STEAM理念在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用探析

摘 要：傳統(tǒng)教學(xué)模式是高中生物學(xué)重難點(diǎn)突破的重要瓶頸，STEAM理念下的多學(xué)科、多維度的綜合性教學(xué)，為高中生物教學(xué)提供一條發(fā)展路徑。依據(jù)STEAM教育理念，從“將科學(xué)方法融入生物學(xué)習(xí)過程、將信息技術(shù)融入技能操作教學(xué)過程、將工程探究運(yùn)用到生物實(shí)踐環(huán)節(jié)、注重生物技能教學(xué)的藝術(shù)性、運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和方法解決生物教學(xué)問題”五個(gè)方面進(jìn)行探析，以期促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐和綜合解決問題能力提升。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理念;高中生物;生物教學(xué);學(xué)科核心素養(yǎng)

STEAM教育于美國(guó)研發(fā)，是一種融合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的多學(xué)科、綜合性教育，旨在提升學(xué)生實(shí)際問題解決和新問題探究的能力，受到國(guó)際教育界普遍認(rèn)可。將STEAM教育理念運(yùn)用到高中生物教學(xué)，對(duì)學(xué)生理解生命本質(zhì)、建立科學(xué)生命觀及形成正確世界觀具有重要價(jià)值?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)作為課程發(fā)展宗旨，強(qiáng)調(diào)教師在教學(xué)過程中“加強(qiáng)學(xué)科間橫向聯(lián)系”，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科和綜合能力。高中生物課堂教學(xué)融入STEAM教育理念，運(yùn)用多學(xué)科、多維度的知識(shí)和方法，進(jìn)行系統(tǒng)性研究和動(dòng)手實(shí)踐，能夠加深學(xué)生對(duì)高中生物知識(shí)理解、問題解決，甚至產(chǎn)品研發(fā)等。因此，將STEAM融入高中生物教學(xué)，既滿足高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施要求，也是提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐和綜合解決問題能力，發(fā)展學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要路徑。

一、將科學(xué)方法融入生物學(xué)習(xí)過程

科學(xué)研究指運(yùn)用一定方法和手段，探索生物學(xué)諸多問題及真理，從而獲得新知識(shí)的整個(gè)過程。高中生物課堂教學(xué)是初中生物教材以及生物學(xué)科本質(zhì)的進(jìn)一步延伸，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)理解和動(dòng)手實(shí)踐能力提出更高要求，常用的科學(xué)研究方法有定性和定量分析方法、調(diào)查法、模型法、觀察法、實(shí)驗(yàn)法等?；A(chǔ)理論是高中生物學(xué)科的重要模塊，通過基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)重要的生物學(xué)概念的理解和應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物學(xué)核心素養(yǎng)“生命觀念”的理解。高中生物教材必修課程作為現(xiàn)代生物學(xué)的核心內(nèi)容，主要包含“遺傳與進(jìn)化”、“分子和細(xì)胞”兩個(gè)模塊，是學(xué)生必須掌握的基礎(chǔ)內(nèi)容，以及選擇性必修和選修課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。在必修課程課堂教學(xué)過程中，教師運(yùn)用科學(xué)方法，通過專門性介紹、概念講解過程、科學(xué)方法案例介紹、學(xué)生做科學(xué)研究過程等渠道，一方面，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于生物學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí);另一方面，能夠促進(jìn)學(xué)生思維、科學(xué)探索能力的培養(yǎng)與提升。另外，教師將科學(xué)方法運(yùn)用到高中生物新課標(biāo)教材教學(xué)過程，應(yīng)該熟悉整套教材可以使用的科學(xué)方法，將科學(xué)方法有步驟、有計(jì)劃的運(yùn)用到教學(xué)內(nèi)容，并根據(jù)不同模塊內(nèi)容特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行整體化的教學(xué)設(shè)計(jì)。在此過程中，教師還應(yīng)結(jié)合生物科學(xué)史上的重要事跡，以及生物最新熱點(diǎn)問題來加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的提升。通過科學(xué)方法建構(gòu)，并將之融入生物學(xué)課程體系，使之成為學(xué)生課程學(xué)習(xí)的重要“推進(jìn)劑”，為學(xué)生課程學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)。

