基于STEM教育理念的高中生物教學(xué)探析

令永霞

【摘要】將STEM教育理念應(yīng)用到高中生物教學(xué)中，能夠使學(xué)生的學(xué)習(xí)場所從課堂和學(xué)校中跳脫出來，引導(dǎo)學(xué)生運用相應(yīng)的生命理念，了解和感知生物世界，探索生命現(xiàn)象背后蘊含的原理，有助于提高學(xué)生的邏輯思維能力，使其遇到問題時，能夠運用多學(xué)科知識去對問題進(jìn)行分析和解決。而在相應(yīng)的生物實驗和實踐活動中，教師也可以傳授相關(guān)科普知識，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)。文章從STEM教育理念的內(nèi)涵出發(fā)，分析了STEM教育理念在高中生物教學(xué)中的作用及應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】高中生物；STEM教育理念；概述；作用；應(yīng)用

【中圖分類號】G633.91【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【文章編號】1004—0463（2022）11—0057—04

STEM教育理念其核心宗旨在于提高青少年的創(chuàng)新能力和實踐能力，保證教育教學(xué)的有效性。STEM教育理念強調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)學(xué)科的有機融合，以跨學(xué)科綜合知識及手段為支撐，解決現(xiàn)實問題。將STEM教育理念應(yīng)用到高中生物教學(xué)中，能夠推動學(xué)生學(xué)習(xí)思維的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)其形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維習(xí)慣，促進(jìn)學(xué)習(xí)效率和效果的提高。

STEM包含了四門不同的學(xué)科，首先是Science（科學(xué)），其核心在于認(rèn)識世界，可以對自然界存在的客觀規(guī)律進(jìn)行解釋；其次是Technology（技術(shù)）以及Engineering（工程），兩者可以在認(rèn)識自然，尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，對世界進(jìn)行合理改造，實現(xiàn)人與自然的和諧共處，分析和解決社會發(fā)展中遇到的各種問題；然后是Mathematics（數(shù)學(xué)），可以將其看作是技術(shù)與工程學(xué)科在改造世界過程中的基礎(chǔ)性工具[1]。STEM教育理念強調(diào)對學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)以及數(shù)學(xué)素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)，強調(diào)借助開放化和動態(tài)化的課程教育模式，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自身掌握的知識，分析和解決問題，有助于推動學(xué)生知識體系的優(yōu)化和完善。STEM教育理念的核心體現(xiàn)在跨學(xué)科教育模式，強調(diào)不同學(xué)科知識之間的融會貫通，形成完善的知識體系，具備融合性的特征。在運用STEM教育理念實施教學(xué)活動的過程中，應(yīng)該注重學(xué)生的自主探究，教師的教學(xué)互動更多的是一種補充和完善，在推動教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)的過程中，能夠拓展學(xué)生的思維和視野，促進(jìn)學(xué)生解決問題能力的提高。

STEM教育理念的內(nèi)涵體現(xiàn)在三個方面：一是真實的問題解決情境。STEM教育理念的核心是建構(gòu)主義理念，屬于一種情境教學(xué)模式，關(guān)注情境的真實性和有效性，要求教師在實施教學(xué)活動的過程中，能夠在真實的問題情境中引導(dǎo)學(xué)生主動探索，教學(xué)內(nèi)容和課堂形式都會在一定程度上影響問題的解決。對此，教師需要合理安排教學(xué)環(huán)節(jié)以及活動實施的過程，設(shè)計出貼合教學(xué)內(nèi)容的問題情境，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)知識，解決問題[2]。二是跨學(xué)科的知識整合。STEM教育理念并不是簡單地將上述四門學(xué)科疊加在一起，而是從問題解決情境的實際需求出發(fā)，對學(xué)科中的相關(guān)知識梳理整合，實現(xiàn)問題的有效解決。三是創(chuàng)新人才培養(yǎng)。STEM教育理念強調(diào)對學(xué)生問題解決能力以及創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，在教育教學(xué)過程中應(yīng)該以學(xué)生發(fā)展為核心，在問題情境中，引導(dǎo)學(xué)生合理地運用綜合學(xué)科知識進(jìn)行探究實踐，以此來激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

