基于生活化探究實驗的高中生物STSE教學
——以微生物實驗實踐校本課程為例

張巍波 _ 北京大學附屬中學

STSE理論包含科學、技術、社會、環(huán)境四個核心要素，該理論主張在教授科學知識的同時，關注科學與技術發(fā)展、社會生活和自然環(huán)境的緊密聯(lián)系。STSE教學多以滲透形式進行，造成不少教師或僅將STSE教學資源視為引入知識技能教學的情境片段，或形成彼此孤立的“拼盤”教育，或在教學資源的選擇上對社會與環(huán)境要素的理解局限且淺表化，導致學生難以對科技與人文的關系進行系統(tǒng)化的深度思考并承擔行動責任，無法充分實現(xiàn)育人價值。為了解決上述問題，將STSE元素與聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標結合進行整體單元教學設計，以提高學生解決真實且重要問題的能力和責任意識，高質量實現(xiàn)教學的育人價值。本文以微生物實驗校本選修課程教學設計為例，對基于生活化探究實驗的高中生物STSE教學模式進行介紹。

首先，定位微生物實驗，開發(fā)STSE教學資源。

生物學科是一門基于實證的自然科學，具有很強的實驗屬性。由于高中生物必修課程和選擇性必修課程需完成對生物學從大概念、核心概念到重要概念和次級概念的層層搭建和統(tǒng)整，實驗教學課時較少，其中，必修課程中的實驗類課時最少，導致不少學生的科學思維和科學探究能力發(fā)展不足，無法適應當前的學科素養(yǎng)培養(yǎng)要求。因此，應充分利用校本課程靈活自主的特點，開展基于生活化探究的生物大實驗教學，通過體驗科學探究解決真實問題的全過程，促進學生正確認識生物學科的科學本質，充分體現(xiàn)生物學科的實驗性、思想性和交叉性。

以微生物實驗為主題開發(fā)校本課程具有實操條件較充分和STSE資源豐富的優(yōu)勢。一方面，以細菌的培養(yǎng)、分離、鑒定為代表的微生物（細菌）實驗具有培養(yǎng)時間短、硬件要求低、花費低等實操優(yōu)勢。與分子實驗、細胞實驗和動物實驗等相比，微生物實驗較易在普通高中落地開展。人教版教材在選擇性必修3《發(fā)酵工程》中設計了“制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品”“酵母菌的純培養(yǎng)”“土壤中分解尿素的細菌的分離與計數(shù)”三個微生物探究實驗，讓學生在實踐中理解微生物實驗的基本原則和技術，但存在主題分散瑣碎以及探究的開放性、連續(xù)性和綜合性不足的問題。因此，有必要利用校本課程平臺對微生物探究實驗進行重構、優(yōu)化。另一方面，微生物主題蘊含豐富的STSE元素：一是種類多樣、分布廣泛的微生物深刻影響和改變了人類社會和自然環(huán)境；二是針對微生物的學術研究成果豐碩，傳統(tǒng)與現(xiàn)代的微生物及交叉技術廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)藥等領域；三是可充分利用本地自然、人文、科教資源，因地制宜。校園、師生、動植物均可以是微生物的獲取來源。

綜上，基于學生發(fā)展需求，開發(fā)了微生物實驗實踐校本課程，在突出生物學的實驗性的同時，強調科學與技術、社會、環(huán)境的緊密聯(lián)系，體現(xiàn)生物學科的思想性、交叉性，將科學與人文不可割裂的關系充分外顯。

其次，結合聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標，確定指向核心素養(yǎng)的課程教學策略。

一是指向核心素養(yǎng)，制定課程教學目標。結合課程定位及學生學情和發(fā)展需求，從培養(yǎng)生物學核心素養(yǎng)的角度出發(fā)制定教學目標：1.基于探究實驗結果和文獻證據(jù)，運用結構功能觀闡釋微生物在個體和整體層面協(xié)調一致的適應環(huán)境的生命活動；運用進化適應觀闡釋微生物的多樣性和適應性；運用系統(tǒng)觀闡述微生物在生態(tài)循環(huán)中的作用。2.運用論證推理、模型與建模等科學思維工具，完成實驗探究和項目實踐，說明微生物對科學、技術、社會、環(huán)境及其相互關系的影響。3.在理解基本原理的前提下，合理運用微生物實驗技術，自主設計方案并通過實驗實踐解決真實的生活化問題。4.形成可持續(xù)發(fā)展的理念并積極參與社區(qū)行動，能夠提出符合可持續(xù)發(fā)展目標的合理化建議。

二是結合聯(lián)合國2035可持續(xù)發(fā)展目標，設計單元主題教學。以微生物領域對社會和環(huán)境的影響范疇為分類依據(jù)，梳理不同類別的微生物與實現(xiàn)聯(lián)合國2035可持續(xù)發(fā)展目標的關聯(lián)程度，從中提煉出醫(yī)學、環(huán)境、農業(yè)、食品、能源五大微生物單元主題。在單元主題的引領下，讓學生挑選次級主題并分組，再結合課程目標和STSE四要素提煉核心問題。這樣的教學主題設計既能讓學生感受微生物界豐富的生物多樣性，理解微生物對人類社會和自然環(huán)境的影響，也能通過實例培養(yǎng)辯證思維。同時也要注意到，五大主題彼此存在交叉滲透。比如，環(huán)境微生物可以有醫(yī)學、農業(yè)、食品和能源領域的應用；醫(yī)學、能源、農業(yè)、食品微生物也通過參與生態(tài)循環(huán)影響環(huán)境。

以基于生活化探究的醫(yī)學微生物實驗實踐單元教學設計為例。依據(jù)深度學習實踐模型，本課程的單元教學設計應以素養(yǎng)導向的目標為引領，貫穿遞進的真實情境問題，以大探究實驗為核心任務，以文獻調查或實踐活動為單元作業(yè)，以持續(xù)性多元評價方式指導素養(yǎng)進階。

學生對與自己生活相關的問題有強烈的探究動機，如自己哪部分皮膚的微生物數(shù)量和種類最多、口腔里是否有微生物，以及平時常用的消毒劑是否有效等?；趩栴}開展的探究實驗相對簡單且現(xiàn)象突出，因此，在醫(yī)學微生物主題中，以“觀察人體皮膚和口腔中的微生物”和“比較家用消毒劑對不同細菌的抑菌效果”為題設計了生活化探究實驗。在實踐中，學生不僅能了解具體的微生物學知識，掌握基本實驗操作技能，更能領悟相關生命觀念，依據(jù)實驗和文獻數(shù)據(jù)等事實論證結論，從而鍛煉科學思維能力，在合作交流和項目策劃實施中提升實踐探究能力，以所學指導生活。