二、將信息技術(shù)融入技能操作教學(xué)過程

信息技術(shù)的顛覆式發(fā)展逐步滲入教育領(lǐng)域，成為教育創(chuàng)新發(fā)展的內(nèi)源性動(dòng)力。高中生物新課改強(qiáng)調(diào)科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合，將多媒體技術(shù)和各種先進(jìn)設(shè)施設(shè)備運(yùn)用到現(xiàn)代生物教育領(lǐng)域，能夠提升學(xué)生收集和處理信息的能力，提高對(duì)生物學(xué)抽象知識(shí)的理解。實(shí)驗(yàn)是高中生物課程的重要組成部分，技術(shù)要求對(duì)于科學(xué)實(shí)驗(yàn)而言格外重要，學(xué)生具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)，包括實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法，例如生物技術(shù)工作和儀器熟知，如超凈工作臺(tái)、血液透析儀等;生物技術(shù)的手段運(yùn)用，包括植物組織培養(yǎng)技術(shù)、PCR技術(shù)等，也包括諸多信息技術(shù)運(yùn)用，如SPSS、基礎(chǔ)辦公軟件使用、nvivo等數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用等。信息技術(shù)運(yùn)用為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供重要保障。將繁瑣的實(shí)驗(yàn)步驟，按照規(guī)范的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，并安排專門實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)極為重要。高中生物的一些實(shí)驗(yàn)由于儀器昂貴等條件無法滿足，在很多地區(qū)開展普及性較低，特別是在貧困地區(qū)，學(xué)生只能通過教材進(jìn)行理解，無法進(jìn)行實(shí)際操作，對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程諸多現(xiàn)象理解不深刻。根據(jù)STEAM教育的技術(shù)性，教師可以創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，或者自制實(shí)驗(yàn)裝置，亦或是開展項(xiàng)目研究、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等諸多方案。以“葉綠素的提取和分離”為例，實(shí)驗(yàn)中的濾液細(xì)線需要使用毛細(xì)血管，但毛細(xì)血管易破而使濾紙被劃破，降低了實(shí)驗(yàn)的成功率。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，用毛筆代替毛細(xì)血管，具有較好的效果，并且降低了實(shí)驗(yàn)成本。信息技術(shù)運(yùn)用對(duì)于提高高中生物課堂教學(xué)效率具有重要作用。另外，高中生物課堂教學(xué)過程中，教師采用以STEAM為代表的技術(shù)教育，運(yùn)用視頻、圖片等豐富多彩的模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，例如，通過“希沃白板”運(yùn)用，將生物學(xué)科原本復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論知識(shí)進(jìn)行更加形象的呈現(xiàn)，對(duì)于教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)的理解與突破，掌握知識(shí)內(nèi)容具有重要作用。一方面，提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效率，另一方面，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)主動(dòng)學(xué)習(xí)，以此促進(jìn)教育教學(xué)質(zhì)量提升。

三、將工程探究運(yùn)用到生物實(shí)踐環(huán)節(jié)

