基于STEM教育的高中生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)和實踐

卞春花

摘 要：隨著教育事業(yè)的不斷發(fā)展，在高中教學(xué)體系中涌現(xiàn)出越來越多的新型教育理念，其中STEM教育是一種新型教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和解決問題能力的學(xué)生，以應(yīng)對未來社會的挑戰(zhàn)。本文將基于STEM教育在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用展開分析，以期能提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：STEM教育；高中生物；核心素養(yǎng)；策略

生物是高中階段的重點學(xué)科之一，承載著培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、健康意識、科研興趣和環(huán)保意識的教學(xué)任務(wù)，在學(xué)生的學(xué)習(xí)生涯中發(fā)揮著重要的作用。由于高中課程教學(xué)時間較為緊迫，以及教學(xué)模式和教學(xué)理念的落后，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效率難以有效提升。而STEM教育在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用，不僅能夠有效地鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時還能夠更好地鍛煉其創(chuàng)新思維、科學(xué)素養(yǎng)和問題解決能力，因此受到了廣大教育從業(yè)者的關(guān)注。

一、STEM教育理念的概述

STEM教育指的是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四個領(lǐng)域的綜合教育模式，旨在培養(yǎng)具備綜合素質(zhì)的學(xué)生，使他們能夠應(yīng)對日益復(fù)雜的社會和職業(yè)要求，為創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。教師通過在教學(xué)中滲透該教育理念，不僅能加深學(xué)生對知識的理解，還能借此培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維、科學(xué)素養(yǎng)和問題解決能力。通俗來講， STEM教育即代表著復(fù)合型人才的教育、培養(yǎng)模式。隨著時代的不斷進(jìn)步，以及教育事業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足社會對于人才的需求，在這樣的背景下，復(fù)合型人才的培養(yǎng)成了社會各界所關(guān)注的熱門話題之一。因此，STEM教育理念受到了越來越多的認(rèn)可和重視。

二、高中生物教學(xué)中應(yīng)用STEM 教育理念的意義

STEM教育理念強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合和實踐應(yīng)用，在高中生物教學(xué)中具有十分重要的意義，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

（一）加強(qiáng)學(xué)生對跨學(xué)科知識的掌握

在基于STEM教育理念的高中生物教學(xué)中，教師可以把科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)中的內(nèi)容融合在一起，使學(xué)生能從中理解生物學(xué)與其他學(xué)科之間的聯(lián)系和相互作用，進(jìn)而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。同時，這樣的課堂還能為學(xué)生提供跨學(xué)科整合的學(xué)習(xí)機(jī)會，使學(xué)生在學(xué)習(xí)生物學(xué)知識的同時，能夠形成良好的綜合性思維，這對于加強(qiáng)學(xué)生對知識的掌握，提高他們跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力來說，具有十分重要的意義。

（二）有助于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)

隨著素質(zhì)教育的不斷推進(jìn)，現(xiàn)階段的生物教學(xué)不僅要求學(xué)生掌握生物學(xué)科的基礎(chǔ)知識，還要求他們具備一定的學(xué)習(xí)能力和學(xué)科核心素養(yǎng)，以促進(jìn)他們的全面發(fā)展。STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合和實踐應(yīng)用，該理念在生物學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用，在一定程度上能夠擺脫單一學(xué)科教學(xué)對學(xué)生思維產(chǎn)生的束縛，使學(xué)生能夠在課堂學(xué)習(xí)中進(jìn)一步掌握生物學(xué)科的專業(yè)知識，并能夠在參與實踐與探究的過程中，養(yǎng)成良好的操作能力、創(chuàng)新能力、探究精神及科學(xué)思維，使他們能夠更好地適應(yīng)未來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并為未來的科學(xué)研究和創(chuàng)新做好準(zhǔn)備[1]。

三、基于STEM教育理念的生物教學(xué)特點

STEM教育不僅僅是一種教育模式，也是一種教學(xué)理念和方法，基于該理念的生物教學(xué)，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合和實踐應(yīng)用，教師可以通過鼓勵學(xué)生主動探索和學(xué)習(xí)，來幫助他們養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和自主學(xué)習(xí)的意識，為他們將來的生活和學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)?；赟TEM教育理念的生物教學(xué)，通常具有以下幾個特點：

