基于STEM教育理念的高中生物教學(xué)研究

史金靈

【摘 要】在高中生物學(xué)科的教學(xué)過程中積極開展運(yùn)用STEM教育理論，將學(xué)生的學(xué)習(xí)場(chǎng)景不再局限于學(xué)校，使學(xué)生們能夠積極運(yùn)用生命理念去感知生命世界，并探析生命現(xiàn)象背后的原理，加強(qiáng)學(xué)生們的邏輯思維，使他們能夠在面臨問題時(shí)運(yùn)用所學(xué)到的生物、物理、化學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用解決，在學(xué)生們進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)中，積極學(xué)習(xí)相關(guān)科普知識(shí)，提高學(xué)生們的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，加強(qiáng)他們提出問題、分析問題以及解決問題的創(chuàng)新能力，使得學(xué)生們的生物學(xué)核心素養(yǎng)得到全面發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】STEM教育理念;生物教學(xué);教學(xué)研究;核心素養(yǎng)

對(duì)于學(xué)科的核心素養(yǎng)來說，就是學(xué)生們對(duì)于這一學(xué)科理論知識(shí)的掌握程度、自主思考能力和相關(guān)實(shí)驗(yàn)探索研究等綜合素質(zhì)。對(duì)于某一學(xué)科的學(xué)習(xí)，學(xué)生們應(yīng)當(dāng)積極思考并付諸于相應(yīng)的實(shí)踐，同時(shí)和其他學(xué)科知識(shí)結(jié)合形成融會(huì)貫通的知識(shí)體系，所以應(yīng)當(dāng)積極運(yùn)用STEM教育理念，加強(qiáng)復(fù)合型人才的培養(yǎng)，特別是對(duì)于生物學(xué)科的科學(xué)思維方式來說，要和其他物理、化學(xué)等其他學(xué)科進(jìn)行結(jié)合，將學(xué)生自身的生物學(xué)科核心素養(yǎng)得到更好的提升。

一、STEM教育模式的核心概念和理論基礎(chǔ)

STEM教育理念最早是由美國(guó)學(xué)者經(jīng)過研究提出來的，該理念主要是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四個(gè)英文首字母的縮寫組成的，主要是希望通過開展開放和動(dòng)態(tài)的教育課程模式，使得學(xué)生們通過目前所掌握的知識(shí)去分析和解決問題，使得其知識(shí)體系能夠不斷得到完善。這種教育理念的關(guān)鍵是以跨學(xué)科的教育模式開展的，特別強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科知識(shí)之間的融會(huì)貫通，形成完善全面的知識(shí)體系，具有融合性的特點(diǎn)。其次將教學(xué)實(shí)驗(yàn)和社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行有效結(jié)合，加強(qiáng)其科學(xué)性，最后STEM理念還具有社會(huì)性的特點(diǎn)，希望能夠得到社會(huì)各方的參與。筆者通過在高中生物學(xué)科的教學(xué)知識(shí)傳授過程中嘗試運(yùn)用STEM教育理論，不斷提高學(xué)生們生物學(xué)科的核心素養(yǎng)。

二、STEM教育在發(fā)展高中生物學(xué)核心素養(yǎng)中的應(yīng)用

（一）踐行生命觀念，體現(xiàn)生命性

對(duì)于學(xué)生們來說，他們都是獨(dú)立的個(gè)體，因此他們的思維能力、個(gè)性以及知識(shí)水平等都具有較大的不同，而STEM教育理念認(rèn)為學(xué)生們?cè)谙嚓P(guān)能力方面的發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)的開放過程，不應(yīng)當(dāng)將其限制在教室中，應(yīng)當(dāng)采用開放式的學(xué)習(xí)方式來提高學(xué)生們掌握生命知識(shí)的能力。例如，老師在進(jìn)行人教版《高中生物·必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》“種群和群落”這一章節(jié)的知識(shí)教學(xué)過程中，可以讓學(xué)生們進(jìn)行開放性的探究學(xué)習(xí)活動(dòng)，去研究土壤中動(dòng)物的種類。學(xué)生們通過理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、具體的實(shí)驗(yàn)操作和課外實(shí)踐調(diào)查，同時(shí)積極和其他同學(xué)進(jìn)行成果交流等多種方式，讓學(xué)生們走出課堂，讓學(xué)生們真正進(jìn)入到和大自然接觸的學(xué)習(xí)環(huán)境中，幫助他們?cè)诖笞匀画h(huán)境中積極借助科學(xué)知識(shí)幫助去分析解決問題，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室等作為學(xué)生們開展實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所，積極借助所學(xué)的知識(shí)去分析，另外可以尋找相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者幫助，在他們的指導(dǎo)下去學(xué)習(xí)土壤微生物、動(dòng)物的監(jiān)測(cè)等相關(guān)生態(tài)學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，讓他們能夠積極主動(dòng)地去研究和分析生命活動(dòng)。

