STEM教育在發(fā)展高中生物學(xué)核心素養(yǎng)中的應(yīng)用

石進德

（廈門第一中學(xué)集美分校，福建廈門361023）

STEM教育在發(fā)展高中生物學(xué)核心素養(yǎng)中的應(yīng)用

石進德

（廈門第一中學(xué)集美分校，福建廈門361023）

應(yīng)用STEM教育理念開展高中生物學(xué)教學(xué)，學(xué)習場所不再局限于教室和學(xué)校，有助于學(xué)生嘗試用生命觀念去認識生命世界、解釋生命現(xiàn)象；在解決現(xiàn)實問題中綜合應(yīng)用所學(xué)的生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理等知識，提高學(xué)生的理性思維；在探究實驗、實踐活動中學(xué)習科學(xué)知識，增強社會責任感，提高分析問題、解決問題的能力、科學(xué)探究能力與創(chuàng)新能力，促進學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展。

STEM教育；生物學(xué)核心素養(yǎng)；科學(xué)探究；實踐活動

STEM最初是由美國政府提出的，它是指科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）以跨學(xué)科的形式在教學(xué)中整體呈現(xiàn)。STEM教育重視實施開放與動態(tài)的課程，要求學(xué)生利用已有知識解決現(xiàn)實問題，同時拓展和完善知識體系，具有生命性。強調(diào)跨學(xué)科整合的思維解決真實情境中的問題，具有融合性。關(guān)注實驗探究與實踐，具有科學(xué)性。強調(diào)社會的共同參與，具有社會性等特點。筆者嘗試在高中生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)用STEM教育理念，探索發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的途徑。

一、踐行生命觀念，體現(xiàn)生命性

不同學(xué)生的思維品質(zhì)、個性特征、知識儲備、經(jīng)驗積累具有較大的差異性，STEM教育強調(diào)學(xué)生的個性發(fā)展是開放和動態(tài)的，學(xué)習場所不應(yīng)局限于教室和學(xué)校，開放式的學(xué)習有助于學(xué)生理解或解釋生命過程和生命現(xiàn)象。

人教版《高中生物·必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》的第四章“種群和群落”一節(jié)學(xué)習后，教師指導(dǎo)學(xué)生開展“探究土壤中的動物類群豐富度”的探究性學(xué)習。學(xué)生通過理論學(xué)習、實驗操作、校園內(nèi)外指示動物生境調(diào)查、研究成果交流、展示及拓展延伸等活動，走出課本與教室，融入大自然和社會，以實驗室、校園、校外場地等為研究、學(xué)習的場所，靈活運用科學(xué)知識，積極尋求高?；蚩蒲袡C構(gòu)專家的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持，學(xué)習指示值法、不同理化性質(zhì)對土壤動物群落的影響、土壤動物的監(jiān)測、大型土壤指示動物生態(tài)毒理實驗等動物生態(tài)學(xué)原理與研究方法，主動探索解決有關(guān)生命活動具體問題的方法。

“探究土壤中的動物類群豐富度”的探究性學(xué)習內(nèi)容是開放的、活動過程是動態(tài)的，是對課堂知識的拓展和延伸。在這個動態(tài)的活動過程中，學(xué)生嘗試用生命觀念去認識生命世界、解釋生命現(xiàn)象，提升認識能力和解決現(xiàn)實生活問題的能力，體現(xiàn)STEM教育活動的生命性。

二、提高理性思維，體現(xiàn)融合性

STEM教育強調(diào)科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程等跨學(xué)科整合，在解決現(xiàn)實問題中促進學(xué)生的理性思維。

學(xué)生學(xué)習高中微生物學(xué)知識后，基于DNA水平的非培養(yǎng)方法開展“杏林灣微生物群落組成及多樣性研究”活動，通過查閱資料→實驗準備→樣本采集→實驗處理→細菌多樣性分析→水質(zhì)檢測、分析→結(jié)果分析處理等研究過程，學(xué)習科學(xué)研究的文獻法、采樣分析法、實驗檢測法、16SrDNA測序和PCR克隆技術(shù)，繪制研究水體微生物的S型、J型曲線，建立其數(shù)學(xué)模型，通過歸納與概括、演繹與推理，構(gòu)建水體分離細菌系統(tǒng)發(fā)育樹，發(fā)現(xiàn)和分離研究水域中未知細菌，為新型微生物資源的開發(fā)提供依據(jù)。通過研究發(fā)現(xiàn)研究水體的水質(zhì)安全性較差，不適宜與人類肌膚直接接觸（如游泳等），應(yīng)加強水體管理，尤其要減少周邊養(yǎng)殖廢水、生活垃圾以及工業(yè)污水的隨意排放，從源頭上做好水體的保護工作。由此論證了水體安全性這一生物學(xué)社會議題，為城市規(guī)劃建設(shè)中環(huán)境保護建設(shè)提供水體監(jiān)測依據(jù)。