（一）跨學(xué)科性

STEM教育具有一定的跨學(xué)科性，強(qiáng)調(diào)將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)融合在一起，不僅能打破傳統(tǒng)教育方式所帶來的局限性，使學(xué)生更好地理解生物學(xué)與各個學(xué)科之間的聯(lián)系，進(jìn)而能在生物課堂中，提升自己的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力。此外，STEM教育的跨學(xué)科性還有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和團(tuán)隊合作精神。教師可以結(jié)合生活中蘊(yùn)含的知識，通過開展豐富多樣的教學(xué)活動，來引導(dǎo)學(xué)生找到不同學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)，使他們能夠從中掌握從多角度思考問題的能力，和與他人交流與合作的能力，在加強(qiáng)他們對生物知識理解的同時，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、問題解決能力和團(tuán)隊合作精神，為他們未來的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）實踐性

實踐性是STEM教學(xué)中最本質(zhì)的特色，與傳統(tǒng)的教學(xué)方式不同，STEM理念更注重學(xué)生的實踐，通過將學(xué)科知識與實際問題相結(jié)合，來開展實驗教學(xué)或項目化學(xué)習(xí)，來提高學(xué)生在生物課堂的參與程度，使他們能夠在親身參與提問、驗證與解決問題的過程中，提高他們的邏輯思維、創(chuàng)新思維、動手能力以及自主學(xué)習(xí)能力。同時，教師通過這些實踐性的教學(xué)方法，可以為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，除了能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，還能充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，以保障生物教學(xué)課堂的高效展開[2]。

（三）情境性

隨著基礎(chǔ)教育課程改革的深入推進(jìn)，情境教學(xué)被廣泛地應(yīng)用于高中生物學(xué)教學(xué)實踐與研究中。在基于STEM教育的生物課堂中，常常會通過構(gòu)建各種情境來豐富生物課堂的學(xué)習(xí)體驗，從而能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，教師結(jié)合學(xué)生的實際情況來創(chuàng)設(shè)情境，不僅能幫助學(xué)生將抽象的概念與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，還能使學(xué)生通過解決實際問題，來加深對知識的掌握，并養(yǎng)成運用所學(xué)知識解決實際問題的習(xí)慣，以促進(jìn)他們的個人學(xué)習(xí)能力和社會適應(yīng)能力的提升。

四、基于STEM教育的生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略

（一）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，加深學(xué)生對知識的理解

在以STEM教育理念為指導(dǎo)的生物教學(xué)中，教師可以通過創(chuàng)設(shè)情境，來幫助學(xué)生將抽象的概念與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，以提高他們的學(xué)習(xí)興趣和動機(jī)。教師可以從實際生活中取材，來拉近學(xué)生與生物學(xué)知識之間的距離，使他們在參與課堂教學(xué)的過程中，能夠感受到生物學(xué)知識在解決實際問題方面的意

義[3]。同時，教師采用創(chuàng)設(shè)情境的方式，在激發(fā)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力的同時，還能有效培養(yǎng)其自主思考和解決問題的能力，并借此向他們滲透生命觀念，進(jìn)一步提高他們的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

例如，在講解與“光合作用的原理和應(yīng)用”有關(guān)的內(nèi)容時，教師就可以聯(lián)系生活中的真實例子，如食物供應(yīng)、氧氣的產(chǎn)生、碳循環(huán)與減緩溫室效應(yīng)，以及能源利用和生物技術(shù)等多方面的內(nèi)容。然后，教師可以引入教材中的基礎(chǔ)概念，并借助生活中的現(xiàn)象來進(jìn)行講解，進(jìn)一步加深學(xué)生對光合作用產(chǎn)生過程和原理的理解。最后，教師可以鼓勵學(xué)生進(jìn)行舉一反三，列舉生活中的光合作用，使他們在共享生活經(jīng)驗的過程中，學(xué)會用光合作用的原理來分析問題，進(jìn)一步提高自身的思維能力和對光合作用基礎(chǔ)概念與原理的理解。由此可見，通過引入生活中有關(guān)光合作用的例子，可以充分落實STEM教育理念，不僅能加深學(xué)生對光合作用這一現(xiàn)象的理解，還能使學(xué)生在學(xué)習(xí)生物知識的過程中接觸到更多領(lǐng)域，并在此基礎(chǔ)上加深了學(xué)生對知識的理解，以提高他們的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

