應(yīng)用STEM理念培養(yǎng)初中生的科學(xué)思維能力

摘 要：在初中生物課堂教學(xué)中開(kāi)展 STEM 教學(xué)活動(dòng)，根據(jù)《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的指導(dǎo)要求，在具體的教學(xué)過(guò)程中，創(chuàng)設(shè)了不同的教學(xué)主線(xiàn)，即情境化教學(xué)主線(xiàn)、探究化教學(xué)主線(xiàn)、邏輯化教學(xué)主線(xiàn)、信息技術(shù)教學(xué)主線(xiàn)，同時(shí)結(jié)合具體的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，來(lái)提高學(xué)生對(duì)初中生物學(xué)的興趣和主動(dòng)學(xué)習(xí)性，不斷培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，提升科學(xué)素養(yǎng)等關(guān)鍵能力.

關(guān)鍵詞：STEM 理念；教學(xué)主線(xiàn)設(shè)計(jì)；初中生物

中圖分類(lèi)號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）26-0140-03

作者簡(jiǎn)介：王曉艷（1990.7-），女，研究生，中學(xué)一級(jí)教師，從事初中生物教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：江蘇省昆山市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度課題“STEM視域下初中生物活動(dòng)課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究”（y/2022135）

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確指出“義務(wù)教育生物學(xué)課程注重探究和實(shí)踐，以豐富的生物學(xué)知識(shí)為載體，通過(guò)多種教學(xué)活動(dòng)展現(xiàn)人們認(rèn)識(shí)自然規(guī)律和規(guī)律的思維方式及探究過(guò)程，反映自然科學(xué)的本質(zhì).學(xué)習(xí)生物學(xué)課程有利于學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，提升科學(xué)素養(yǎng)，對(duì)學(xué)生的健康生活、終生發(fā)展具有重要意義”[1].本文通過(guò)將STEM課程實(shí)踐活動(dòng)融入初中生物的教學(xué)中，嘗試通過(guò)創(chuàng)設(shè)不同的教學(xué)主線(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)實(shí)際問(wèn)題的勇于探究能力、模型構(gòu)建能力、理性思維能力和批判性思維能力.

1 情境化教學(xué)主線(xiàn)

1.1 利用生活情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)主線(xiàn)

STEM教學(xué)一般都是基于一定的情境中，這正是它最具有“吸引力” 的地方.學(xué)生在STEM教學(xué)活動(dòng)設(shè)置的問(wèn)題情境中展開(kāi)學(xué)習(xí)，能把新的知識(shí)與舊的知識(shí)聯(lián)系在一起，但是又不能完全確定關(guān)系，這樣學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生“跳一跳，能夠到”的心理.在這種情況下，學(xué)生在好奇心和求知欲的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)主動(dòng)去“跳一跳”，在這個(gè)過(guò)程中，就完全調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和參與性，使學(xué)生對(duì)于解決真實(shí)情境中的問(wèn)題產(chǎn)生期待，而主動(dòng)去學(xué)習(xí).

例如，在“人體內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸”一課中，教師可以先問(wèn)一下學(xué)生：平時(shí)有沒(méi)有去醫(yī)院抽過(guò)血？都是在什么情況下去抽血的呢？同學(xué)們會(huì)看血常規(guī)化驗(yàn)單嗎？接下來(lái)給大家展示一個(gè)人的血常規(guī)化驗(yàn)單（見(jiàn)表1），請(qǐng)同學(xué)們思考化驗(yàn)單上的哪些項(xiàng)目的測(cè)定值不正常？