上述“研究土壤中動(dòng)物的種類”的學(xué)習(xí)活動(dòng)過程就會(huì)變成一個(gè)開放式的動(dòng)態(tài)過程，也是對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的一種新型拓展和延伸，通過這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生們能夠積極運(yùn)用生命理念去認(rèn)識(shí)了解世界的生命現(xiàn)象，加強(qiáng)自主思考能力和解決問題的水平，充分展現(xiàn)了STEM教育理念的生命性。

（二）提高邏輯思維，體現(xiàn)融合性

通過STEM教育理念可以使得工程、技術(shù)、科學(xué)等相關(guān)不同的學(xué)科之間進(jìn)行結(jié)合，從而幫助學(xué)生們能夠提高他們的邏輯思維能力。例如，老師們?cè)谶M(jìn)行高中DNA知識(shí)相關(guān)的生物教學(xué)課程中，當(dāng)進(jìn)行“微生物群落的構(gòu)成及多樣性分析”的課題時(shí)，可以讓學(xué)生們按照收集文獻(xiàn)資料、準(zhǔn)備相關(guān)實(shí)驗(yàn)素材、，開展微生物分析試驗(yàn)、一直到最后得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的分析這樣一個(gè)全過程進(jìn)行，讓學(xué)生們能夠了解到如何利用文獻(xiàn)法、實(shí)驗(yàn)法、16SrDNA測(cè)序等開展實(shí)驗(yàn)分析，然后繪制出水體的水體中所含微生物的相關(guān)S、J型曲線，并建立相應(yīng)的分析模型，通過不斷的總結(jié)和歸納去分析水體中所含有的未知生物和細(xì)菌，不斷提高學(xué)生們解決問題的能力。通過相應(yīng)的研究，可以發(fā)現(xiàn)所研究的水體水質(zhì)較差，無法被人類直接使用，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境整治，減少水體污染，特別是要禁止生活垃圾以及相關(guān)工業(yè)廢水等隨意排入到水體，從源頭上采取措施進(jìn)行保護(hù)，從而證明了水體的安全性這一具有社會(huì)意義的問題，為我國(guó)的環(huán)境保護(hù)事業(yè)和人們的高品質(zhì)生活做出了相應(yīng)的貢獻(xiàn)。通過這樣的類似教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生們所學(xué)到的高中生物知識(shí)和物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等其他學(xué)科的知識(shí)得到融會(huì)貫通，提高學(xué)生們?cè)诮鉀Q現(xiàn)實(shí)問題的自我思考和思維能力。

