基于STEM 教育的高中生物課堂教學(xué)探究
——以《生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)》為例

STEM 教育是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)教育的統(tǒng)稱，在眾多孤立的學(xué)科中建立一個(gè)新的橋梁，為學(xué)生提供整體認(rèn)識(shí)世界的機(jī)會(huì)，通過將四個(gè)領(lǐng)域內(nèi)學(xué)科知識(shí)和技能的教與學(xué)整合到教學(xué)中，使學(xué)生學(xué)習(xí)的零碎知識(shí)變成一個(gè)互相聯(lián)系統(tǒng)一的整體，以消除傳統(tǒng)教學(xué)中各學(xué)科知識(shí)割裂和學(xué)生綜合解決實(shí)際問題的障礙，是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方法。從教育方法看，STEM 提倡實(shí)踐體驗(yàn)式教學(xué)。它符合杜威“做中學(xué)”的教育理念，強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)和實(shí)踐在教育中的深度參與，使學(xué)生經(jīng)歷在做中思考、在做中探究、在做中研習(xí)的學(xué)習(xí)歷程。筆者嘗試結(jié)合校本課程---實(shí)踐型生物課程的構(gòu)建研究(玉米的種植)，基于STEM 教育進(jìn)行《生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)》教學(xué)。

一、基于STEM 教育的《生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)》教學(xué)案例

1.教材內(nèi)容分析 本節(jié)內(nèi)容為必修3 第5 章第1 節(jié)《生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)》。根據(jù)《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求確定重難點(diǎn)是學(xué)習(xí)構(gòu)建模型，突出生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各組分間的相互關(guān)系和地位，體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)統(tǒng)一整體。

2.設(shè)計(jì)思路 基于STEM 理念通過自主合作探究拍攝玉米地生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建成分間的相互關(guān)系模型，體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)統(tǒng)一整體，結(jié)合資料掌握生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。

3.教學(xué)目標(biāo) 討論某一生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并掌握。(S 科學(xué)目標(biāo))

利用多媒體技術(shù)拍攝并剪輯可用于教學(xué)的生態(tài)系統(tǒng)。(T 技術(shù)目標(biāo))

通過設(shè)計(jì)拍攝流程以及構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)組成成分間的相互關(guān)系模型，提高科學(xué)探究能力。(E 工程目標(biāo))

利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算并歸納食物網(wǎng)中食物鏈條數(shù)。(M 數(shù)學(xué)目標(biāo))

4.教學(xué)過程 創(chuàng)設(shè)情境引出實(shí)踐任務(wù)：展示《玉米的種植》資料?；趯?duì)該生態(tài)系統(tǒng)的初步了解，提出問題(什么是生態(tài)系統(tǒng)?包括哪些組分? 相互間有何關(guān)系? 如何計(jì)算食物網(wǎng)中食物鏈條數(shù)?)和發(fā)布任務(wù)(完成玉米地生態(tài)系統(tǒng)的拍攝)。設(shè)計(jì)意圖：基于STEM 的情境性，通過資料，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。分組拍攝玉米地生態(tài)系統(tǒng)，完成教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)。

提供資料與工具：平板和校本教材。設(shè)計(jì)意圖：基于STEM 的開放性，查閱相關(guān)資料，培養(yǎng)學(xué)生收集處理信息和獲取新知識(shí)的實(shí)踐能力。

設(shè)計(jì)方案與實(shí)施方案：1)、拍攝過程中體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的組成成分。2)、根據(jù)成分作用構(gòu)建成分間的關(guān)系模型3)、拍攝玉米地中可能出現(xiàn)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算食物鏈條數(shù)。設(shè)計(jì)意圖：基于STEM 的原則，合作完成拍攝和構(gòu)建模型，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)方案和實(shí)施方案的能力。

表達(dá)與交流、評(píng)價(jià)與反思：播放視頻，展示并講解模型。學(xué)生互評(píng)、教師點(diǎn)評(píng)與總結(jié)。設(shè)計(jì)意圖：基于STEM 的開放性和協(xié)作性，通過對(duì)交換的視頻及模型進(jìn)行觀察與討論，對(duì)比模型的異同中對(duì)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)整體的認(rèn)識(shí)以及對(duì)相互關(guān)系有進(jìn)一步的理解，培養(yǎng)學(xué)生觀察事物發(fā)現(xiàn)問題、表達(dá)與交流能力。

5.教學(xué)反思 基于STEM 教育的課堂教學(xué)，從工程學(xué)的角度拍攝熟悉的生態(tài)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)其結(jié)構(gòu)，懂得生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體。從數(shù)學(xué)角度歸納計(jì)算食物鏈條數(shù)的方法，有效提高學(xué)習(xí)效率。完成本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容既培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，又提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和綜合素養(yǎng)，從而促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

二、基于STEM 課堂教學(xué)遇到的問題及改進(jìn)建議

問題：不是所有的課題都能基于STEM 的角度進(jìn)行教學(xué)；目前為應(yīng)對(duì)高考，教學(xué)上仍舊主要關(guān)注學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)，評(píng)價(jià)單一；筆者與多數(shù)教師專職本職學(xué)科，不具有深厚的跨學(xué)科知識(shí)和豐富的教學(xué)技能。

改進(jìn)建議：1、課程內(nèi)容要少而精：STEM 課程內(nèi)容不僅要使學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)學(xué)習(xí)到最有價(jià)值的生物學(xué)知識(shí)，還要反映出時(shí)代的特點(diǎn)與技術(shù)的進(jìn)步。因此，“精”要求在課程選材上凸顯重要概念的地位，刪除細(xì)枝末節(jié)的內(nèi)容；“精”要求學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后，對(duì)于重要的生物學(xué)概念應(yīng)能較好的理解與應(yīng)用，從而形成生物學(xué)核心素養(yǎng)(教育部，2017)。2、教學(xué)評(píng)價(jià)力求多元化：STEM 教育更加關(guān)注學(xué)生的全面發(fā)展，注重學(xué)生的發(fā)展?jié)撃芎瓦M(jìn)步。如在實(shí)驗(yàn)探究課堂中從參與度、成果展示的表達(dá)等多個(gè)方面，多維度、全過程、“自評(píng)-互評(píng)-教師評(píng)價(jià)”一體的評(píng)價(jià)方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。3、注重提升教師的STEM 素養(yǎng)和專業(yè)知識(shí)：這種素養(yǎng)和專業(yè)知識(shí)的獲得與提升是一個(gè)相對(duì)漫長的過程。教師需主動(dòng)追求STEM 專業(yè)發(fā)展，研讀STEM 教育有關(guān)的書籍，如學(xué)習(xí)并研究《STEM 項(xiàng)目學(xué)生研究手冊(cè)》，能夠使從未獨(dú)立設(shè)計(jì)過實(shí)驗(yàn)的教師也能自信地指導(dǎo)學(xué)生完成他們的實(shí)驗(yàn)；多與有STEM 教育經(jīng)驗(yàn)的一線老師交流學(xué)習(xí)；養(yǎng)成寫反思教學(xué)日記的習(xí)慣，將反思的結(jié)果指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐。