基于STEM教育理念的高中生物學(xué)課程設(shè)計(jì)和實(shí)踐研究

何菊梅 何小彪

摘 要：根據(jù)高中生物教學(xué)資源，運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)管理思路，在科學(xué)、技術(shù)與工程教學(xué)中為學(xué)生提供教學(xué)實(shí)踐的機(jī)會(huì)。通過對(duì)學(xué)校教學(xué)環(huán)境分析，結(jié)合當(dāng)前學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)需要，探索在當(dāng)前高中生物教學(xué)中的課程適宜資源，開啟課上課下相銜接的方式，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。文章基于當(dāng)前多元的教學(xué)理念要求，分析在當(dāng)前教學(xué)活動(dòng)中如何有效地運(yùn)用STEM教育，以便更好地培養(yǎng)出符合時(shí)代發(fā)展需求的新型人才。

關(guān)鍵詞：STEM教育;高中生物;課程設(shè)計(jì)

一、 引言

在當(dāng)前高中生物教學(xué)中實(shí)施STEM教育能夠促使學(xué)生將所學(xué)習(xí)到的知識(shí)內(nèi)容與技術(shù)工程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，從而有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在當(dāng)前教育中將STEM教育與高中生物教學(xué)進(jìn)行融合，通過一系列的工序流程將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于生活，從而使學(xué)生在體驗(yàn)項(xiàng)目策劃與實(shí)施過程中感受到設(shè)計(jì)產(chǎn)品帶來的快樂，將最新的科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成長有著一定的作用。

STEM是科學(xué)（science）、技術(shù)（technilogy）、工程（engineering）、數(shù)學(xué)（mathematics）的合稱，STEM教育可以將理論、圖畫和教學(xué)基礎(chǔ)有效融合起來，創(chuàng)新課堂教學(xué)方式，在當(dāng)前我國的高中素質(zhì)教育中尚處于發(fā)展階段?；谄渥陨斫虒W(xué)發(fā)展的特性，結(jié)合我國未來教育發(fā)展方向，其在教育過程中的重要價(jià)值不言而喻，在高中生物教學(xué)中越早實(shí)施就能夠越早地提升學(xué)生的科學(xué)信息素養(yǎng)，使其在未來科學(xué)發(fā)展中有著一定的作用。在當(dāng)前的教育過程中如何有效地在高中生物教學(xué)中開展STEM教育？由于正處于發(fā)展階段，缺少相應(yīng)的參考，其整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程必須在實(shí)踐探索中確定講課步驟、教學(xué)內(nèi)容，并結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際設(shè)計(jì)教學(xué)模式及方式，作為該項(xiàng)目中必不可少的環(huán)節(jié)。當(dāng)教師在組織教學(xué)中，還會(huì)出現(xiàn)其他意想不到的問題，教師可以讓學(xué)生利用自己的能力解決這些問題，促使學(xué)生在解決問題中訓(xùn)練科學(xué)思維，提高學(xué)生的綜合性科學(xué)素養(yǎng)。因其在探索階段時(shí)間較短且缺乏重復(fù)性，STEM教育在教學(xué)中還將處于持續(xù)性深入研究階段。文章僅對(duì)當(dāng)前呈現(xiàn)的初步實(shí)踐過程進(jìn)行闡述。

二、 確定研究對(duì)象

在高中的生物學(xué)教材中，其中絕大多數(shù)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)較難，尤其在講解細(xì)胞生理變化、適應(yīng)遺傳等知識(shí)點(diǎn)中，這些教學(xué)知識(shí)點(diǎn)在必修和選修課程中都有涉及。雖然這些生物知識(shí)點(diǎn)較難，但是學(xué)生在探索學(xué)習(xí)中可以將其與現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合起來進(jìn)行理解，在實(shí)踐中明確適合自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

