STEM理念下的高中生物實驗教學優(yōu)化探究

作者簡介：熊麗娜（1986～），女，漢族，湖北黃岡人，廣州彭加木紀念中學，研究方向：高中生物。

摘 要：隨著STEM教育理念的興起，高中生物實驗教學面臨新的挑戰(zhàn)與機遇。文章探討STEM理念與高中生物實驗教學的契合性，提出創(chuàng)新教學手段、更新教育理念、構建實踐導向的實驗課程體系及完善評價體系等策略，以優(yōu)化高中生物實驗教學。研究表明，這些措施有效提升了學生的實驗技能、創(chuàng)新能力和綜合素質，為高中生物實驗教學的改革與發(fā)展提供了新思路。

關鍵詞：STEM理念；高中生物；實驗教學；優(yōu)化策略；跨學科整合

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2024）43-0124-03

一、 STEM教育理念與高中生物實驗教學的契合性分析

（一）高中生物實驗教學的問題

高中生物實驗教學作為生物學科教學的重要組成部分，對培養(yǎng)學生的實驗技能、科學態(tài)度和探究精神具有重要意義。然而，當前高中生物實驗教學在實踐中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。部分學校由于資源有限，實驗設備和材料不足，導致實驗教學內容受限，學生難以獲得充分的實踐機會。

（二）STEM理念與高中生物實驗教學的融合優(yōu)勢

將STEM教育理念融入高中生物實驗教學，可充分發(fā)揮其跨學科整合和項目導向的優(yōu)勢，有效解決當前實驗教學面臨的問題。一方面，STEM教育強調跨學科學習，有助于打破學科壁壘，促進生物學與物理學、化學、信息技術等其他學科的交叉融合，豐富實驗教學內容和方法。另一方面，STEM教育注重實踐性和探索性，鼓勵學生主動參與實驗設計、操作和反思過程，能培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

二、 STEM理念下高中生物實驗教學的優(yōu)化策略

（一）創(chuàng)新教學手段，豐富實驗教學模式

1. 引入多元化實驗教學方法

除傳統(tǒng)的教師演示和學生模仿的實驗教學方法外，還可引入探究式學習、翻轉課堂等新型教學模式。探究式學習鼓勵學生提出問題、設計實驗方案、收集數(shù)據(jù)并分析結果，能培養(yǎng)他們的自主探究能力。翻轉課堂則通過課前視頻學習、課堂討論和實驗操作方式，將知識傳授和知識內化過程分離，可以提高課堂教學的針對性和有效性。

2. 實施分層教學

針對不同層次的學生實施分層教學，可確保每個學生都能在適合自己的難度下進行學習。對基礎較差的學生，可提供更多的指導和支持；對基礎較好的學生，則可設計更具挑戰(zhàn)性的實驗項目，激發(fā)他們的學習潛能。

3. 結合信息技術手段

教師可以利用多媒體技術、虛擬實驗室等信息技術手段輔助實驗教學。多媒體技術可直觀展示實驗現(xiàn)象和過程，幫助學生更好地理解實驗原理。虛擬實驗室則可提供安全、便捷的實驗環(huán)境，讓學生隨時隨地進行實驗操作和數(shù)據(jù)分析。

以“光合色素的提取與分離”實驗為例，教師可先通過多媒體展示光合作用的過程和光合色素的種類及性質，然后引導學生設計實驗方案并親自動手操作。在實驗過程中，教師可利用虛擬實驗室模擬不同條件下光合色素的提取效果，幫助學生深入理解實驗原理和操作要點。

（二）更新教育理念，深入挖掘教材資源

1. 轉變教師角色

教師應從知識的傳授者轉變?yōu)閷W習的引導者和促進者。在實驗教學中，教師應注重激發(fā)學生的學習興趣和主動性，鼓勵他們自主設計實驗方案并進行探究。此外，教師還應關注學生的學習過程和學習體驗，及時給予反饋和指導。

2. 強化學生主體地位

在實驗教學中應充分尊重學生的主體地位和個性差異，鼓勵學生根據(jù)自己的興趣和特長選擇實驗項目并進行探究。在實驗過程中，給予他們足夠的自由度和空間發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。在實驗結果評價時，注重過程評價和多元評價相結合。

3. 融合信息技術手段

教師可以利用信息技術手段豐富實驗教學內容和形式。例如，通過網(wǎng)絡資源搜集最新的科研成果和實驗案例；利用動畫、視頻等多媒體形式展示實驗原理和過程；利用在線平臺進行實驗數(shù)據(jù)的收集、分析和共享等。

（三）構建實踐導向的實驗課程體系

1. 設計跨學科實驗項目

結合生物學、物理學、化學、信息技術等多學科知識設計跨學科實驗項目，這些項目應貼近現(xiàn)實生活和社會熱點問題，具有探究性和挑戰(zhàn)性，能夠激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。例如，可設計“城市綠化帶對空氣質量的影響研究”等跨學科實驗項目，讓學生綜合運用所學知識進行探究。