（二）借助相關(guān)生物實驗，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

生物實驗作為新課程標(biāo)準(zhǔn)下的重要內(nèi)容之一，備受學(xué)生和教師的關(guān)注。與此同時，基于STEM教育的生物課堂強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的自主能力和實踐能力。為了能進(jìn)一步提高生物課堂教學(xué)效率、培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，教師需要對生物實驗教學(xué)進(jìn)行改革，充分尊重學(xué)生在實驗過程中的主體地位，使學(xué)生能夠在獨立完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中，養(yǎng)成良好的觀察能力、分析能力、動手操作能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以實現(xiàn)自身的全面發(fā)展[4]。

例如，在講解“酶的作用與本質(zhì)”這部分內(nèi)容時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生按照教材中的步驟，來完成“過氧化氫酶的分解實驗”。教師可以鼓勵學(xué)生踴躍地參與到實驗中，通過提出科學(xué)問題、設(shè)計實驗、觀察實驗現(xiàn)象、收集和分析數(shù)據(jù)來掌握酶降低反應(yīng)活化能的原理，從中學(xué)習(xí)并掌握控制變量法。同時，教師可以針對學(xué)生所遇到的難題進(jìn)行指導(dǎo)，以保證實驗的順利完成，并借此增強(qiáng)學(xué)生對于生物知識的理解，并提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

（三）巧用任務(wù)驅(qū)動，提升跨學(xué)科思維和數(shù)據(jù)分析能力

傳統(tǒng)的生物課堂教學(xué)以講授式為主，在一定程度上限制了學(xué)生的自我發(fā)揮，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和自主意識。STEM 教育比較注重學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的中心地位，能夠有效打破傳統(tǒng)教學(xué)所帶來的局限性，因此被廣泛應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域[5]。同時，STEM 教育具有一定的跨學(xué)科性和實踐性，教師在開展教學(xué)的時候，可以通過開展探究式學(xué)習(xí)或項目學(xué)習(xí)，來給學(xué)生提供一個探究性的任務(wù)或問題，然后以任務(wù)為導(dǎo)向，來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究、問題解決、創(chuàng)新和合作等核心素養(yǎng)，以促進(jìn)他們的全面發(fā)展。

例如，教師可以向?qū)W生發(fā)布“環(huán)境因素對于光合作用強(qiáng)度的影響”這一任務(wù)，要求學(xué)生利用分析法、文獻(xiàn)分析法、實驗檢測法等方法來開展調(diào)查研究活動，以此驅(qū)動學(xué)生的學(xué)習(xí)和探究，充分調(diào)動他們的積極性。在這節(jié)課中，學(xué)生通過觀察黑藻的葉綠體，記錄不同光照條件下黑藻的葉綠體釋放氣泡的數(shù)量和頻率，不僅能加深對光合作用的理解，還能從中體會到實驗探究在科學(xué)發(fā)展中的作用。此外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)觀測到的數(shù)據(jù)，應(yīng)用相應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式來繪制“不同條件下光合作用強(qiáng)度”的曲線圖，使學(xué)生能更清晰地認(rèn)知到，外界條件對光合作用的影響，在落實STEM 教育理念的同時，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維能力和數(shù)據(jù)分析能力。

（四）開展合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的溝通合作能力

STEM教育注重科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程等跨學(xué)科整合，使學(xué)生能夠在解決現(xiàn)實問題過程中養(yǎng)成良好的科學(xué)思維。在素質(zhì)教育的背景下，學(xué)生應(yīng)具備清晰表達(dá)自己觀點和想法的能力，能夠使用科學(xué)語言和圖表向他人傳達(dá)科學(xué)結(jié)果，并能夠在小組合作中有效地交流和合作[6]。因此，教師在基于 STEM教育的生物教學(xué)中，可以用合作學(xué)習(xí)的方式來加強(qiáng)學(xué)生之間的互動，增強(qiáng)他們對生物學(xué)知識的掌握，并能夠從中養(yǎng)成與他人合作交流的能力，進(jìn)一步培養(yǎng)其生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