根據(jù)不正常的指標(biāo)，同學(xué)們能判斷他可能患有什么樣的健康問(wèn)題嗎？學(xué)生們小組討論很快得出他可能患有貧血和炎癥.教師接著提問(wèn)，貧血輕微的話(huà)，如果要食補(bǔ)，平時(shí)生活中要多飲食哪些食物呢？身體有炎癥，要在醫(yī)生的指導(dǎo)下，吃一些抗生素.繼續(xù)追問(wèn)，抗生素能隨便吃嗎？會(huì)不會(huì)把體內(nèi)的一些益生菌也一同消滅了呢？本節(jié)課從學(xué)生生活中常見(jiàn)的血常規(guī)化驗(yàn)單入手，由于跟學(xué)生的生活緊密聯(lián)系，能很快激起學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的興趣.同時(shí)也給學(xué)生如何健康生活和安全用藥提供一些指導(dǎo)，讓學(xué)生認(rèn)同生物學(xué)及醫(yī)學(xué)倫理觀念，養(yǎng)成健康生活的態(tài)度和行為習(xí)慣.

1.2 利用角色情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)主線(xiàn)

學(xué)生在創(chuàng)設(shè)角色情境教學(xué)主線(xiàn)中去學(xué)習(xí)，源自對(duì)自然界的好奇心和求知欲，可以很快地投入到課堂中，在不同的任務(wù)驅(qū)動(dòng)中提升思維能力和情感體驗(yàn)[2].例如，在“食物鏈”一課中，教師找六位學(xué)生，分別扮演青草、蚱蜢、青蛙、雞、蛇、貓頭鷹，然后按照“吃與被吃”（被吃的在左邊，捕食者在右邊）的順序站成一條線(xiàn).讓學(xué)生在角色體驗(yàn)中，自己總結(jié)食物鏈的概念，促進(jìn)學(xué)生達(dá)成學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo).

2 探究化教學(xué)主線(xiàn)

STEM教育主張讓學(xué)生在動(dòng)手的過(guò)程中掌握知識(shí)，同時(shí)將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用在動(dòng)手中.即活動(dòng)的實(shí)踐性是STEM教育更注重的，力爭(zhēng)讓學(xué)生把學(xué)習(xí)到的知識(shí)從結(jié)果轉(zhuǎn)變成過(guò)程.這正與《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中的課程目標(biāo)“探究實(shí)踐”相一致.探究實(shí)踐是獲得生物學(xué)知識(shí)和發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要學(xué)習(xí)方式，是創(chuàng)新型人才的重要標(biāo)志.因此，教師創(chuàng)設(shè)教學(xué)主線(xiàn)的過(guò)程中，要充分利用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)探究情境，促進(jìn)學(xué)生對(duì)自我的清晰認(rèn)識(shí)、樹(shù)立學(xué)科自信，改進(jìn)學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)其核心素養(yǎng)的形成.

例如，在“探究種子萌發(fā)的環(huán)境條件的實(shí)驗(yàn)”中，圖1甲裝置的溫度為26 ℃，乙裝置的溫度為6 ℃，請(qǐng)你說(shuō)出本實(shí)驗(yàn)一共設(shè)置了幾組實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組？控制的單一變量又分別是什么？你認(rèn)為最容易萌發(fā)的種子是幾號(hào)？

學(xué)生通過(guò)思考交流，得出：①②可以形成一組實(shí)驗(yàn)，單一變量是水；②③可以形成一組實(shí)驗(yàn)，單一變量是空氣；②⑤可以形成一組實(shí)驗(yàn)，單一變量是溫度.學(xué)生最后推測(cè)，②號(hào)最容易萌發(fā)，因?yàn)樗邆淞顺渥愕目諝?、適度的水分、適宜的溫度等條件.教師繼續(xù)追問(wèn)光是否影響種子的萌發(fā)？大部分同學(xué)認(rèn)為光影響種子的萌發(fā).先不要著急說(shuō)出你推測(cè)的結(jié)論，可以親自做一個(gè)探究實(shí)驗(yàn).那么，怎樣設(shè)置無(wú)光的環(huán)境呢？如何保證除光這個(gè)因素不同外，其它的環(huán)境條件比如溫度、水分等都保持一致呢？同學(xué)們還可以多選擇幾種種子進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn).以探究種子萌發(fā)需要的外界條件為教學(xué)主線(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程并制定實(shí)施實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析總結(jié)、推理判斷，最終得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和學(xué)科探究的能力.