例如學(xué)生在對(duì)高中5本生物學(xué)教學(xué)進(jìn)行翻閱時(shí)，可以將其中重難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)挑選出來，建設(shè)完善的思維導(dǎo)圖，并結(jié)合自身在生活中碰到的具體案例進(jìn)行深入分析，了解細(xì)胞與食品生產(chǎn)之間的關(guān)系。

在實(shí)踐中，學(xué)生還可以結(jié)合日常的生活習(xí)慣，考慮到家庭生活中有著制作酸菜的實(shí)踐經(jīng)歷，學(xué)生可以在梳理生物知識(shí)點(diǎn)中，學(xué)習(xí)酸菜的制作方法。為了制作出味道正宗并且對(duì)人們身體無危害的酸菜，學(xué)生可以在確定研究課題中以“哪種制作酸菜方式最為健康”為對(duì)象，在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行探索實(shí)踐?？梢酝ㄟ^在市場上進(jìn)行蔬菜的選購，在實(shí)驗(yàn)道具上面更容易獲得，針對(duì)腌制實(shí)踐并不會(huì)特別長，課堂性的研究實(shí)踐花費(fèi)時(shí)間較少，學(xué)生在制定好酸菜研究對(duì)象后，可以將酸菜制作步驟作為自變量，并根據(jù)酸菜中亞硝酸鹽含量確定因變量，利用分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，提高生物實(shí)驗(yàn)的合理性。通過查閱相關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)，通常情況下，酸菜中的亞硝酸鹽含量非常低，并不會(huì)對(duì)學(xué)生造成影響，在實(shí)驗(yàn)中針對(duì)各種實(shí)驗(yàn)試劑經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室設(shè)備技術(shù)的有效控制，使其具有安全性，且該課題在內(nèi)容上受到完結(jié)環(huán)境影響較小，這樣研究課題便宣告成功。

三、 梳理課題內(nèi)容

（一）確定研究目的

通過上一個(gè)環(huán)節(jié)確定研究課題之后，針對(duì)此項(xiàng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)其主要闡明的目的是什么，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩偨Y(jié)研究結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)研究任務(wù)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究課題中存在的問題，尋找解決辦法。

例如在上述的實(shí)驗(yàn)研究中，研究的課題主要是分析哪種腌制方式中的酸菜亞硝酸鹽含量比較少，從而挑選出適合腌制酸菜的方式，從而達(dá)到課題研究目的。

（二）確定實(shí)驗(yàn)步驟

在確定實(shí)驗(yàn)步驟中，必須結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究目的，選擇合理的實(shí)驗(yàn)材料，結(jié)合相關(guān)生物知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并確定好實(shí)驗(yàn)過程中的自變量和因變量。在選擇實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，需要時(shí)刻秉承平行重復(fù)原則，結(jié)合單因子變量規(guī)律，確保測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可行性與準(zhǔn)確性。在實(shí)驗(yàn)中通過選取等量的蔬菜，且在實(shí)驗(yàn)中泡菜的外在影響因素和制作步驟保持平衡。在測(cè)量每種酸菜亞硝酸鹽含量時(shí)，需要對(duì)同種制作酸菜方式進(jìn)行至少三次測(cè)量，并將每次測(cè)量結(jié)果記錄下來，取平均值，具體測(cè)量步驟可以結(jié)合課本中提供的方式進(jìn)行參考。通過實(shí)驗(yàn)獲取到一定的數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)的處理中要具備一定的方法，引導(dǎo)學(xué)生使用哪種軟件使得數(shù)據(jù)在呈現(xiàn)中更加直觀。這時(shí)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)能夠?yàn)閷W(xué)生的實(shí)驗(yàn)提供較大的幫助。在處理數(shù)據(jù)時(shí)可以運(yùn)用各種推理方法，從而使得學(xué)生對(duì)相關(guān)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行全面掌握。同樣在實(shí)驗(yàn)中不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種誤差，為使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加接近真實(shí)，在一般情況下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中經(jīng)常會(huì)用到曲線圖方法。