2. 實施項目式學習

在實驗教學中可以采用項目式學習方式讓學生圍繞特定主題或問題展開探究性學習。在項目式學習中，教師應注重培養(yǎng)學生的團隊合作能力和溝通交流能力，引導他們分工合作，共同完成實驗項目。

3. 注重實驗設計與反思

在實驗教學中，應注重培養(yǎng)學生的實驗設計能力，讓他們學會根據(jù)實驗目的和要求設計合理的實驗方案并選擇適當?shù)膶嶒灧椒ê筒牧?。同時，還應注重培養(yǎng)學生的實驗反思能力，讓他們在實驗結束后對實驗過程、實驗結果和實驗方法進行全面反思，總結經驗和教訓，進而為未來的學習和研究奠定基礎。

三、 STEM理念下高中生物實驗教學的實施路徑

（一）項目式學習在生物實驗中的應用

1. 確定項目主題

根據(jù)項目式學習的特點和學生的認知水平確定合適的項目主題，這些主題應貼近現(xiàn)實生活和社會熱點問題，具有探究性和挑戰(zhàn)性，能夠激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。例如，可圍繞“生態(tài)環(huán)境保護”“食品安全”等主題設計實驗項目，讓學生綜合運用所學知識進行探究。

2. 組建項目團隊

根據(jù)項目主題和學生興趣組建項目團隊并明確團隊成員的分工和職責。在項目團隊中，應注重培養(yǎng)學生的團隊合作能力和溝通交流能力，引導他們分工合作共同完成實驗項目。同時，還應注重團隊成員的個性差異，確保團隊的整體實力和創(chuàng)新能力得到提高。

3. 制訂項目計劃

在項目團隊的共同努力下，制訂詳細的項目計劃，明確實驗目的、實驗步驟、實驗方法和預期成果等內容。在制訂項目計劃的過程中，應注重培養(yǎng)學生的實驗設計能力和問題解決能力，引導他們根據(jù)實驗要求和實際情況設計合理的實驗方案并選擇適當?shù)膶嶒灧椒ê筒牧稀?/p>

4. 實施項目探究

在項目計劃的指導下開展實驗探究活動。在實驗過程中，教師應注重引導學生觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗數(shù)據(jù)并進行初步的數(shù)據(jù)分析。同時，還應鼓勵學生進行創(chuàng)新思維和發(fā)散性思維，嘗試不同的實驗方法和操作技巧，以發(fā)現(xiàn)新的實驗現(xiàn)象和規(guī)律。

（二）評價體系構建與反饋機制完善

1. 構建多元化評價體系

針對STEM理念下高中生物實驗教學的特點應構建多元化評價體系，該體系應包括過程性評價、結果性評價、自我評價和同伴評價等多個維度，以確保評價的全面性和客觀性。在過程性評價中，應注重評價學生的實驗設計能力、實驗操作能力和實驗反思能力；在結果性評價中，應注重評價學生的實驗成果和實驗報告的質量；在自我評價和同伴評價中，應注重評價學生的自我認知能力和團隊協(xié)作能力等方面。

2. 注重實驗過程評價

在實驗教學的評價過程中，應注重對學生實驗過程的評價。通過實驗過程評價了解學生在實驗過程中的表現(xiàn)和問題，并及時給予反饋和指導，幫助他們改進實驗方法和提高實驗技能。

四、 STEM理念下高中生物實驗教學優(yōu)化效果評估

（一）學生實驗技能與創(chuàng)新能力提升評估

通過對比優(yōu)化前后的學生實驗報告、實驗操作視頻以及學生參加科技創(chuàng)新競賽的成績等，評估學生在實驗技能和創(chuàng)新能力方面的提升情況；設計問卷或訪談，調查學生對實驗教學的滿意度和自我評價，了解他們的主觀感受和學習成效。對測試班級進行能力評估后，得到學生實驗技能與創(chuàng)新能力提升的相關結果（表1）。

由表1可知，實驗報告質量評分、學生對實驗教學滿意度、學生自我評價均基于5分制量表；科技創(chuàng)新競賽獲獎率基于參與學生中的獲獎比例。

（二）教師教學效果與滿意度調查

通過收集教師的教學反思日志、同行評價以及學生對教師的評價數(shù)據(jù)，評估教師在實驗教學中的教學效果和滿意度。重點關注教師在跨學科整合、項目式學習引導以及信息技術應用等方面的表現(xiàn)，以及他們對STEM教育理念的認同度和實施情況。表2是教師教學效果與滿意度調查結果，課件存在明顯的優(yōu)化效果。

（三）教學資源利用效率與實驗基地建設成效

通過統(tǒng)計實驗設備的利用率、實驗耗材的消耗量以及實驗基地的開放時長等指標，評估教學資源的利用效率；通過實地考察和問卷調查等方式了解實驗基地的建設成效和使用情況，包括實驗室的布局合理性、設備完好率以及師生對實驗環(huán)境的滿意度等。

五、 結論

文章通過對STEM理念下高中生物實驗教學優(yōu)化的深入探究，提出了一系列切實可行的優(yōu)化策略，這些策略不僅豐富了高中生物實驗教學的內涵和外延，還提升了學生的實驗技能、創(chuàng)新能力和綜合素質。

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