STEM教育在初中生物課程中的應(yīng)用及分析

李婧云

STEM教育包含科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科，是多個(gè)學(xué)科之間相互滲透融合的一種教育模式，在初中生物課程無土栽培這個(gè)實(shí)踐活動(dòng)中運(yùn)用STEM教育，可以使學(xué)生對(duì)于生物知識(shí)理解的更加深刻，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力，使學(xué)生對(duì)生物學(xué)科產(chǎn)生更加濃厚的興趣，對(duì)學(xué)生日后學(xué)生生物學(xué)相關(guān)的學(xué)科打下良好基礎(chǔ)，有利于學(xué)生的終身發(fā)展。

1 STEM教育

STEM教育是指將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，即教育不單單是某個(gè)學(xué)科、某一個(gè)領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)，而是結(jié)合多個(gè)學(xué)科的特點(diǎn)相互滲透、相互融合，進(jìn)行多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的綜合學(xué)習(xí)。學(xué)生在接受相關(guān)科學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，動(dòng)手實(shí)踐操作將技術(shù)與工程進(jìn)行結(jié)合，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)分析和思考的一種教學(xué)模式，倡導(dǎo)的是探究式的學(xué)習(xí)過程，在這個(gè)過程中學(xué)生學(xué)習(xí)了相關(guān)科學(xué)知識(shí)，鍛煉了實(shí)踐操作能力。

STEM教育將四門學(xué)科跨學(xué)科地整合起來進(jìn)行綜合性教育，因此要求學(xué)生具有多學(xué)科學(xué)習(xí)的能力素養(yǎng)以及能夠打破學(xué)科的界線，打破固有的思想將不同學(xué)科相互融會(huì)貫通去思考問題，來解決自己看到以及面臨的問題。 STEM教育所涉及地大多是學(xué)生在日常生活中可以見到觀察到的現(xiàn)象，教育環(huán)境也就不僅限于課堂，還包括課外實(shí)踐活動(dòng)、媒體的傳播內(nèi)容等，這豐富了學(xué)生的生活，拓寬了獲得教育的途徑，加強(qiáng)了與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系，為學(xué)生日后用科學(xué)的思維去思考問題打下基礎(chǔ)。

2 STEM教育在初中生物學(xué)中的實(shí)施——無土栽培

2.1 教學(xué)過程

問題提出：學(xué)生之前學(xué)習(xí)過了植株的萌發(fā)過程以及條件，知道種子萌發(fā)需要土壤，教師在這里提出問題：植物生長(zhǎng)一定要在土里進(jìn)行嗎？引發(fā)學(xué)生思考，植株的生長(zhǎng)是否一定需要土壤？教師引導(dǎo)學(xué)生理解土壤的作用是給植株提供水與無機(jī)鹽，并起到固著的作用，如果給植株提供所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并將植株固定住，注意通氣，那么植株也能夠存活，教師這里提出無土栽培這個(gè)概念。

前期準(zhǔn)備：學(xué)生初步了解無土栽培的可行性，接下來將學(xué)生分為四人一組，讓學(xué)生以小組合作的形式查找有關(guān)無土栽培的相關(guān)資料，學(xué)生自行選擇一種植株，為了植株更好的生長(zhǎng)，在栽培之前就要對(duì)植株的特點(diǎn)、喜好、習(xí)性等進(jìn)行充分的了解以及深入的分析，并購(gòu)買適合這種植株的營(yíng)養(yǎng)液。

操作實(shí)驗(yàn)：小組成員認(rèn)真閱讀說明書，配置營(yíng)養(yǎng)液，在配置時(shí)注意營(yíng)養(yǎng)液的PH值要符合植物的生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)，避免發(fā)生毒害作用。準(zhǔn)備一個(gè)容器，把配置好的營(yíng)養(yǎng)液倒入容器中，把幼苗放入培養(yǎng)液中，注意的是植株的根部與容器保持一定的距離，大概10cm左右，將植株放到溫暖有陽光的地方，注意對(duì)植株通氣，定期觀察植株的生長(zhǎng)狀況，運(yùn)用曲線、柱狀圖等圖表工具記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)情況，并且注意適時(shí)地更換營(yíng)養(yǎng)液。