3 邏輯化教學(xué)主線(xiàn)

邏輯通常是指人們認(rèn)識(shí)客觀事物的思維方式和思維規(guī)律.其中，發(fā)展科學(xué)思維是培育學(xué)生理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等科學(xué)精神的重要途徑[3].思維的出發(fā)點(diǎn)就是善于提出問(wèn)題，教師應(yīng)有意識(shí)地去設(shè)置疑問(wèn)，讓學(xué)生在“疑問(wèn)”中產(chǎn)生對(duì)探究生命奧秘的興趣，領(lǐng)悟科學(xué)的真諦，逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神.

例如，在“探究綠色植物在光下制造有機(jī)物”一課中，教師可以設(shè)計(jì)一連串的問(wèn)題為主線(xiàn)：檢驗(yàn)有機(jī)物的方法是什么？綠色植物的葉子本身是綠色，可以直接滴加碘液?jiǎn)?？?huì)不會(huì)影響觀察效果？該如何將葉片的綠色褪去呢？同學(xué)們根據(jù)課前預(yù)習(xí)，知道了葉片之所以呈現(xiàn)綠色，是因?yàn)楹腥~綠素，葉綠素溶于酒精，不溶于水.要想快速將葉綠素褪去，可以加熱.那么，能不能將葉片放入酒精直接加熱呢？如果直接把葉片褪色，然后滴加碘液，可以嗎？

學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中會(huì)逐步體會(huì)科學(xué)家的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的目的和意義，比如，先將葉片暗處理，是為了讓葉片中本身就有的淀粉通過(guò)呼吸作用消耗掉，然后再放在光下處理3～4個(gè)小時(shí)，是為了讓綠色植物在光下制造有機(jī)物，隔水加熱的目的是為了防止爆炸.這樣設(shè)置，學(xué)生的學(xué)習(xí)思路更清晰，更有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力.

4 信息技術(shù)教學(xué)主線(xiàn)

使用信息技術(shù)與學(xué)科課程相整合，可以解決過(guò)去存在的、在各學(xué)科教學(xué)中難以解決的問(wèn)題.面向全體學(xué)生，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂(lè)于探究，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、分析和解決問(wèn)題的能力以及交流與合作的能力.

例如，在“人體對(duì)食物的消化和吸收”這節(jié)課中，首先以音頻的形式導(dǎo)入——同學(xué)們生活中經(jīng)常會(huì)遇到的腹痛、嘔吐的情況，讓學(xué)生初步分析引起小明腹痛、嘔吐的可能的原因.緊接著展示消化系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)圖，讓學(xué)生更直觀地知道本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容.在學(xué)習(xí)消化系統(tǒng)組成的時(shí)候，可以采用希沃白板，讓學(xué)生直接在講臺(tái)上拖動(dòng)消化道、消化腺到相應(yīng)的位置，最后以自己制作的消化系統(tǒng)3D圖，讓學(xué)生通過(guò)平板親自感受消化系統(tǒng)的組成，知道咽、食道、胃、小腸、大腸等消化道的具體位置.在講述消化系統(tǒng)的功能時(shí)，可結(jié)合視頻和仿真實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生知道胃、胰腺、腸腺的功能.在探究小腸適于消化和吸收的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)時(shí)，先展示表格——消化系統(tǒng)各器官的長(zhǎng)度，讓學(xué)生根據(jù)表格，說(shuō)一下小腸為什么適合消化和吸收.然后，在通過(guò)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究小腸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，接著結(jié)合小腸的3D圖，讓學(xué)生知道小腸是食物消化和吸收的主要器官.通過(guò)動(dòng)手制作小腸模型，進(jìn)一步鞏固小腸的結(jié)構(gòu)，再結(jié)合希沃中的游戲，讓學(xué)生通過(guò)做游戲來(lái)鞏固本節(jié)課的內(nèi)容.學(xué)完本節(jié)課后，讓學(xué)生結(jié)合人體生理知識(shí)，更專(zhuān)業(yè)性地解釋引起小明嘔吐、腹痛的原因.目的是讓學(xué)生關(guān)注自身的健康和發(fā)展，養(yǎng)成良好的飲食習(xí)慣.最后，讓學(xué)生制作一個(gè)關(guān)于消化系統(tǒng)的健康小貼士，送給好朋友和家人們.