（三）開展科學(xué)探究，體現(xiàn)科學(xué)性

STEM教育理念強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)學(xué)生們的動(dòng)手操作能力，通過實(shí)驗(yàn)和相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生們能夠認(rèn)識(shí)到知識(shí)的本質(zhì)，加強(qiáng)他們對(duì)知識(shí)的理解能力，這也與高中生物所提倡的科學(xué)研究理念相匹配。例如，當(dāng)老師們?cè)谶M(jìn)行生物高中教學(xué)時(shí)，讓學(xué)生們觀看“不同環(huán)境條件下的H2O2分解效果對(duì)比”視頻，在觀看結(jié)束后，有學(xué)生提出了一些疑問，比如在視頻的實(shí)驗(yàn)過程中，滴加氯化鐵和肝臟研磨液不是同時(shí)進(jìn)行的，這樣就使得反應(yīng)所產(chǎn)生的氣泡比較效果受到了很大影響。另外還有學(xué)生提出視頻中將帶火星的木條放入到試管中的時(shí)間也是不一致的，這樣對(duì)帶火星木條所產(chǎn)生的試驗(yàn)效果也是不同的，也有一些學(xué)生提出了使用兩根帶火星的木條就違背了實(shí)驗(yàn)中單一變量的要求，這些質(zhì)疑使得該實(shí)驗(yàn)存在著科學(xué)準(zhǔn)確方面的問題。此時(shí)，老師可以根據(jù)學(xué)生們的問題，積極引導(dǎo)他們進(jìn)行深層次的思考，比如能否設(shè)計(jì)一種能夠同時(shí)對(duì)兩支試管中化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行效果比較的實(shí)驗(yàn)裝置，如何更加合理地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，讓實(shí)驗(yàn)效果具有科學(xué)性等等，老師可以和學(xué)生們針對(duì)以上問題一同思考并進(jìn)行解決，比如通過收集和查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，加強(qiáng)學(xué)生們對(duì)實(shí)驗(yàn)單一變量等要求的理解，提高學(xué)生們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的熱情，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，加強(qiáng)學(xué)生們科學(xué)分析問題的能力，提高他們實(shí)踐和創(chuàng)新的水平。

（四）增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任，體現(xiàn)社會(huì)性

STEM教育理念倡導(dǎo)應(yīng)當(dāng)圍繞社會(huì)中與人們生活息息相關(guān)的熱點(diǎn)問題進(jìn)行分析研究，比如以我國(guó)的傳統(tǒng)文化為背景，開展關(guān)于“古法釀醬技術(shù)體驗(yàn)”的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生們深度參與到該活動(dòng)中，認(rèn)識(shí)到知識(shí)來源于生活，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)為生活服務(wù)。利用該實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生們?nèi)ケ鎰e醬油的質(zhì)量，分辨出哪些醬油是優(yōu)質(zhì)的，哪些醬油是劣質(zhì)的，讓他們了解釀醬技術(shù)的同時(shí)，也幫助他們建立健康飲食的思想，同時(shí)深刻地體會(huì)釀醬是一項(xiàng)非常辛苦的體力活，體會(huì)到生活“粒粒皆辛苦”的來之不易，使學(xué)生們能夠從中學(xué)會(huì)感恩。通過這些和學(xué)生們生活相關(guān)的社會(huì)活動(dòng)開展，讓學(xué)生們深度參與到這些活動(dòng)中，讓學(xué)生們不僅能夠通過這些實(shí)踐活動(dòng)獲取相關(guān)科學(xué)知識(shí)，同時(shí)還能夠提高他們的社會(huì)責(zé)任感，體現(xiàn)出了STEM教育理念中的社會(huì)屬性。

通過STEM教學(xué)活動(dòng)開展，越來越多的研究表明該教育理念可以幫助學(xué)校進(jìn)行具有多學(xué)科知識(shí)的復(fù)合型人才的培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生們的獨(dú)立思考和動(dòng)手解決問題的能力，加強(qiáng)了他們綜合素質(zhì)的提高，顯示了STEM教育對(duì)學(xué)生們?cè)诟咧袝r(shí)期的生物學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成具有非常關(guān)鍵的作用。在高中時(shí)期，通過運(yùn)用STEM教育理念使得學(xué)生們的生物學(xué)科綜合素質(zhì)得到全面提升，培養(yǎng)出符合我國(guó)社會(huì)所需要的全面復(fù)合型人才，推動(dòng)我國(guó)生物學(xué)科不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡蘇，王沛文.美國(guó)STEM教育中社會(huì)組織的作用及對(duì)我國(guó)的啟示[J].中國(guó)電化教育，2016（10）：74～78.

[2]楊曉哲.數(shù)字化時(shí)代的STEM教育與創(chuàng)客教育[J].開放教育研究，2015（5）.

[3]謝雪錦.基于STEM教育的高中生物學(xué)教學(xué)探索——以“人類遺傳病”教學(xué)為例[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2018（04）.

[4]蔣學(xué)琴.基于STEM教育理念的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[D].漳州：閩南師范大學(xué)，2018.

[5]楊夢(mèng)姝.基于STEM教育理念的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略研究[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2018.

[6]李卉.基于STEM教育在高中生物學(xué)教學(xué)中的嘗試分析[J].新課程（下），2017（06）.