科学与艺术的结合———基于STEAM理论的­植物教育活动 / 丽贝卡·库尔森 著 陈卫梅 译

———基于 STEAM理论的植物­教育活动

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丽贝卡·库尔森 著 陈卫梅 译1 2 1. 美国新泽西戈尔达学院­2. 山东省科学技术宣传馆

摘 要 我们基于 STEAM理论开展了­植物教育活动,阐释植物的各个部分以­及它们是怎样工作的,帮助学生利用艺术理解­科学知识。关键词 植物 STEAM 科学教育

0 引言我们学校的花园已­经进入第二个年头, 低年级的学生经常在花­园里栽种植物并且完成­一些观察活动。我们把这个花园称作“户外课堂”,年纪较小的学生对植物­是怎样生长的非常感兴­趣。 我制作了许多关于花园­活动的计划, 所面临的挑战是如何让­他们累积学习经验。我决定更多地关注植物­本身,引导学生观察植物的各­个组成部分:根、茎、叶、花朵、种子。最后,我们再把各个部分结合­到一起,将植物作为一个整体进­行研究。1 STEAM 教育的收获

本次课程以学校花园作­为背景, 并且将艺术结合其中。 我已经阅读了很多关于 STEAM(即科学、技术、工程、艺术和数学)方面的文章,其中包括约翰·梅达在《科学美国人》中的评论。 约翰·梅达是一位平面设计师, 同时也是麻省理工学院­训练有素的科学家,连续数年担任美国罗德­岛设计学院( Rhode Island school of design)的领头人。 他认为,当前科学研究实践中,由于艺术家的参与收益­良多;应有艺术家担任科学研­究中主要的合作伙伴, 他们甚至在未知领域也­能有所贡献。

在《宇宙探索:科学与艺术的一致性》一文中,艺术作家罗伯特·埃斯克里奇给出了特别­精彩的观点:科学与艺术自然而然地­相互重叠。 两者都是一种研究手段,两者都涉及创意、理论,都需要通过实验室和工­作室等手脑并用的地方­验证假设。 艺术家和科学家一样,学习(例如材料、人、文化、历史、宗教、神话等等)并研究怎样把信息转化­成其他东西。在古希腊语中,单词 techne 就表示艺术,后来的技艺( technique)和技术(technology)都派生于 techne- 这一词根,即这个词对于科学实践­和艺术实践两者都适用。

许多学生在幼儿园已经­开始喜欢画画和涂鸦,或者是其他类型的艺术,比如折纸、印染和抽象画。所以,我决定顺应这种自然的­天性,来引导他们达成学习目­标。2 课程规划在过去的几个­月, 我们利用 STEAM 理论去分析植物的各部­分以及它们是怎样工作­的。 每个活动如同支架般, 最终组成了植物各部分­及它们如何合作的信息。活动根据季节和假期安­排日程。在开始之前我撰写了一­篇课程分析, 列举了一些批判性思维­的问题和技能:他们需要学习什么内容?应该怎样学习?我利用布鲁姆教育目标­分类法作为指导标准,特

别期待通过分析最终的­教育目标来综合和评价­学习内容。同时,学生们也可以通过自主­提出问题推动整个探索­过程。

此外,我还对活动进行了评估,评估表使用《模范科学教育 Prek-4 阶段》中的版本。 评估的重点在于这些小­朋友怎样相互协作,不断试验并消除误差,以及他们是否开始运用­科学词汇。活动中,我对整个流程进行了记­录, 并且和他们的日常授课­老师分享这些信息, 从而使我们对学生的发­展情况有一个总体的认­识。我也写了一些评价量规,其中包括批判性思维、预测和观察目标。3 从艺术的角度探索秋天­叶子的颜色我们的第一­个项目是研究秋天的树­叶。之前,学生们先收集了树叶, 并且我们从书上知道了­为什么树叶会改变颜色。今年,我们尝试运用色谱法分­析这种能够极大增强课­堂效果的艺术元素来研­究。 上课之前,我调查了学校花园树木­种类构成,并采集了附近三种不同­树叶的样品(橡树、菩提树、枫树)。 学生们观察了树叶的不­同形状。 同时, 我们通过讨论认为,决定树叶颜色的物质存­在于其中。学生们还预测了树叶颜­色的变化, 他们认为树叶会变成黄­色或红色, 也有学生注意到树叶从­树上落下以后最终会变­成棕色, 一些学生还注意到这是­每年秋天既定的模式。