交流討論：以小組為單位，匯報(bào)分享實(shí)驗(yàn)過程以及結(jié)果，展示實(shí)驗(yàn)照片或視頻，小組之間進(jìn)行討論評(píng)價(jià)，并分析個(gè)別失敗的原因。

2.2 學(xué)科要素分析

在本案例中“科學(xué)”體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)于植株生長(zhǎng)發(fā)育過程、條件以及所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，為本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)施打下知識(shí)的基礎(chǔ)?！凹夹g(shù)”體現(xiàn)在安排學(xué)生四人一組提前兩天查閱相關(guān)無土栽培所需要的資料以及材料，進(jìn)行理解、準(zhǔn)備工作，小組結(jié)合所搜集的材料進(jìn)行討論分析，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的合作能力;“工程”體現(xiàn)在學(xué)生小組合作制作無土栽培裝置，親自進(jìn)行實(shí)踐操作，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力以及解決問題的能力;“數(shù)學(xué)”體現(xiàn)在學(xué)生定期記錄植株生長(zhǎng)狀況，如生長(zhǎng)高度、健康程度等，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。在分析綜合、合作質(zhì)疑的過程中，體現(xiàn)生命的物質(zhì)觀與能量觀。STEM教育并不一定要求4個(gè)學(xué)科一定面面俱到，對(duì)于“技術(shù)”可以是信息技術(shù)或者教育相關(guān)的技術(shù)，也可以是具體的與科學(xué)知識(shí)有關(guān)的比如植物組培技術(shù)、發(fā)酵技術(shù)、基因工程等。在”數(shù)學(xué)”上也并不一定是運(yùn)用了數(shù)學(xué)公式等進(jìn)行了計(jì)算，只要運(yùn)用可數(shù)學(xué)思維都可以認(rèn)為是“數(shù)學(xué)”學(xué)科的應(yīng)用。

當(dāng)學(xué)生運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)成功地培育出自己栽培出來的植株時(shí)，就會(huì)有一種愉悅感和成功感，對(duì)于知識(shí)的記憶更加深刻，并且對(duì)于這個(gè)課題有了更深的理解，增添了興趣，對(duì)于日后相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步學(xué)習(xí)有很大的幫助。

2.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的過程以及結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)將本次實(shí)驗(yàn)評(píng)分項(xiàng)目分為五個(gè)方面，分別為“科學(xué)性”“有效性”“合作性”“可靠性”和“反思性”。每個(gè)評(píng)分項(xiàng)目又分為三個(gè)等級(jí)，分別設(shè)置得分為“0分”“3分”“5分”。

1）科學(xué)性：合理運(yùn)用相關(guān)生物學(xué)知識(shí)，其中合理運(yùn)用得5分，未運(yùn)用得0分;

2）有效性：是否有效完成無土栽培的實(shí)驗(yàn)，其中植株長(zhǎng)勢(shì)喜人得5分，植株發(fā)育良好得3分，植株發(fā)育不良得0分;

3）合作性：分工明確、配合默契，其中所有成員共同完成得5分，部分成員完成得3分，1人獨(dú)立完成得0分;

4）可靠性：充足樣本數(shù)量，采用圖標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中進(jìn)行多顆植株培育，有對(duì)照植株，運(yùn)用圖標(biāo)統(tǒng)計(jì)清晰得5分，進(jìn)行單個(gè)植株培育，有對(duì)照植株得3分，進(jìn)行單顆植株培育，無對(duì)照植株得0分;

5）反思性：能發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)漏洞并提出改進(jìn)措施，其中>=2/處得5分，1處得3分，沒有就是0分。