STEM教育理念強調(diào)以真實的問題解決情境進(jìn)行教學(xué)，融入各個學(xué)科的相關(guān)知識，尊重學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)其動手實踐，思考和解決問題[3]。

1.推動學(xué)生全面發(fā)展。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出，應(yīng)該加強學(xué)科之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生更好地理解生物知識，形成科學(xué)的生命觀以及正確的世界觀。將STEM教育理念應(yīng)用到高中生物教學(xué)中，能夠推動學(xué)生的全面發(fā)展?？茖W(xué)學(xué)科可以幫助學(xué)生更好地了解現(xiàn)實世界，認(rèn)識客觀規(guī)律；工程學(xué)科可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知思維能力以及獨立思考能力；技術(shù)學(xué)科可以使學(xué)生掌握問題解決的策略和技能；數(shù)學(xué)學(xué)科則能夠獲取有效的分析推理方法。學(xué)生可以通過小組合作的方式，圍繞相應(yīng)的主題，實施活動方案設(shè)計，依照自身的想法來提出方案設(shè)想，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。在評價環(huán)節(jié)，教師可以從小組整體學(xué)習(xí)過程，以及作品完成情況進(jìn)行綜合評估。通過有效的合作活動，能夠推動師生之間的相互學(xué)習(xí)和交流，很好地滿足了新課標(biāo)的要求[4]。

2.培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。STEM教育理念能夠擺脫單一學(xué)科教學(xué)對學(xué)生思維產(chǎn)生的束縛，確保學(xué)生能夠掌握相關(guān)學(xué)科的專業(yè)知識，提高學(xué)生的動手操作能力和創(chuàng)新實踐能力。在高中生物教學(xué)中STEM教育理念的應(yīng)用，能夠?qū)⑸飳W(xué)科與物理學(xué)科、化學(xué)學(xué)科等緊密聯(lián)系起來，通過多學(xué)科知識學(xué)習(xí)的方式，引導(dǎo)學(xué)生運用整合思維更好地理解知識，對零碎化的知識進(jìn)行組合運用。STEM教育理念下，學(xué)生可以通過跨學(xué)科學(xué)習(xí)的方式，了解概念之間的關(guān)系，促進(jìn)其生命觀念的形成；教師則可以借助一些現(xiàn)實生活中的話題或者案例，進(jìn)行課堂情境的創(chuàng)設(shè)，促進(jìn)學(xué)生對國家以及社會認(rèn)同感的提升。在實踐環(huán)節(jié)，教師應(yīng)該做好相關(guān)資料的搜集和整理，幫助學(xué)生更好地掌握生物知識，了解事物的本質(zhì)特征及客觀規(guī)律，也可以培養(yǎng)學(xué)生的探究精神及科學(xué)思維。

1.創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。STEM教育理念中，情境性是最為典型的特點，生物教師應(yīng)該選擇與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)，同時貼合生活實際的情境進(jìn)行教學(xué)，良好的教學(xué)情境能夠推動生物教學(xué)目標(biāo)的順利實現(xiàn)，也可以使學(xué)生在解決問題的過程中，獲取新的知識，感受生物學(xué)習(xí)的樂趣，激發(fā)其對于學(xué)習(xí)的興趣[5]。

2.提出研究問題。通過相應(yīng)的情境渲染后，學(xué)生可能會提出各種各樣的問題，而所有的這些問題基本都來自現(xiàn)實生活情境。高中生物教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生運用自身掌握的知識和經(jīng)驗，分析和解答問題，作出科學(xué)的點評，通過與學(xué)生的共同討論，確定最終需要研究的問題，要求學(xué)生就問題進(jìn)行更深層次的思考和討論。通過這樣的方式，可以引導(dǎo)學(xué)生從多個角度對問題進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，使得學(xué)生主動參與到課堂教學(xué)活動中[6]。