（三）制定產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)及銷售工作

當(dāng)教師在高中生物教學(xué)中使用STEM時(shí)，應(yīng)將學(xué)生作為教學(xué)主體，讓學(xué)生通過自己的學(xué)習(xí)方式研究實(shí)驗(yàn)課題，這樣學(xué)生在動(dòng)手操作的同時(shí)，可以根據(jù)自身的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析生產(chǎn)效果，激發(fā)學(xué)生自主投入實(shí)踐探索的積極性。同時(shí)，通過讓學(xué)生參與到后期產(chǎn)品的包裝及銷售，能夠培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的市場營銷能力。

四、 安排教學(xué)時(shí)間

基于現(xiàn)實(shí)情況下，學(xué)生日常休息時(shí)間比較短，需要教師在組織教學(xué)中規(guī)劃好學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，合理安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)，可以在教學(xué)中為學(xué)生設(shè)置相關(guān)的選修課程，讓學(xué)生在選修課上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。與此同時(shí)，運(yùn)用平時(shí)的研究學(xué)習(xí)時(shí)間，將研究課程與STEM教學(xué)相結(jié)合，在對(duì)課題的研究中進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究。為保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，可以將此兩者的有效時(shí)間進(jìn)行融合，給學(xué)生留出更加充分的實(shí)驗(yàn)研究時(shí)間。

五、 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程及方法

（一）課題研究前準(zhǔn)備

當(dāng)教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，需要謹(jǐn)慎選擇課題研究方向，分析其在實(shí)驗(yàn)過程中可能會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)器材，并與學(xué)校積極溝通，完善實(shí)驗(yàn)器材，如果學(xué)校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室器材無法滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)要求，教師可以將全體學(xué)生劃分成多個(gè)小組，要求學(xué)生以合作學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確保學(xué)生能夠在操作中培養(yǎng)自身的動(dòng)手能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的了解。在實(shí)驗(yàn)開始階段為學(xué)生創(chuàng)建出良好的環(huán)境。針對(duì)實(shí)驗(yàn)材料短缺，可以由實(shí)驗(yàn)組織者進(jìn)行購買，或是學(xué)生自行購買。

（二）課題研究的實(shí)施

當(dāng)教師在高中生物課程中開始課題實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，首先應(yīng)向?qū)W生系統(tǒng)展示相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方式，告訴學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意哪些問題，確保學(xué)生人身安全，促使學(xué)生在開展自主實(shí)驗(yàn)中，能夠按照教師講解的使用步驟進(jìn)行操作，教師在此過程中應(yīng)幫助學(xué)生解決在實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問題。通過在實(shí)驗(yàn)前期明確了解實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和針對(duì)數(shù)據(jù)的處理方法，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可以利用已有知識(shí)儲(chǔ)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索。然而在現(xiàn)實(shí)操作中，學(xué)生或多或少會(huì)遇到難以處理的問題，比如在實(shí)驗(yàn)材料處理中、實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作中都會(huì)出現(xiàn)無法克服的問題，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)遇到問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)向教師及同學(xué)進(jìn)行請(qǐng)教，共同探究，也可以查找相關(guān)資料，探尋問題的解決措施，從而有效鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

（三）撰寫課題研究論文

完成實(shí)驗(yàn)研究之后將所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用論文的方式進(jìn)行講述，論文內(nèi)容必須包含引言、材料、方法、分析和結(jié)論等。教師可以輔助學(xué)生試著進(jìn)行論文寫作練習(xí)，告訴學(xué)生如何利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)闡明生物反應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)學(xué)生將論文撰寫好之后，教師應(yīng)收集學(xué)生所寫的論文，做好詳細(xì)查閱的準(zhǔn)備工作，將學(xué)生在論文中存在的問題挑選出來，及時(shí)與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流，與學(xué)生通過共同探索的方式，幫助學(xué)生修改論文內(nèi)容，這樣能夠?yàn)橐院蟮恼撐淖珜懽龊脺?zhǔn)備。