“科學(xué)性”：考察了學(xué)生對(duì)于生物學(xué)知識(shí)的掌握及運(yùn)用情況，學(xué)生在閱讀營(yíng)養(yǎng)液配方時(shí)，可基本了解到植物對(duì)于各種營(yíng)養(yǎng)元素的相對(duì)需求，根據(jù)所獲取到的信息進(jìn)行配置營(yíng)養(yǎng)液，將植物生長(zhǎng)時(shí)所需要的營(yíng)養(yǎng)元素及配比等相關(guān)生物學(xué)知識(shí)進(jìn)行了學(xué)習(xí)并親自動(dòng)手操作;“有效性”：考察學(xué)生栽培的植株長(zhǎng)勢(shì)狀況是否能夠達(dá)到無土栽培的目的，根據(jù)植株的長(zhǎng)勢(shì)來判斷無土栽培實(shí)驗(yàn)的完成效果;“合作性”：實(shí)驗(yàn)的操作以小組合作的形式進(jìn)行的，這里考察學(xué)生的小組合作能力以及協(xié)調(diào)能力，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力以及溝通能力;“可靠性”：一個(gè)實(shí)驗(yàn)是否能夠有說服力，就要多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有多個(gè)樣本植株防止誤差，因此設(shè)置此項(xiàng)目考察實(shí)驗(yàn)的可靠性;“反思性”：在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)于出現(xiàn)的問題學(xué)生通過他人的操作與經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)行交流討論，結(jié)合集體的智慧找出問題所在，并反思自己出現(xiàn)的錯(cuò)誤，提出改進(jìn)的地方。學(xué)生能夠根據(jù)他人的成果與經(jīng)驗(yàn)找出自己的問題所在，鍛煉了學(xué)生的批判性思維以及反思總結(jié)的能力。

在小組之間完成匯報(bào)分享實(shí)驗(yàn)過程以及結(jié)果之后，不同小組成員之間進(jìn)行討論，與對(duì)方小組交流操作時(shí)的步驟以及存在問題的部分，對(duì)失敗的原因進(jìn)行討論，依據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)對(duì)方小組進(jìn)行互評(píng)，能夠鍛煉學(xué)生的思維能力，在評(píng)價(jià)的過程中進(jìn)一步回顧無土栽培的實(shí)驗(yàn)過程及注意事項(xiàng)，加深了對(duì)于知識(shí)的理解以及運(yùn)用，一個(gè)小組對(duì)四個(gè)不同的小組進(jìn)行評(píng)分，每個(gè)小組的成績(jī)?nèi)∷拇纬煽?jī)的平均值作為本次無土栽培實(shí)踐活動(dòng)的成績(jī)。

3 小結(jié)

由于人口眾多，土地資源越來越少，而土地可承受栽種的能力也是有限的，無土栽培是日后解決糧食問題的重要突破口，該技術(shù)用基質(zhì)代替天然土壤，在種植時(shí)用營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行澆灌，該方法不僅有利于降低栽培成本，也能夠與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)，有利于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在初中生物中利用STEM教育有利于提升學(xué)生理解生物學(xué)知識(shí)，將STEM教育融入初中課堂中，可以將書面化的知識(shí)具體化，化理性知識(shí)為感性知識(shí)，學(xué)生的體會(huì)會(huì)更加深刻。同時(shí)STEM的教育理念也與新課改的理念相一致，注重學(xué)生科學(xué)思維以及科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，教師在教學(xué)的過程中可能常常會(huì)忽略學(xué)生的動(dòng)手操作能力以及創(chuàng)新的能力，教師有意識(shí)地運(yùn)用STEM教育有利于提高學(xué)生解決問題的能力、動(dòng)手操作能力以及創(chuàng)新能力，參與程度增加會(huì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更加積極地思考問題，尋找解決問題的方法，同時(shí)注重與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系，能夠利用工程學(xué)在農(nóng)業(yè)中進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)施，學(xué)會(huì)將所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用的生產(chǎn)生活中，將知識(shí)生產(chǎn)化、生活化，用來解決實(shí)際問題，對(duì)于現(xiàn)在社會(huì)面臨的一些生產(chǎn)生活以及環(huán)境等方面存在的問題，有意識(shí)利用學(xué)過的知識(shí)去思考探究解決問題，有利于增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，為學(xué)生的終身發(fā)展打下基礎(chǔ)。

（作者單位：哈爾濱師范大學(xué)）