宫起点，一人负责掐表计时，一人用平板电脑拍摄并上传仓鼠的照片和视频，一人负责用平板电脑实时将数据输入电子表格。③实验过程：小组合作使用一个迷宫装置，迷宫终点处放置散发香味的仓鼠粮食，在起点处放置仓鼠的同时开始计时，如图1所示；记录仓鼠从起点出发走向终点所用的时间、试错次数，点击AIclass软件上教师推送的超链接任务，在线输入本组实验数据，实时形成折线图；小组成员观察仓鼠行为，及时拍摄照片和视频，进入AIclass共享平台任务，实时上传共享。

【数据分析】对比各组仓鼠学习行为建立时间、试错次数的折线图，根据折线图的趋势，分析原因，小组间提问、互相解答。

3.2 多学科融合，创新设计迷宫装置

跨学科实践活动仅依赖课堂上的45 min往往难以充分展开，学生在课堂实验中发现教师提供的迷宫存在一些不足，如食物对仓鼠的吸引力不够，导致实验效果未达预期。因此，学生主动提出课后分组制作新型迷宫。教师在学生课后延伸进行迷宫的创新设计时，从以下几方面进行指导。①明确总体实验思路：小鼠在迷宫中趋利避害，建立相应的学习行为；记录小鼠完成实验的时间及试错次数；根据数据规律分析原因，得出结论。②利用跨学科知识创新设计装置：小组自主分工，设计、实验、改进实验内容。在创新设计实验装置过程中，教师可提供物理、工程等方面的知识，同时要求学生关注装置的美观度。③作品展示：各小组作品汇报内容包括实验思路、实验材料选择及原因、组内员工分工情况、具体制作过程、实验过程中遇到的问题和改进方法。每个小组选派代表对迷宫装置进行讲解，如有制作的视频作品也可播放展示，其他小组在观看过程中进行评价。

（1） 沙迷宫。

沙迷宫灵感来自水迷宫实验。Morris水迷宫实验是一种强迫实验动物游泳并学习如何寻找隐藏在水中平台的实验，主要用于测试实验动物对空间位置感和方向感的学习能力、记忆能力。水迷宫实验对象小白鼠能够适应水环境，但仓鼠遇水后容易感冒或腹泻，因此将水迷宫进行创新改进，改为沙迷宫。学生根据仓鼠身长大小、体重等特征，设计迷宫比例，合理选材，进行材料切割、拼接，制作迷宫。装置中装有浴沙，配有亚克力挡板、3个平台及平台下的透明亚克力梯；3个平台中的一个为装有食物且无障碍的真平台，仓鼠可踩着梯子爬上后获取食物，另外两个为装有食物却设有亚克力板作为障碍的迷惑平台。记录10次仓鼠从迷宫中央出发到进入真平台的时间及试错次数。沙迷宫实验数据折线图如图2所示。

（2） 光刺激迷宫。

仓鼠是“昼伏夜出”型动物，对光线比较敏感，故设计以光作为刺激因素的迷宫，探究仓鼠的学习行为。学生利用亚克力板、硬纸板、手电筒等材料，制作一个竖直版光刺激迷宫（图3），灵感来源类似于密室逃脱游戏，装置上部透明空间有光刺激，为刺激区；下部是避光区；中部有透明通道，仓鼠可通过。记录16次仓鼠从刺激区成功进入避光区的时间及试错次数（图4）。

（3） 风迷宫。

仓鼠对有一定流速的风和低温非常敏感，寒冷时会迅速寻找保温的地方。冬天开风扇会产生低温强力风，这对仓鼠来说是一种有害刺激。学生设计迷宫装置为“长廊两侧带门”型，起点处放置有三挡强度的风扇，风力贯穿整条通道，通道两侧有8处避难所，7处均有透明亚克力板起遮挡作用，一处无遮挡，仓鼠可进入避风。

3.3 作品评分

制作综合评价量表对各小组进行评价，主要针对小组的实验设计和装置进行评分。在活动过程中，由教师和各个小组依据作品评分表为其他小组打分，主要评价指标有整体结构，以及科学性、美观性和创新性。为了尽量避免个人因素导致出现评分的倾向性，在作品评分表中应设有相应的评分标准。

4 教学反思

基于STEAM教学理念探究仓鼠的学习行为，让学生在学中做、做中学，做与学相辅相成，对学生的深度学习具有显著意义。通过活动的设计、实施和评价，结合学生的感受和建议，对不足之处尽可能进行实时改进。课例实践后，通过调查和访谈，结合学生、同组教师和笔者的反思，对教学活动总结自评如下：①该课程整体的教学方式和内容得到大部分学生认可，一定程度上提高了学习积极性，学生对该模式的再次实施充满期待。②该课程的实验对象是可爱的小仓鼠，能激起绝大多数学生的兴趣。同时，调整课程结构流程，能提升学生的课程参与感，他们可在科学实验基础上，结合自己天马行空的想象力，设计出相应的迷宫作品。③在小组成员分工过程中，特别注重学生能力和性格的合理搭配，确保每个小组的工作氛围和谐愉快，成员之间不会因提出问题而有所顾虑，有效提升了小组工作效率。④教学评价机制比较完善，评价过程客观真实，令人信服。

学生以小组合作形式，通过讨论比较、创作实践和探究实验等方法，完成理解实验原理、设计实验思路、制作实验装置和进行实验操作等步骤。这一过程不仅深化了学生对动物学习行为的认识，同时培养了跨学科学习意识，提升了他们的科学探究能力。

参考文献

[1] 逄锦胜.基于STEAM理念的课程重构及课堂转型［J］.中国教育学刊，2021（09）：105.

[2] 中华人民共和国教育部. 义务教育生物学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

基金资助

山东省教育科学“十四五”规划2021年度青年课题“STEAM理念下的初中生物学创新实验课程开发研究”(2021QZC064)