STEM教育理念在高中生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用策略

湯禹平

(江蘇省南通田家炳中學(xué),江蘇 南通 226000)

STEM教育理念的核心就是強(qiáng)調(diào)學(xué)生跨學(xué)科知識的整合運用能力,通過科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識的跨學(xué)科應(yīng)用來發(fā)展學(xué)生解決問題能力與實踐應(yīng)用能力,且能夠達(dá)到提高學(xué)生知識獲取與應(yīng)用效能的目的[1].因此,高中生物教師在實驗教學(xué)時,也應(yīng)有機(jī)地引入STEM教育理念,這既與生物新課標(biāo)要求相符,也能夠促使學(xué)生在生物實驗學(xué)習(xí)與實踐中形成良好的跨學(xué)科學(xué)習(xí)與應(yīng)用意識,對培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實意義.本文以“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗教學(xué)為例,就STEM教學(xué)理念的應(yīng)用策略進(jìn)行闡述.

1 基于STEM教學(xué)理念,明確生物實驗教學(xué)流程

教師在運用STEM教育理念開展生物實驗教學(xué)之前,要讓學(xué)生了解更多的STEM教育理念的內(nèi)涵與流程,并適時、適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合實驗教學(xué)內(nèi)容來培養(yǎng)、增強(qiáng)學(xué)生跨學(xué)科知識應(yīng)用意識、生物實驗自主設(shè)計能力以及科學(xué)精神等,進(jìn)而才能促使生物實驗教學(xué)與實踐活動的順利開展,為發(fā)展學(xué)生生物素養(yǎng)提供保障[2].

教師在開展“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗教學(xué)前,必須要設(shè)計好如下相關(guān)的生物實驗流程.

流程一:情境整合.教師在“探究生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”實驗教學(xué)前,必須要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個跨學(xué)科知識應(yīng)用情境,以此來激發(fā)、調(diào)動學(xué)生利用既有知識的探究欲與實踐熱情.如教師可以利用學(xué)生喜歡各種鮮花(以玫瑰花為例)的特點,引出鮮花的培育話題,引發(fā)學(xué)生自主思考、探究的熱情,為開展“探究生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”實驗教學(xué)奠定基礎(chǔ).

流程二:提出問題.教師要基于教學(xué)導(dǎo)入,適時提出問題:“我們欲大量培育玫瑰花時,會采用什么樣的方法?”“哪種培育方法更適用于大量玫瑰花的培育需求?”“如何提高玫瑰花培育的效率?”

流程三:研究、討論問題.教師可以采用小組合作形式或是學(xué)生獨立完成形式,引導(dǎo)學(xué)生利用既往學(xué)習(xí)到的生物學(xué)知識、其他學(xué)科知識就上述問題展開思考.同時,教師還要鼓勵學(xué)生在研究、思考與討論的基礎(chǔ)上形成一個初步的“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗設(shè)計方案.

流程四:核心學(xué)科知識的構(gòu)建.教師在學(xué)生完成相關(guān)的研究、討論活動之后,還要引導(dǎo)學(xué)生基于本次生物實驗的目的,運用既有知識(多學(xué)科知識,如科學(xué)知識、生物知識、美術(shù)知識、數(shù)學(xué)知識、技術(shù)工程知識等)以及生活中現(xiàn)有材料去完成“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”的實驗設(shè)計工作.

流程五:整合、優(yōu)化實驗方案.當(dāng)學(xué)生完成“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗方案的設(shè)計、材料選擇等工作之后,可以鼓勵學(xué)生開展相應(yīng)的“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實踐活動.同時,教師還要指導(dǎo)學(xué)生如何利用既有工具進(jìn)行生長素(萘乙酸)的濃度調(diào)節(jié),以保障該實驗的精準(zhǔn)度與實驗效果.

流程六:實驗成果展示、討論、交流與評價.當(dāng)學(xué)生完成“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗后,還要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個實驗成果展示(分享)、討論與交流的平臺.在學(xué)生展示實驗成果的過程中,教師要就學(xué)生的實驗成果、知識遷移情況、實驗過程等進(jìn)行教學(xué)評價,同時,教師也要就STEM教育理念在本次生物實驗教學(xué)中應(yīng)用效果進(jìn)行教學(xué)總結(jié)與反思.

2 基于STEM實驗應(yīng)用目標(biāo),培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計與驗證能力

由于“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗活動的時間相對較長,且流程四、流程五是本次生物實驗的核心環(huán)節(jié).因此,教師要為學(xué)生設(shè)計一個STEM教育理念下的跨學(xué)科生物實驗活動表(見表1).在培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科知識應(yīng)用能力的過程中,還可以促使學(xué)生在該生物實驗設(shè)計與實踐活動中不斷進(jìn)行實驗方案、方法等的優(yōu)化與改進(jìn),使之在“發(fā)現(xiàn)問題→提出假設(shè)→實驗設(shè)計→科學(xué)實踐與求證→實驗結(jié)果→得出結(jié)論→反思、交流與分享”過程中不斷提升自身的生物實驗設(shè)計能力、實驗結(jié)果驗證能力、實驗操作能力以及跨學(xué)科知識能力,為發(fā)展學(xué)生生物素養(yǎng)奠定堅實的基礎(chǔ)[3].

