“STEM”教學(xué)理念下高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)有效策略探究

袁思孝

摘 要：基于STEM教學(xué)理念，結(jié)合核心素養(yǎng)所提要求，教師可更深刻地領(lǐng)會教材內(nèi)容，并分析內(nèi)容展示于學(xué)生面前的作用、價(jià)值及方法，分別嘗試從關(guān)注核心素養(yǎng)培養(yǎng)、強(qiáng)調(diào)學(xué)科相互滲透等策略出發(fā)，進(jìn)行持續(xù)深入研究，為教師找到從STEM教學(xué)理念出發(fā)之有效實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞：STEM;高中生物;深度學(xué)習(xí);有效策略

高中生物生命科學(xué)基礎(chǔ)課程特點(diǎn)尤為明顯，其在這門課程中涉及理解生命科學(xué)中諸多現(xiàn)象，探索生命原理，需要學(xué)生擁有一定計(jì)算方面、工程設(shè)計(jì)方面能力，且使之在動手實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面做出突破[1]。在STEM教學(xué)理念支持下，課堂上用項(xiàng)目化運(yùn)作形式處理一些比較實(shí)際的問題，這樣的理念正好契合了高中生物學(xué)科的特點(diǎn)，并符合實(shí)驗(yàn)課程改進(jìn)正確方向，因此值得給予重點(diǎn)關(guān)注。

一、STEM教學(xué)理念內(nèi)涵

哥倫比亞大學(xué)學(xué)者大衛(wèi)·安德森首先提出STEM教學(xué)觀點(diǎn)，他強(qiáng)調(diào)了“S”（科學(xué)：science）、“T”（技術(shù)：technology）、“E”（工程：engineering）、“M”（數(shù)學(xué)：mathematics）四位一體的教學(xué)模式，即在教學(xué)期間將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科內(nèi)容融為一體，借此突破學(xué)生認(rèn)識高速發(fā)展局限，使之產(chǎn)生跨越學(xué)科的創(chuàng)新思維方式[2]。STEM教學(xué)理念值得注意的特點(diǎn)，其一是前瞻性，即通過生活化、跨學(xué)科的形式，把有聯(lián)系的知識內(nèi)容進(jìn)行再次構(gòu)建，模糊了原有的知識界限;其二是情境性，即在教學(xué)期間，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)特定情境，使之可以更快投入教師所給予的問題研究狀態(tài)，對所學(xué)知識展開深入分析;其三是多維性，即利用豐富的教學(xué)方式與教學(xué)途徑進(jìn)行STEM教學(xué)成為普遍的選擇，特別是高效數(shù)字化教學(xué)方式的應(yīng)用，豐富了學(xué)生學(xué)習(xí)的空間。

二、STEM教學(xué)理念應(yīng)用于高中生物課程之可能性及價(jià)值

（一）STEM教學(xué)理念應(yīng)用于高中生物課程之可能性

STEM教學(xué)理念應(yīng)用于高中生物課程，因以下幾個(gè)原因，而極大地增加了實(shí)施可能性。其一，二者相結(jié)合順應(yīng)了新課改發(fā)展趨勢，其中STEM教學(xué)理念所涉及的幾項(xiàng)內(nèi)容相互依賴、相輔相成，如科學(xué)可為工程提供基礎(chǔ)，技術(shù)可為工程提供基本要素與手段，工程可作為科學(xué)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)的根本而存在，其可以在科學(xué)、技術(shù)和工程發(fā)展等諸多領(lǐng)域展示出無可取代之工具價(jià)值，其相互依賴作用為高中生物深度學(xué)習(xí)所必要，更與新課改要求學(xué)生綜合能力進(jìn)步的要求相統(tǒng)一。其二，二者相結(jié)合是社會創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的迫切需求，傳統(tǒng)被動學(xué)習(xí)形式下，分?jǐn)?shù)是唯一的衡量標(biāo)尺，正所謂得高分者得天下，這使“填鴨式”教學(xué)成為主流，也讓學(xué)生的厭學(xué)情緒充溢整個(gè)教學(xué)過程。在這樣的狀態(tài)之下，無論教師還是學(xué)生，都過度關(guān)注新知識的學(xué)習(xí)，在知識的應(yīng)用方面則只如蜻蜓點(diǎn)水一般輕輕帶過，造成學(xué)生的學(xué)和用相脫節(jié)，創(chuàng)新型人才培養(yǎng)效果難如人意，所以引入STEM教育可謂是一次恰逢其時(shí)的創(chuàng)造性變革。其三，二者相結(jié)合，可因高中生物課堂的平臺搭建而變得順暢。生物屬于自然學(xué)科領(lǐng)域，它和生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，相當(dāng)多的生物學(xué)問題，均會涉及數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程等方面知識，像種群的數(shù)量變化內(nèi)容，可涉及數(shù)學(xué)模型構(gòu)建方式，只有借此才能讓兩種種群數(shù)量變化曲線圖更清晰地呈現(xiàn)出來。所以在生物課堂上引入STEM教學(xué)理念及教育形式，既可以使學(xué)生較好地構(gòu)建生物知識基本框架，同時(shí)也將因?yàn)榭蚣芷脚_的形成，使學(xué)生在應(yīng)用知識領(lǐng)域能力獲得更多機(jī)會，并可使之嘗試從生物學(xué)的視角認(rèn)識世界、改造世界。