例如，在教學(xué)“種群和群落”有關(guān)內(nèi)容時，教師可以將學(xué)生進(jìn)行分組，鼓勵學(xué)生按照自己的興趣和特長來進(jìn)行分工合作，并引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館等自己喜歡的方式進(jìn)行相關(guān)資料查找，以了解種群的基本特征，以及群落的結(jié)構(gòu)和環(huán)境對群落的影響。學(xué)生在與他人一起收集資料、合作實踐、展開分析、得出結(jié)論的過程中，可以充分發(fā)揮自己的特長，不僅能從中獲得滿足感和成就感，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)自信心和學(xué)習(xí)動力，還能通過與他人交流，提高自己的表達(dá)能力、傾聽能力、批判性思維和問題解決能力，以促進(jìn)他們學(xué)習(xí)能力和綜合素養(yǎng)的有效提升。

（五）結(jié)合生活實際，增強(qiáng)學(xué)生社會責(zé)任感

社會責(zé)任是高中生物核心素養(yǎng)的重要組成部分，它主要體現(xiàn)在生態(tài)環(huán)保領(lǐng)域和生命健康領(lǐng)域中。在基于STEM教育理念的生物課堂中，教師可以結(jié)合教材中的內(nèi)容，通過引入生活中的例子，在拓展學(xué)習(xí)資源的同時，培養(yǎng)學(xué)生的健康意識和社會責(zé)任感，進(jìn)一步提高其生物學(xué)科核心素養(yǎng)。需要注意的是，教師在生物課堂中，要深刻地把握 STEM 教育的內(nèi)涵與要求，以學(xué)生為主體，來開展教學(xué)活動，以提高生物課堂教學(xué)效率[7]。

例如，在探討“人口增長對生態(tài)環(huán)境的影響”這一問題時，教師可通過多媒體課件，向?qū)W生展示近年來我國人口現(xiàn)狀的有關(guān)數(shù)據(jù)，將本節(jié)課的重點內(nèi)容以更加生動的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，借此來引入人口與環(huán)境的關(guān)系，使學(xué)生能夠更加深刻地認(rèn)識到人口增長會給生態(tài)環(huán)境帶來哪些影響。然后，教師可以結(jié)合教材中的內(nèi)容，以及多媒體課件中的資料，通過更加詳細(xì)的分析與對比，來加深學(xué)生對人口問題以及環(huán)境問題的認(rèn)知，使他們在學(xué)習(xí)相關(guān)知識的同時，能夠親身體會到人與自然的關(guān)系，以增強(qiáng)他們的社會責(zé)任感。

結(jié)束語

綜上所述，由于STEM教育所具有的實踐性、情境性和跨學(xué)科性，不僅能打破傳統(tǒng)教育方式所帶來的局限性，還能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在增強(qiáng)學(xué)生對生物學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握的同時，能夠培養(yǎng)其學(xué)習(xí)能力與綜合素養(yǎng)，所以該方法備受廣大教師的推崇。教師在開展基于STEM教育的生物教學(xué)時，可以從學(xué)生的實際情況出發(fā)，利用豐富的教學(xué)資源，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成良好的自主學(xué)習(xí)能力以及科學(xué)素養(yǎng)，為將來的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2]金洪剛.淺析STEM教育在發(fā)展高中生物學(xué)核心素養(yǎng)中的應(yīng)用[J].試題與研究：教學(xué)論壇， 2021（20）：2.

[3]江楹華，楊智慧.STEM教育理念下高中生物實驗的探究式教學(xué)模式初探[J].教學(xué)考試，2021（15）：38-40.

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[6]令永霞.基于STEM教育理念的高中生物教學(xué)探析[J].甘肅教育，2022（11）：4.

[7]金洪剛.基于STEM教育理念下的高中生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略探究[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）教育科學(xué)，2022（7）：3.

本文系江蘇省揚州市教育協(xié)會2022年度一般課題“基于STEM教育模式的高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與實踐”（課題編號：yjhkt2022114）階段性成果。