工程素養(yǎng)指工程相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員在實(shí)踐活動(dòng)過程中應(yīng)該具備的綜合能力，對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作和“科學(xué)探究”能力提升大有裨益?；赟TEAM教育的高中生物課堂教學(xué)工程性，即在生產(chǎn)生活實(shí)踐中，能夠運(yùn)用生物學(xué)科知識(shí)進(jìn)行闡釋，滿足生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)教師和學(xué)生的要求。例如，利用醋酸菌、乳酸菌發(fā)酵進(jìn)行果醋和果酒釀制，教師可布置學(xué)生采用各種方法咨詢果醋、果酒釀制辦法，在課堂上圍繞實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行討論，加深認(rèn)識(shí)，最后，分配小組課后合作釀制一瓶果醋或果酒;利用乳酸菌發(fā)酵進(jìn)行泡菜或酸奶制作，教師布置小組居家作業(yè)，將超市買的發(fā)酵粉倒入牛奶，放進(jìn)烤箱進(jìn)行發(fā)酵，設(shè)置一定溫度和時(shí)間等。另外，在諸多模塊中同樣體現(xiàn)，并可以融入工程概念。以“探究生長(zhǎng)素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)為例，首先，教師“主干問題”設(shè)計(jì)：植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中為什么莖朝地上，而根總是朝著地下生長(zhǎng)？緊接著，設(shè)計(jì)諸多“分支問題”，將知識(shí)點(diǎn)與生活相聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于問題的思考，加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解，包括：第一，為什么要切掉馬路兩邊植樹頂端的枝條？第二，怎么樣在單子葉植物上去除雙子葉植物上的雜草？如何對(duì)月季花或者玫瑰進(jìn)行插條生根？等。第三，教師對(duì)諸多問題進(jìn)行總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生善于觀察日常生活中諸多生物現(xiàn)象，并用生物學(xué)科知識(shí)及原理進(jìn)行解釋。因此，對(duì)學(xué)生工程探究意識(shí)的培養(yǎng)，不僅是改變學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考，更是促進(jìn)師生關(guān)系健康和諧發(fā)展，促進(jìn)教與學(xué)的良性循環(huán)。

四、注重生物技能教學(xué)的藝術(shù)性

自然界藝術(shù)氣息濃烈，而生物學(xué)飽含著人文氣息。STEAM教育是在STEM教育的基礎(chǔ)上，增加了Art藝術(shù)領(lǐng)域，藝術(shù)對(duì)于生物學(xué)科教學(xué)具有什么樣的價(jià)值？諸多研究人員對(duì)于將導(dǎo)入藝術(shù)、講解藝術(shù)、總結(jié)藝術(shù)等課堂教學(xué)中的藝術(shù)手法融入藝術(shù)的概念。將藝術(shù)納入高中生物課堂教學(xué)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生物學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，感受學(xué)科魅力，以及樹立審美觀和生命觀，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)中的“社會(huì)責(zé)任”等具有積極作用。生物學(xué)科諸多知識(shí)可以通過詩(shī)詞、辯論、歌曲、情景扮演和舞蹈等藝術(shù)形式進(jìn)行演繹，幫助學(xué)生將學(xué)科知識(shí)的過程在真實(shí)情景中展現(xiàn)，形成熱愛生命、關(guān)愛生命的意識(shí)，深化對(duì)學(xué)科關(guān)于“科學(xué)會(huì)受到社會(huì)和文化的影響”的理解。通過藝術(shù)結(jié)合運(yùn)用，使學(xué)生更好的融入課堂教學(xué)，提高教育教學(xué)效率。藝術(shù)的課堂運(yùn)用包含諸多方面，教師的言行舉止、學(xué)生的動(dòng)手操作都是STEAM藝術(shù)性的體現(xiàn)。教師用心準(zhǔn)備的模具或者教學(xué)PPT，藝術(shù)特征能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，反之適得其反。PBL（ProblemBasedLearning）是一種基于STEAM教育的以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)模式，備受推崇。以發(fā)酵工程中“微生物的培養(yǎng)和應(yīng)用”課堂教學(xué)為例，教師在首先設(shè)計(jì)一系列銜接性比較強(qiáng)的導(dǎo)入問題：培養(yǎng)基是什么？以物理形態(tài)進(jìn)行劃分，可以分為哪一些培養(yǎng)基？需要加入哪幾種物質(zhì)才能將液體培養(yǎng)基制成固體培養(yǎng)基？培養(yǎng)基中一般包含哪四類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)？等一系列的問題設(shè)計(jì)，另外，教師在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究的過程中，一定要結(jié)合教科書知識(shí)，設(shè)置小組合作討論形式，并進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，幫助學(xué)生建立自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，在這個(gè)學(xué)習(xí)過程中，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