（二）STEM教學(xué)理念應(yīng)用于高中生物課程的價(jià)值

STEM教學(xué)理念應(yīng)用于高中生物課程的可能性已經(jīng)如前所述，而關(guān)于其潛在的應(yīng)用價(jià)值，則同樣值得重視。

首先，可認(rèn)為STEM教學(xué)理念能夠使學(xué)習(xí)者從更宏觀角度掌握生物知識點(diǎn)，保證內(nèi)容認(rèn)知的綜合性。如果想要看到STEM教學(xué)理念的價(jià)值，便需要將其置于我國教育體系內(nèi)，開展具體分析，這時(shí)能夠留意該理念對于實(shí)踐時(shí)自然融入潛能。對于生物學(xué)科而言，教師如果讓學(xué)生順利通過高考考核，便需要在教學(xué)時(shí)以教材為中心制訂教學(xué)計(jì)劃，而STEM教學(xué)理念的存在，正是一個(gè)讓教學(xué)計(jì)劃具有更高系統(tǒng)性與完整度的助手，它將使學(xué)生因此對知識產(chǎn)生更加深入的了解、更加綜合的認(rèn)知。例如：當(dāng)面對植物的組織培養(yǎng)技術(shù)有關(guān)內(nèi)容時(shí)，若可以把STEM教學(xué)理念引入其中，便可以使學(xué)生通過更為專業(yè)的技術(shù)去對重點(diǎn)內(nèi)容展開研究、加深理解。學(xué)生將有效探索教材中所涉及植物的組織培養(yǎng)原理，又會結(jié)合生活實(shí)踐，了解植物組織培養(yǎng)基本技術(shù)方面的知識。而面向?qū)W生知識取得目標(biāo)所制訂的教學(xué)計(jì)劃、研究指導(dǎo)計(jì)劃，無一不展現(xiàn)出這樣的宏觀性與綜合性特點(diǎn)。

第二，STEM教學(xué)理念能夠使學(xué)習(xí)者順利提升本學(xué)科的基本核心素養(yǎng)。學(xué)科素養(yǎng)的取得并不容易，而能力建構(gòu)也往往不是隨意達(dá)成的目標(biāo)，它們都是需要在循序漸進(jìn)中獲取的。高中生物學(xué)科中的基本核心素養(yǎng)，會有科學(xué)探究、生命觀念、理性思維、社會責(zé)任等諸多方面。若是教師可以在教學(xué)中善用STEM理念，可分別于多個(gè)方面展示出比較強(qiáng)大核心素養(yǎng)培養(yǎng)功能。若僅從核心素養(yǎng)視域下知識取得角度進(jìn)行分析，則學(xué)科所涉及的知識點(diǎn)同樣很多，只借助死記硬背的形式，是不足以掌握好全部內(nèi)容的。在課堂學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生既需要對基礎(chǔ)理論知識產(chǎn)生足夠認(rèn)知，又要本著科學(xué)探究的精神，展開對生物發(fā)展過程的持續(xù)深入思考，而在此期間，STEM教學(xué)理念的實(shí)施，毫無疑問是必要的，它會使死記硬背形式所不能產(chǎn)生的學(xué)習(xí)效果，變得不再遙不可及，讓學(xué)生能夠更接近核心素養(yǎng)所提之要求。

三、STEM教學(xué)理念下高中生物深度學(xué)習(xí)有效策略

（一）關(guān)注核心素養(yǎng)培養(yǎng)

在生物教材中有大量模型制作、實(shí)踐探究、調(diào)查研究等活動，像DNA分子物理模型的制作、DNA分子內(nèi)堿基數(shù)的計(jì)算、人群中遺傳病的調(diào)查等。這些活動比較生動，且容易被學(xué)生所理解與掌握，只是過程有時(shí)會稍顯煩瑣，或者要求學(xué)生用小組互助做法才能完成，因此深度學(xué)習(xí)需要的并非是單一的知識，而是如前所述，應(yīng)當(dāng)配合核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)[3]。而教材本身對生命觀念、科學(xué)思維培養(yǎng)的側(cè)重，以及大量資料的涵蓋，為此種配合工作帶來可能，教師需要以此為契機(jī)，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)指導(dǎo)策略的探索，讓學(xué)生得以用科學(xué)思維、理性態(tài)度、務(wù)實(shí)精神去解決生物教材中的諸多問題。