（四）限制STEM教育在高中生物教學(xué)中應(yīng)用的因素

當(dāng)然在實(shí)施研究計(jì)劃的過程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)目前STEM教育的實(shí)施還是存在很多限制性因素。

首先，STEM教育對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考要求很高，對(duì)于學(xué)生來講，自主進(jìn)行探究，獨(dú)立思考的能力有待提高。

其次，就是受應(yīng)試教育的影響，學(xué)生還是更偏向于識(shí)記知識(shí)點(diǎn)這種速成的學(xué)習(xí)方法，而不愿意花費(fèi)較長時(shí)間去觀察探究問題。

最后，就是某些微觀方面的生物學(xué)知識(shí)，由于設(shè)備落后等原因無法真正地讓學(xué)生有直觀的認(rèn)識(shí)。

當(dāng)然某些微觀方面的內(nèi)容的學(xué)習(xí)是可以克服設(shè)備條件的，例如在學(xué)習(xí)細(xì)胞器這一節(jié)內(nèi)容之前，我們讓學(xué)生通過預(yù)習(xí)，根據(jù)自己的興趣自愿嘗試去制作細(xì)胞器模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)做了模型的學(xué)生與沒做模型的學(xué)生相比，對(duì)于細(xì)胞器這一塊兒的內(nèi)容掌握起來更容易。

（五）課題研究產(chǎn)品的生成與銷售

當(dāng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)研究得出某個(gè)結(jié)論時(shí)，應(yīng)要求學(xué)生將實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)反應(yīng)全面記錄下來，在之后可以通過生產(chǎn)步驟進(jìn)行批量加工。但是在進(jìn)行生產(chǎn)之前，應(yīng)系統(tǒng)考慮相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺可a(chǎn)，并且深入研究在簡化生產(chǎn)步驟的前提下降低成本，力求最大限度提高產(chǎn)品生產(chǎn)價(jià)值。另外，還應(yīng)進(jìn)行必要的研究與實(shí)驗(yàn)，最終在產(chǎn)品的包裝及銷售過程中，教師可以組織學(xué)生自主查閱相關(guān)書籍，解決產(chǎn)品批量化生產(chǎn)中存在的問題，并在設(shè)計(jì)產(chǎn)品包裝實(shí)驗(yàn)中有效開啟學(xué)生的想象力，模仿學(xué)習(xí)一些流行性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)出自己的品牌。在銷售策略中必須結(jié)合當(dāng)前的市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律，通過對(duì)市場環(huán)境的了解，保障在銷售中有一定的競爭地位，制定出合理的銷售方法，讓學(xué)生在銷售中學(xué)會(huì)基本的理財(cái)知識(shí)，從而珍惜勞動(dòng)成果。

六、 結(jié)語

總體來講，學(xué)生在實(shí)踐中收獲的不僅僅是科學(xué)知識(shí)，更多體會(huì)到了“團(tuán)隊(duì)的協(xié)作、分享和交流、怎樣將已學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中”等。這些收獲對(duì)于學(xué)生解決問題的能力、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)都有很大幫助。生物教學(xué)結(jié)合STEM教育對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)素養(yǎng)及學(xué)習(xí)能力有著明顯的幫助。在實(shí)驗(yàn)中要注重引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如何在教學(xué)中發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)價(jià)值，教師的教學(xué)引導(dǎo)方法顯得尤為重要。與此同時(shí)，教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題也引發(fā)了筆者進(jìn)一步的思考。如，如何處理學(xué)生活躍而發(fā)散的思維對(duì)教師來說就是個(gè)很大的考驗(yàn)，教師既要整合學(xué)生遇到的眾多問題，并且要在問題中想出可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生思考的方法，也不能因干預(yù)過多而限制了學(xué)生創(chuàng)造性思維，這就對(duì)教者的教學(xué)策略提出了更高的要求。

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作者簡介：

何菊梅，何小彪，甘肅省定西市，甘肅省岷縣第一中學(xué)。