五、運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和方法解決生物教學(xué)問題

數(shù)學(xué)思維是解決問題的一種重要能力，用數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)和方法是問題解決的一種重要方式。數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)和方法具有很強(qiáng)的邏輯性和抽象性，對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和運(yùn)算的整個(gè)過程，有力與學(xué)生數(shù)學(xué)思維和感知的培養(yǎng)。將生物學(xué)的諸多問題用數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)及模型建構(gòu)進(jìn)行突破，是新課改理念下學(xué)生需要掌握的一項(xiàng)能力。在生物學(xué)諸多實(shí)踐問題解決過程中常見數(shù)學(xué)知識(shí)：光合作用和呼吸作用所需能量、DNA分子堿基數(shù)目、形成卵細(xì)胞和精子的種類、種群密度、第N代細(xì)菌數(shù)量、各環(huán)節(jié)能量利用和散失比等各種運(yùn)算。高中生物學(xué)科關(guān)于遺傳學(xué)問題的重點(diǎn)和難點(diǎn)，數(shù)學(xué)思維及方法常被運(yùn)用，如基因自由組合定律問題需要用數(shù)學(xué)組合原理進(jìn)行解決，基因型頻率問題需要依據(jù)數(shù)學(xué)的完全平方公式原理進(jìn)行解決等。另外，生物教學(xué)過程中經(jīng)常需要使用數(shù)學(xué)模型，將數(shù)學(xué)模型運(yùn)用到生物教學(xué)的常見案例有：環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響、酶活性影響條件、“S”型和“J”型種群增長(zhǎng)曲線;另外，高中生物學(xué)科諸多知識(shí)和問題需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理及數(shù)量動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，數(shù)學(xué)學(xué)科方法的運(yùn)用能加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)科諸多生命現(xiàn)象的邏輯問題的理解。諸多遺傳學(xué)復(fù)雜問題、生態(tài)難題、綠化建設(shè)和莊稼種植等生活生產(chǎn)問題都可以通過數(shù)學(xué)模型和邏輯計(jì)劃加以處理或簡(jiǎn)化。將數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)與方法納入生物學(xué)科，使得諸多生物學(xué)科量化問題得以突破，學(xué)生生態(tài)意識(shí)塑造和“科學(xué)思維”培養(yǎng)得以發(fā)展。

在新課改教育教學(xué)背景下，高中生物學(xué)科跨學(xué)科融合已成為發(fā)展趨勢(shì)。STEAM教育理念是一種契合生物教學(xué)發(fā)展的新指向，將五個(gè)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行交叉融合，引導(dǎo)教師在高中生物課堂教學(xué)過程中運(yùn)用多學(xué)科、多維度的教育方法，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建多學(xué)科融合的學(xué)習(xí)方式，運(yùn)用跨學(xué)科思維和方法解決生物學(xué)科實(shí)際問題。在這個(gè)過程中，學(xué)生發(fā)散思維得以開發(fā)，不僅加深對(duì)于新知識(shí)的理解，并使所學(xué)知識(shí)得以遷移和發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生綜合能力提升。

參考文獻(xiàn)

[1]張恒澤.STEAM理念在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用例析[J].生物學(xué)教學(xué)，2019（4）：43-45.

[2]王玉霞，張超，魏琴.融合STEAM理念的《生物工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》創(chuàng)課設(shè)計(jì)與翻轉(zhuǎn)教學(xué)[J].食品與發(fā)酵工業(yè)：2020，（05）：1-8.

[3]袁磊，鄭開玲，張志.STEAM教育：?jiǎn)栴}與思考[J].開放教育研究.2020，（3）：51-57.

[4]王子武.基于STEAM理念信息技術(shù)在高中生物課堂中的應(yīng)用[J].中小學(xué)電教.2020，（05）：22-23.

[5]邱玲燕.STEAM教育在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的探索--以“果酒制作”實(shí)驗(yàn)為例[J].開放教育研究.2019，（09）：11-13.

作者簡(jiǎn)介：陳麗麗（1987-），女，福建莆田人，漢族，廈門市集美區(qū)樂安中學(xué)一級(jí)教師，碩士，研究方向：高中生物教學(xué)。