（二）強(qiáng)調(diào)學(xué)科相互滲透

在STEM教學(xué)理念中，整合性是一個(gè)比較重要的特點(diǎn)，而相當(dāng)一部分生物學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，恰恰因其體現(xiàn)出了學(xué)科間相互滲透和干預(yù)的特點(diǎn)，而與整合性特點(diǎn)保持一致。像以基因?yàn)楹诵亩归_的內(nèi)容中，即包含了很多跨科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程的內(nèi)容，這些內(nèi)容相互聯(lián)系，但又重點(diǎn)突出，其中科學(xué)類知識通常占據(jù)主流，這說明教材知識教學(xué)期間，在重點(diǎn)突出的同時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)科相互滲透有其必要性。這時(shí)STEM教學(xué)功能，在于其能夠展示出某門學(xué)科之優(yōu)勢，還會因?qū)W科間的相互滲透而在內(nèi)容呈現(xiàn)、方法支持上擁有可圈可點(diǎn)之處，從而能夠進(jìn)一步帶動學(xué)科發(fā)展。如在面對遺傳因子發(fā)現(xiàn)內(nèi)容之際，會有性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)，顯然性狀分離屬于生物學(xué)中的知識，然而實(shí)驗(yàn)操作過程中，像用小桶與彩球模擬生物器官，并隨機(jī)做抽取結(jié)合時(shí)，關(guān)注數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程，則無疑展示出的是數(shù)學(xué)思維。在本次實(shí)驗(yàn)過程中，便留意到了生物學(xué)知識同數(shù)學(xué)思維的結(jié)合策略，這將使學(xué)生的技術(shù)與設(shè)計(jì)能力得到充分鍛煉。

（三）規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)

規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)操作屬于科學(xué)探索的基礎(chǔ)，亦為提高生物教學(xué)效果之重要保障之一。例如：在高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作等形式，可以讓學(xué)生因被激發(fā)而主動參與，明確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、充分趣味的操作過程，教學(xué)功能是值得肯定的。然而本次教學(xué)部分技術(shù)操作存在一定難度，像需要在40分鐘之內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，便對學(xué)生提出了較難要求。對于實(shí)操活動而言，步驟雖然有著直觀與可視化的優(yōu)點(diǎn)，但是可見深度并不明顯，同時(shí)可控性也有一定局限性。像高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動內(nèi)容中，教師把整個(gè)過程拆解后，讓學(xué)生看到觀察葉綠體裝片、用顯微鏡觀察細(xì)胞質(zhì)的流動等環(huán)節(jié)的操作要點(diǎn)，以及檢查實(shí)驗(yàn)材料、找到葉肉細(xì)胞中的葉綠體、尋找最佳觀察部位等注意事項(xiàng)，把每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)操作步驟拍攝為短視頻，讓學(xué)生處于便捷學(xué)習(xí)條件支持下，更好地適應(yīng)STEM教學(xué)理念及對應(yīng)策略。生物課程同時(shí)具有復(fù)雜性、微觀性與多樣性等特征，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)期間，若與操作難度較大的演示類實(shí)驗(yàn)相比較，用觀看短視頻的形式介入，再行實(shí)際操作輔助，能夠給學(xué)生創(chuàng)設(shè)直觀性更強(qiáng)、更為明確的實(shí)驗(yàn)氛圍，其長處是避免時(shí)空限制，把原本抽象化的問題變得直觀化、煩瑣化的問題變得簡單化，有益于實(shí)驗(yàn)活動S、T、E、M相結(jié)合方面的可見度與可控性的提升，短視頻亦可重復(fù)播放，又十分有益于學(xué)生以較快速度打破操作困境，反復(fù)觀察、體會和感受，讓實(shí)驗(yàn)活動的規(guī)范技術(shù)操作在不斷鞏固中得到發(fā)展。

（四）多重視角即時(shí)糾錯(cuò)