3.設(shè)計實驗方案。在明確問題后，教師需要做好學(xué)生的分組工作，引導(dǎo)學(xué)生以小組合作的形式對相應(yīng)的文獻(xiàn)資料進(jìn)行搜集和整合，確定好具體的實驗流程，分析各種思路實施的可行性，形成相應(yīng)的實驗方案。而在針對實驗方案進(jìn)行設(shè)計的過程中，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生自主思考，做好小組內(nèi)部討論工作，鼓勵學(xué)生大膽提出質(zhì)疑，探索新的問題解決思路。

4.構(gòu)筑知識體系。學(xué)生在分析資料、制定實驗方案的過程中，教師需要做好引導(dǎo)與支持，講解本節(jié)課的知識和內(nèi)容，與學(xué)生一同完成知識體系的構(gòu)建，并以此為基礎(chǔ)，幫助學(xué)生更好地把握教學(xué)內(nèi)容，分析課程中的STEM元素，確保其能夠合理地利用生物知識，對實驗方案的合理性進(jìn)行分析和評估，明確方案的優(yōu)勢和缺陷。在實際評估的過程中，教師需要做好針對性引導(dǎo)，確保學(xué)生可以在小組之間進(jìn)行溝通交流，明確自身存在不足的同時，學(xué)習(xí)其他小組的優(yōu)勢，幫助學(xué)生對實驗計劃進(jìn)行評估，最大限度地保障實驗的合理性和有效性[7]。

5.開展探究實驗?；赟TEM教育理念的高中生物教學(xué)中，生物教師在深入了解相關(guān)知識的情況下，需要引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作的方式，開展相應(yīng)的探究實驗，做好適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的小組合作交流能力。在探究實驗的過程中，教師需要強調(diào)一些關(guān)鍵事項，對照實際教學(xué)情況，選擇恰當(dāng)?shù)墓ぞ哔Y源，為學(xué)生在探究過程中遇到問題時進(jìn)行指導(dǎo)，提出合理建議，也可以在合適的時間節(jié)點，提供完善的教學(xué)框架，引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行更加深入的探究。

6.實施多元評價。在相應(yīng)的實驗結(jié)束后，教師可以組織學(xué)生繼續(xù)以小組為單位，展示各自的實驗成果，做好實驗過程中經(jīng)驗和問題的總結(jié)，也可以要求學(xué)生進(jìn)行自我評價以及小組間的相互評價。在小組間相互評價環(huán)節(jié)，需要設(shè)置多元化的評價主體，同時關(guān)注對學(xué)習(xí)過程的評價。就目前來看，在高中生物教學(xué)中，教師采用的評價方式一般都是以自身為主體的總結(jié)性評價， STEM教育理念的應(yīng)用，要求教師能夠在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中進(jìn)行評價，推動總結(jié)性評價與過程性評價的相互結(jié)合。基于此，生物教師在開展評價活動的過程中，不僅需要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，也不能忽視其學(xué)習(xí)的過程，這樣才能真正保障評價工作的有效性[8]。

1.融入新聞事件。教材本身的特點決定了其在編制方面存在很大的滯后性，新教材從整理到編制再到出版使用，需要經(jīng)過較長的時間，而在這個時間內(nèi)，社會環(huán)境會發(fā)生變化，教材的內(nèi)容也可能滯后于環(huán)境發(fā)展，如果一味地照本宣科，可能影響教學(xué)的實際效果。對此，教師在實施日常教學(xué)的過程中，需要重視社會新聞事件的融入，以新聞取代教材中的“舊聞”，這樣才能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)的時效性[9]。例如，在教材中“從生物圈到細(xì)胞”一課中，提供的素材包括非典型肺炎以及SARS病毒，其發(fā)生在2003年，對于高中生而言十分陌生，在缺乏親身經(jīng)歷的情況下，學(xué)生存在著課堂參與度不高的情況。針對這一點，教師可以補充一些具備較強時效性的新聞事件，如新冠肺炎，這個蔓延全球的疫病帶來的影響不可謂不大，顯然更能吸引學(xué)生的目光。對于生物教師而言，應(yīng)該隨時關(guān)注新聞事件，將其應(yīng)用到課堂教學(xué)中，通過這樣的方式激發(fā)學(xué)生對于生物學(xué)習(xí)的興趣，使得學(xué)生能夠認(rèn)識到，生物學(xué)知識充斥著日常生活的方方面面。