本節(jié)課通過(guò)動(dòng)手體驗(yàn)消化系統(tǒng)的3D圖、PK游戲、手工制作等環(huán)節(jié)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性.讓學(xué)生在“做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)”，充分體現(xiàn)了核心素養(yǎng)的實(shí)踐性.

例如，在“植物的生長(zhǎng)發(fā)育”這節(jié)課中，以一段視頻《種子到參天大樹(shù)》為導(dǎo)入，拋給學(xué)生一個(gè)問(wèn)題：一個(gè)只有零點(diǎn)幾克的種子發(fā)育成大樹(shù)，到底種子內(nèi)部蘊(yùn)藏了什么秘密呢？從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的興趣.接著開(kāi)始讓學(xué)生觀察種子的結(jié)構(gòu)，首先觀察蠶豆的種子，學(xué)生結(jié)合蠶豆3D模型，說(shuō)出蠶豆的外形和形狀，然后小組實(shí)驗(yàn)探究，把蠶豆的種皮慢慢剝掉，掰開(kāi)豆瓣，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，小組拍照片通過(guò)平板上傳到釘釘群里，并找小組長(zhǎng)到講臺(tái)，指出蠶豆的各個(gè)結(jié)構(gòu).此時(shí)，在結(jié)合蠶豆3D圖，進(jìn)一步鞏固蠶豆種子的結(jié)構(gòu).在探究蠶豆各結(jié)構(gòu)功能時(shí)，通過(guò)控制變量，讓學(xué)生嘗試用剔除法.如，探究胚芽的功能時(shí)，我們可以將胚根剔除，每隔一天觀察生長(zhǎng)狀態(tài)，拍照片，……觀察胚芽發(fā)育情況；探究胚根的功能時(shí)，我們可以將胚芽剔除，每隔一天觀察生長(zhǎng)狀態(tài)，拍照，五天以后……觀察胚根發(fā)育情況；由于胚軸與子葉相連，可以用記號(hào)筆給胚軸做好標(biāo)記，每隔一天觀察生長(zhǎng)狀態(tài)，拍照，五天以后……觀察胚軸發(fā)育情況.以上這些，可以提前布置給學(xué)生，上課的時(shí)候讓他們呈現(xiàn)結(jié)果和照片.從而得出胚芽發(fā)育成莖和葉，胚根發(fā)育成根，也會(huì)發(fā)現(xiàn)子葉逐漸萎縮，借機(jī)提問(wèn)，子葉有什么作用？可滴加碘液.小組將觀察結(jié)果用平板電腦拍照片上傳，子葉變藍(lán)色，說(shuō)明子葉中含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為種子的發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng).

本節(jié)課以小組為單位，借助平板，學(xué)習(xí)種子的結(jié)構(gòu)，利用釘釘群分享觀察結(jié)果照片，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用信息技術(shù)查閱資料，同時(shí)還培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究思維、動(dòng)手能力和合作與交流能力.

參考文獻(xiàn)：

［1］中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：人民教育出版社，2022：1.

［2］ 秦瑾若，傅鋼善. STEM教育：基于真實(shí)問(wèn)題情景的跨學(xué)科式教育[J].中國(guó)電化教育，2017（04）：67-74.

［3］ 庫(kù)力加孜·阿克木.新課改下初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問(wèn)題和對(duì)策探究[J].新課程，2018（02）：72.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］