表1 STEM教學(xué)理念下生物實驗活動表

學(xué)生在具體的“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗方案設(shè)計、實驗方案優(yōu)化、實驗操作等環(huán)節(jié)中,隨時將自己在實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題、獲取的知識以及跨學(xué)科知識應(yīng)用情況等進(jìn)行總結(jié)、記錄與反思;同時,他們也能夠就自己的實驗成果(尤其是階段性的實驗成果)及時地進(jìn)行總結(jié)與反思,使之能夠在實驗過程中及時發(fā)現(xiàn)自身在實驗設(shè)計、實驗操作等環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題,并加以調(diào)整或修正.學(xué)生在不斷的總結(jié)與反思過程中,既會增強(qiáng)其生物實驗的設(shè)計與實踐能力,還會逐步形成良好的跨學(xué)科知識應(yīng)用意識與能力,這對培養(yǎng)學(xué)生工程意識、科學(xué)思維、探究能力、科學(xué)精神、驗證能力等均具有良好的促進(jìn)作用[4].學(xué)生可以通過“生物實驗活動表”的記錄情況不斷進(jìn)行該生物實驗設(shè)計、實踐操作活動的總結(jié)、優(yōu)化以及驗證活動,從中掌握更多的生物實驗設(shè)計方法、科學(xué)驗證技巧等.同時,學(xué)生在調(diào)整或優(yōu)化實驗方法、糾正實驗錯誤等環(huán)節(jié)中還會不斷完善自己的生物知識、生物實驗設(shè)計能力,如實驗方案的合理性與科學(xué)性等.另外,學(xué)生在實驗實踐環(huán)節(jié)中也會感受到跨學(xué)科模式下生物實驗學(xué)習(xí)與實踐的樂趣,在發(fā)揮STEAM理念教學(xué)價值的同時,也達(dá)到了發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維、探索精神以及生物學(xué)科核心素養(yǎng)的目的.

3 創(chuàng)設(shè)STEM生物實驗“研學(xué)”情境,發(fā)展學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)

教師運用STEM教育理論開展生物實驗教學(xué)時,還要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更為豐富的“研學(xué)”情境.使之能夠在“研學(xué)”過程中體驗、感受到更多的生物實驗學(xué)習(xí)與實踐樂趣,不斷豐富自身生物知識、提升生物實驗?zāi)芰?為提高STEM教育理念在生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用效能、發(fā)展學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)以及跨學(xué)科知識應(yīng)用能力奠定基礎(chǔ).

由于“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗時間較長,教師可以結(jié)合學(xué)生實驗開展情況適時地創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的“研學(xué)”情境.如在實驗設(shè)計過程中,教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個“實驗方案設(shè)計”的“研學(xué)”情境,鼓勵學(xué)生就該生物實驗方案設(shè)計的方法進(jìn)行廣泛的交流活動,以提高學(xué)生生物實驗方案設(shè)計能力.如有的學(xué)生在實驗方案設(shè)計“研學(xué)”中,就玫瑰花的生長環(huán)境、扦插溫度等進(jìn)行了廣泛的研究;也有的學(xué)生就玫瑰花扦插實驗時可能出現(xiàn)的各種影響因素進(jìn)行了討論,如萘乙酸的濃度、扦插溫度等.在實驗中期時,教師也要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個實驗中期成果的“研學(xué)”情境,并引導(dǎo)學(xué)生就自己在“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗設(shè)計及中期實驗結(jié)果等進(jìn)行交流與討論,或是實驗設(shè)計方案的優(yōu)化及優(yōu)化原因、跨學(xué)科知識的應(yīng)用情況等.如有學(xué)生在“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”的生物實驗中期“研學(xué)”活動中聽取了同學(xué)的意見,并結(jié)合自己搜集到的相關(guān)知識,及時將原有的萘乙酸濃度配制范圍進(jìn)行了合理的調(diào)整,將原有的萘乙酸濃度配制方案(原濃度配制方案為0.1～1.0 mg/mL)及時調(diào)整為0.6～1.0 mg/mL,以此來提升實驗設(shè)計方案的科學(xué)性,且減少了其實驗設(shè)計的不合理性.另外,學(xué)生在相關(guān)的“研學(xué)”情境中,既可以了解、學(xué)習(xí)其他同學(xué)的實驗設(shè)計方法與技巧,還可以不斷豐富自身的實踐操作技巧以及跨學(xué)科知識的應(yīng)用技巧等,這對豐富學(xué)生知識視野和生物學(xué)科知識、發(fā)展學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)等均具有良好的促進(jìn)作用.

4 基于生物實驗各環(huán)節(jié),開展多元化教學(xué)評價

首先,基于生物實驗實施環(huán)節(jié),開展多元化教學(xué)評價.由于“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗過程較長,教師需定期就學(xué)生在該生物實驗中的階段性成果、具體實施情況、跨學(xué)科知識運用情況等開展多元化教學(xué)評價(如過程性教學(xué)評價、賞識性教學(xué)評價、激勵性教學(xué)評價等),幫助學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)、了解自身在該生物實驗設(shè)計、實踐操作等環(huán)節(jié)中存在的問題或是閃光點,使學(xué)生能夠在教師的評價中不斷就自身的生物實驗設(shè)計或操作過程加以完善或優(yōu)化,為提高學(xué)生實驗質(zhì)量與效果提供保障.其次,基于生物實驗成果展示,實施發(fā)展性教學(xué)評價.過程性教學(xué)評價是以多元智能理論、成功智力理論以及建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)的一種教學(xué)評價模式,其更加側(cè)重學(xué)生的個體發(fā)展情況,能夠有效地發(fā)現(xiàn)、發(fā)展學(xué)生的潛能,這對促進(jìn)學(xué)生個性化發(fā)展具有重要意義.因此,教師可以基于學(xué)生在該生物實驗活動中的實驗設(shè)計、參與情感、科學(xué)精神、跨學(xué)科知識應(yīng)用能力、探究精神等開展相應(yīng)的評價,以達(dá)到促進(jìn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)、跨學(xué)科知識應(yīng)用能力等目的奠定基礎(chǔ).