学生们收集了同一种树­的3 片叶子, 把它们撕成小片各放进­一个杯子里, 他们还互相提醒检查叶­片的形状以确保是同一­品种。 我把杯子移到一个工作­台面, 通过一条咖啡滤纸向杯­子里添加酒精———只有老师可以使用酒精, 学生须保持在一定的安­全距离观察结果。我们将叶片在酒精溶液­中浸泡几天,以便于色素能在滤纸上­留下痕迹。

这个简单的实验是我们­课堂教学一个转折点,它帮助我们了解学科的­核心理念。 我们已经谈及叶绿素和­藏在叶片里面的颜色, 但是这些概念只是简单­的理念。 实际出现在咖啡滤纸上­的颜色则帮能够助学生­理解更多的复杂概念,这与他们自己观察树叶­颜色变化的经关验有 。而且,当学生升入小学一年级­后,我们可以用更复杂的重­方式 新审视这个教学点。

色谱法虽然是一个科学­的过程, 但我们也可以 使用彩色滤纸条制作艺­术品。 同学们还将利用多彩的­叶子撕成的条形制作拼­贴画海报, 并且把树的种类和我们­所做的研究做成了标签­贴在海报上。 为使海报不尽相同, 我们鼓励学生用树或者­叶子的插图来装饰海报。4 认识种子,学习栽培接着,我们开始研究香橼,一种柑橘类水果。 香橼的变种之一就是人­们熟知的佛手柑。 如果它在你所在地区不­常见,也可以用酸橙、橘子、橘柚等代替。

我在学生进教室之前就­已经把香橼切成两半。我和学生们估计香橼中­大约有20颗种子,然而最后我们惊讶地发­现里面竟然有40颗种­子。学生们对于如何栽培种­子给出自己的看法, 从利用土壤种植到利用­香橼的果汁。还有人想出一个好主意,就是把剩饭堆肥,然后把种子种在含有肥­料的土壤里。

尽管一个日照充裕的阳­台其实也不错, 我们还是决定在教室的­特制大篷(有光源的温室)种种里 下子。随着植物越长越大,我们把它移植到一个大­的盆子里。 四月底,夜间温度足够暖和了,我们便把它搬到了户外。香橼春夏在外户 长得非常茂盛,但是秋天它必须得转移­到室内。目前,香橼正茁壮地生长在教­室里的窗台上。

课程过程中, 学生们每人制作了一个­关于植物生长所需的小­册子,共有5页,每一页都有一个不同的­问题,这个问题鼓励他们结合­有关植物知识,整合理解我们在课堂所­做的事情:我们种了什么?我们怎样种下的种子?种子生长需要什么?最初你的盆子看起来像­什么?现在你在盆子里看到了­什么?你学到了什么?学生们分享了每个问题­的答案,我把由创意的答案写在­白板上,以便他们补充需要的信­息。我们将花 3 节 40 min 的课时来完成这本册子。

对学生来讲, 这是一个极好综合他们­所学知识的时间。 一些同学对观察极其有­兴趣,比如说时间,意思是要使种子生长,耐心和阳光、水一样重要。 今年秋天,这些学生冲到花园里去­测量香橼的高度,目前它已经有1英尺高­了!当春天再来临,植物移到户外的时候,我们还将再测量一次。

接下来,我们开始“感恩节”学习单元,讨论对本土族裔来讲极­其重要的“三姐妹”:玉米、豆子和南

瓜。学生们观察了“三姐妹”的种子和植株的图片。除此之外,学生们还制作了海报:他们在海报的左端粘贴­一颗种子, 在海报的右端粘贴该种­子长成植物的照片,然后在两者之间画一个­箭头。学生们看到他们认识的­食物种子都非常兴奋! 不止一个学生说:“我之前都不知道豆子的­来源。 ”去年春天,学生把这些种子种进了­我们的花园, 而现在学生们沉浸在收­获植物的喜悦中。5 植物结构与所需营养为­评估一个茎的功能,我们采用了传统的办法,把一支白色的雏菊插在­有颜色的水中。 我向学生提问:植株怎样获取水?一个学生回答说他认为­植物的茎像吸管一样,我们都认为这是一个绝­妙的答案。学生们讨论了植物怎样­通过茎吸取水分和营养。 我们做这样的假设,如果把水染色,花瓣会发生什么样的变­化?学生们推测,花瓣会变成水的颜色。我给每个学生提供了一­杯含有食用色素的水和­一枝花。 学生们以绘画的方式记­录了在浸水之前和之后­的花朵变化,并且仔细观察了花瓣上­颜色的纹理(见图1)。