2.銜接現(xiàn)實生活。對于STEM教育理念而言，一個非常顯著的特點是其具備較強的實踐性，教師在實施課堂教學(xué)的過程中，可以對教材中的知識進(jìn)行梳理，實現(xiàn)與現(xiàn)實生活的有效銜接，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。例如，在針對“細(xì)胞中的糖類和脂類”進(jìn)行教學(xué)時，教材中安排的課后閱讀材料十分貼近學(xué)生的日常生活，但是其中很大篇幅都是強調(diào)熱量，抽象性強，無法很好地激發(fā)學(xué)生對于學(xué)習(xí)的興趣[10]?；诖?，教師可以在教學(xué)設(shè)計中，加入相應(yīng)的討論環(huán)節(jié)，選擇一些學(xué)生比較感興趣的話題，如健身、減肥、美體塑形等?，F(xiàn)代人生活水平的提高，使得肥胖問題變得越來越普遍，在學(xué)生群體中，肥胖癥狀也在不斷增加，是否能夠運用生物學(xué)的相關(guān)知識，對肥胖問題進(jìn)行解決呢？教師可以引導(dǎo)學(xué)生針對這個問題進(jìn)行分析和討論，激發(fā)其對于學(xué)習(xí)的積極性，將學(xué)生的能動性和創(chuàng)造性充分發(fā)揮出來，切實保障課堂教學(xué)的效果。

3.引入前沿技術(shù)。分析高中生物人教版教材，可以發(fā)現(xiàn)其中包含了大量的前沿技術(shù)和先進(jìn)知識，如電子顯微鏡的使用、放射同位素示蹤技術(shù)的應(yīng)用等。從生物教師的角度，在針對必修一《分子與細(xì)胞》進(jìn)行教學(xué)的過程中，可以引入必修二以及必修三中的技術(shù)手段，通過這樣的方式，能夠很好地體現(xiàn)教材的功效，創(chuàng)新課程教育理念，也可以更好地凸顯STEM教育理念的特點和優(yōu)勢。如，在完成DNA基本結(jié)構(gòu)與堿基排列規(guī)律的教學(xué)后，教師可以引入一些熱點話題及前沿技術(shù)，如克隆技術(shù)、轉(zhuǎn)基因作物等[11]，與學(xué)生共同討論相應(yīng)的問題，如“克隆技術(shù)如果被應(yīng)用到人體克隆領(lǐng)域，可能引發(fā)怎樣的倫理沖突？”“如果基因編輯技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用成為常態(tài)，我們今后生活的社會又會出現(xiàn)怎樣的變化？”考慮到課堂時間的限制，對于一些不太重要的問題，應(yīng)該做到“淺談即止”，事實上，只要教師做好引導(dǎo)，即便是淺談也能夠激起學(xué)生深入探索的欲望，甚至可能影響學(xué)生的終身發(fā)展。

4.關(guān)注結(jié)果評價。教師需要重視學(xué)習(xí)成果的評價，更應(yīng)該關(guān)注過程性評價，看學(xué)生是否能夠完成對于相關(guān)資料的收集工作，是否能夠在小組討論中將自身的觀點表達(dá)出來，是否能夠依照探討得到的結(jié)果，制定出有效的實驗方案，是否能夠?qū)ψ陨碓趯W(xué)習(xí)中的收獲以及存在的不足進(jìn)行反思等。通過這樣的方式，可以更好地明確學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題，提高教學(xué)的有效性。

總而言之，STEM教育理念的核心導(dǎo)向是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，推動知識的問題化以及問題的項目化，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維和團(tuán)隊意識，進(jìn)一步提升生物教學(xué)效率。

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編輯：張昀