STEM教學(xué)理念之中，強(qiáng)調(diào)了工程素養(yǎng)融合的學(xué)習(xí)思路，宗旨是希望提高課堂所傳授知識在內(nèi)容應(yīng)用方面的實(shí)踐效果，讓學(xué)生有機(jī)會在相對復(fù)雜的、具有現(xiàn)實(shí)意義的情境范圍內(nèi)展開學(xué)習(xí)，從而使其邏輯思維轉(zhuǎn)化能力、批判性思考能力等得以發(fā)揮，而宗旨的達(dá)成，顯然無法離開多重視角即時(shí)糾錯(cuò)的幫助。再以上面提及的用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動內(nèi)容為例，教師在短視頻內(nèi)做了操作步驟方面的細(xì)致講解，而學(xué)生也多次于實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行觀察，可實(shí)際操作中依然看到部分學(xué)生存在問題，包括用幼根作實(shí)驗(yàn)材料、沒能考慮到細(xì)胞質(zhì)流動速度和環(huán)境溫度變化的關(guān)系、細(xì)胞質(zhì)流動速度和細(xì)胞新陳代謝強(qiáng)度的關(guān)系等，對結(jié)果的精確性產(chǎn)生不利效果等。面對這些實(shí)操類錯(cuò)誤，事后的反省與糾正通常不會非常有效，所以在發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，教師可立即暫停活動，指導(dǎo)學(xué)生挖掘錯(cuò)誤成因，并使大家分別與其他成員共同協(xié)作，思考解決問題的辦法。而在一定的互評交流及反思糾正期間，教師可再視情況需要，同步播放一些關(guān)鍵性的操作步驟視頻，讓學(xué)生仔細(xì)觀摩，從而實(shí)現(xiàn)參考糾錯(cuò)與細(xì)致探錯(cuò)的效果，并保證改錯(cuò)的積極性、用錯(cuò)的靈活性。而且處理實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的困境，用科學(xué)工程素養(yǎng)助力實(shí)踐操作，同時(shí)面對反復(fù)實(shí)驗(yàn)所出現(xiàn)的可靠結(jié)果，其努力還能夠盡量展現(xiàn)教學(xué)實(shí)踐活動無限潛能與適應(yīng)性，如果教師可以在此時(shí)有效掌握、科學(xué)開發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動期間的錯(cuò)誤，亦可在學(xué)生批判性思維培養(yǎng)、自省總結(jié)能力構(gòu)建方面帶來作用，有益于學(xué)生工程素養(yǎng)等的全方位鍛煉。

（五）展現(xiàn)生活教育價(jià)值

將STEM教學(xué)理念應(yīng)用于高中生物深度學(xué)習(xí)，其中有效策略應(yīng)值得重視一點(diǎn)，即表達(dá)生活教育價(jià)值，強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)的根源在于STEM所涉各個(gè)部分與生活的緊密聯(lián)系。例如：在生物學(xué)教材中，有大量和生物學(xué)相關(guān)的職業(yè)、技術(shù)內(nèi)容，像DNA指紋技術(shù)、精準(zhǔn)醫(yī)療等，這些都和學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活有極為密切的聯(lián)系。學(xué)生不斷接觸并理解真實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)技能，有利于其自身發(fā)展。教學(xué)實(shí)踐中，以STEM教學(xué)理念為中心的努力，可主要體現(xiàn)于以下兩點(diǎn)：其一是教師應(yīng)當(dāng)突出生物學(xué)知識同平時(shí)生活的聯(lián)系，如在教學(xué)DNA結(jié)構(gòu)時(shí)，展開對DNA指紋技術(shù)方面的介紹，使大家產(chǎn)生生物學(xué)知識來源于生活、服務(wù)于生活的意識;其二是要關(guān)注學(xué)生的社會責(zé)任感培養(yǎng)問題，如以鮮明的例子說明人類遺傳病所帶來的危害，讓學(xué)生了解遺傳咨詢與產(chǎn)前診斷所具有的重要價(jià)值等。

結(jié)束語

對于STEM教學(xué)理念而言，始終強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力培養(yǎng)的核心導(dǎo)向功能，把知識向問題化方向調(diào)整，并讓問題擁有項(xiàng)目化的可能性，這將對積極培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀念有益，同時(shí)對學(xué)生理性思維、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)意識的形成大有幫助，并有效避免傳統(tǒng)生物教學(xué)形式的知識應(yīng)用呆板、實(shí)踐應(yīng)用不佳等問題。教學(xué)中教師可基于STEM教學(xué)理念內(nèi)涵及其應(yīng)用價(jià)值，分別從多個(gè)角度嘗試對學(xué)生深度學(xué)習(xí)促進(jìn)策略進(jìn)行思考和實(shí)踐，包括本文提及的關(guān)注核心素養(yǎng)培養(yǎng)、強(qiáng)調(diào)學(xué)科相互滲透等要點(diǎn)都比較值得重視。未來可繼續(xù)展開這些方面的深入思考，從而讓STEM教育理念普及性應(yīng)用取得圓滿效果。

參考文獻(xiàn)

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[3]劉月霞，郭華.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2018.

課題名稱：寧德市“十四五”（第一期）基礎(chǔ)教育科研課題“基于深度學(xué)習(xí)的高中生物概念教學(xué)的有效性研究”，立項(xiàng)項(xiàng)目編號：2021JJK。