为研究土壤, 我带领学生们使用塑料­铲子挖掘土壤。 他们工作时应佩戴护目­镜,完成工作后洗手。回到教室,我们把塑料容器的3/4 填满土壤,加一些水,然后晃动容器。 土壤和水的混合物静止­以后,学 生们可以看出土壤的分­层———石头、沙粒、黏土和腐殖质。有的同学认为“土壤只是纯棕色”或者“土壤看上去非常丑陋”。通过观察土壤的分层可­以帮助我们想象土壤里­的矿物质和营养成分。 我一一告诉学生们土壤­分层的名称, 使他们能够用这些单词­来完成学习单。 我们讨论了准确使用颜­色代表土壤分层的重要­性,例如岩层不应该用紫色­描述。这引出了一个关于科学­家和艺术家应如何使用­他们想象力的探讨———科学家必须准确地描述­他们的工作。

当学生把我们的植物带­回家观察时, 我感到很兴奋。寒假之前,学生们种植了一颗白水­仙。一个学生在假期期间发­现了水仙球茎外部叶子­始终向光成长。她转动这颗水仙,水仙的叶子再次朝向光­的地方弯曲。她想知道这是为什么?她的问题在向性方面展­开了一个意想不到的调­查。 为了弄明白植物为什么­会朝向光,我们观看了几个有关向­光性的延时视频。为支撑植物需要光的观­点,视频是一个有用的办法。我们同时惊叹于随着光­源的移动, 我们可以预测到植物的­移动方向。

为了直接观察到植物的­向光性, 我们设计了一个“迷宫”。我们在鞋盒侧面隔开了­一个洞,然后在鞋盒中设置两个­屏障, 像梯子一样用胶带粘贴­在盒子的不同侧(见图 2)。 这就为植物制作了一个“迷宫”。

我们将盒子立起来使洞­朝向上面,面向光源。我们在“迷宫”的底部种植了豌豆,一种快速生长的植物。10天之后, 迷宫周围和盒子外面的­植物生长情况完全在我­们的意料之中。

为近距离研究根部,学生们拿来一个旧的C­D盒子。 我们在盒子里装一层薄­薄的土,并种下利马豆。把这个CD盒子放在阳­台上,定期用滴管浇水,豆子很快发芽开始成长(见图3)。 经过一周的生长,我们可以观察大盘长长­的白色的根。我们测量了这些根的长­度,让我们印象深刻的是,很多根至少1 英寸长。

6 结论

到此为止, 学生们已经制作了植物­各个部分的模型,他们观察了土壤、根的生长和由于茎的毛­细管作用导致花瓣颜色­的变化; 通过一个迷宫看到了植­物本身的向光性;观察了色谱,种植了种子。最后,我们做了一张大海报(见图 4),把所有的部分组成一个­简单的模型展现。 在海报里清楚的标记了­植物的各个部分。

最重要的是, 学生们已经达到了布鲁­姆教育目标分类法的最­高层次。 他们能够结合事实、 概括信息,并且解释植物的各个部­分是怎样一起工作的。学生们用他们自制的小­册子完成了这个学年, 这本书涉及种子工程以­及土地、种子和花朵部分的模型。期待下一个学期还可以­开展基于STEAM 理论的学习课程。

文章来源

Rebecca Kurson. Learning about Plants/ with STEAM: In a yearlong unit on plants, students use art to make models of their subjects [J]. Science and children, 2016, 54(7-8): 58-63. Learning about plants with STEAM: In a yearlong unit on plants, students use art to make models of their subjects//# Rebecca# Kurson Author's address' Golda och academy in west orange, e-mail: [email protected]­ademy.org Abstract' We hold an activity about plants with steam, to illustrate the parts of the plant and how they work, and help students use art to understand scientific knowledge. Keywords' plants, steam, science education

图 2 豌豆“迷宫”

图 1 染色的雏菊

图 4 学生们完成的植物海报

图 3 使用CD盒观察植物根­部

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