通過此活動，學(xué)生所學(xué)的高中生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理等理論知識得到有機的融合與應(yīng)用，學(xué)生在解決現(xiàn)實問題中提高了思維能力。

三、開展科學(xué)探究，體現(xiàn)科學(xué)性

STEM教育關(guān)注學(xué)生的動手實驗，在實踐中探究、學(xué)習科學(xué)知識，認識科學(xué)的本質(zhì)和真諦，這與高中生物學(xué)倡導(dǎo)科學(xué)探究的理念相吻合。

在開展高中生物“比較H2O2在不同條件下的分解”實驗時，學(xué)生觀看該經(jīng)典實驗微課視頻后發(fā)現(xiàn)實驗存在科學(xué)性問題：一是滴加氯化鐵和肝臟研磨液是分步進行的，不利于同時比較氣泡產(chǎn)生的情況；二是帶火星木條也是先后插入兩支試管中，對帶火星木條的助燃效果比較也沒有同步進行；三是帶火星木條易接觸到試管壁導(dǎo)致木條熄滅；四是使用兩個火星木條無法滿足對照實驗中單一變量原則。實驗的準確性、科學(xué)性和可靠性等受到影響。同時學(xué)生還提出在對比試管中產(chǎn)生的氧氣（或二氧化碳、氨氣、氯氣等）濃度等生物學(xué)或化學(xué)實驗中，同樣存在類似的問題。教師啟發(fā)學(xué)生進一步思考能否嘗試設(shè)計一種對兩支試管中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體的濃度進行定性同步比較的實驗裝置？如何讓比較實驗同步進行？如何更科學(xué)合理地設(shè)計實驗過程？接著師生共同研討解決問題的方案。通過查閱資料，對探究實驗的要求、對比實驗單一變量原則有了進一步的理解和認識，激發(fā)了學(xué)生探究實驗的興趣，分組設(shè)計改進實驗的方案。在眾多的方案中，Z同學(xué)的方案最有創(chuàng)意，在同伴互助、教師指導(dǎo)下，她反復(fù)改進方案，最終設(shè)計出一種對兩支試管中化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生氣體的濃度進行定性比較的、能進行同步實驗操作或演示實驗裝置。

通過“比較H2O2在不同條件下的分解”探究實驗，學(xué)生認真分析實驗現(xiàn)象與實驗結(jié)果，從中發(fā)現(xiàn)問題，并嘗試應(yīng)用生物學(xué)知識解決問題，促進了科學(xué)探究能力、實踐能力與創(chuàng)新能力的提高。

四、增強社會責任，體現(xiàn)社會性

STEM教育是圍繞社會熱點、難點問題展開研究的。例如“體驗古法釀醬技藝、傳承中華醬文化”實踐活動是源于學(xué)生的生活和體驗，基于中華文化的傳承而設(shè)計的，是“關(guān)于生活的教育”，也是“為了生活的教育”。通過此活動，學(xué)生學(xué)會識別有毒（劣質(zhì)）醬油，踐行健康飲食理念，體驗釀醬技藝，體會“誰知盤中餐粒粒皆辛苦”的含義及父母培養(yǎng)子女的辛勞，讓學(xué)生學(xué)會感恩和養(yǎng)成熱愛勞動的思想品質(zhì)。“花生根莖水煮液對糖尿病小鼠血糖的影響”實踐活動是基于社會的發(fā)展和人類生活方式改變使得糖尿病發(fā)病率逐年遞增，成為第三大非傳染性疾病，嚴重威脅人類健康。而閩南地區(qū)盛產(chǎn)花生，每年花生收割后，花生根莖卻被丟棄在農(nóng)田里做肥料。通過本實踐活動研究表明花生根莖水煮液確實能降低血糖，既能將花生根莖變廢為寶，又能節(jié)約就醫(yī)用藥的開支問題。

這些實踐活動均與學(xué)生的生活息息相關(guān)，學(xué)生在參與實踐活動、解決問題的過程中，大大增強社會責任感。

STEM教育理念指導(dǎo)下的高中生物學(xué)教學(xué)，讓學(xué)生通過“發(fā)現(xiàn)問題→提出問題→作出假設(shè)→制定計劃→實施計劃→分析結(jié)果→得出結(jié)論”等科學(xué)探究實踐活動，增強了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的意識，提高了解決問題的能力、團隊合作能力、科學(xué)探究能力與創(chuàng)新能力，有利于促進學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

［1］蔣桂林.基于高中生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的生物學(xué)科素養(yǎng)的思考［J］.中學(xué)生物學(xué).2015（10）.

［2］楊曉哲.數(shù)字化時代的STEM教育與創(chuàng)客教育［J］.開放教育研究.2015（5）.

［3］黃曉.論STEM教育的特點［J］.江蘇教育研究.2014（15）.

（責任編輯：陳欣）

本文系福建省教育科研“十二五”規(guī)劃2014立項課題“‘翻轉(zhuǎn)課堂’——高中生物‘慕課’實踐研究”（項目編號：FJJK14-404）研究成果。