淺析STEM教育與生物實驗教學的有機融合

江偉 宛子

摘 要：本文從加強STEM教育緊迫性的認識以及STEM教育在我國的推進與發(fā)展兩個視角，提出STEM教育理念與生物實驗教學的有機融合迫在眉睫，同時也強調(diào)了加快推動中國STEM教育的研究與實踐。

關(guān)鍵詞：STEM 生物教學 實驗教學 融合

長期以來人們把生物實驗分成兩種基本形式，一種是演示性實驗，一種是學生分組實驗，演示性實驗著重培養(yǎng)學生的觀察能力，分組實驗利于培養(yǎng)學生的操作技能以及如何驗證生物學原理。這樣的指導思想和教學目標決定了我們生物學科實驗的性質(zhì)和基本教學方式。新《生物課程標準》并沒有排斥和否定演示實驗、隨堂實驗、學生分組實驗等這些基本結(jié)構(gòu)。反而更加強調(diào)“倡導探究性學習，力圖改變學生的學習方式，引導學生主動參與、樂于探究、勤于動手、突出創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)”。而現(xiàn)在的 STEM教學理念正是體現(xiàn)生物實驗教學以及培養(yǎng)學生理性思維的嶄新理念。

一、STEM 教育的起源

STEM 是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四門學科的簡稱，它分別用Science（科學）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學）的首字母來表示。國際技術(shù)和工程教育協(xié)會（ ITEEA） 將 STEM 定義為整合了科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四大要素的新興跨學科課程，強調(diào)多學科的交叉融合。

二、我國的STEM教育現(xiàn)狀

近幾年，STEM教育在我國快速興起。但我國STEM教育還剛剛起步，目前我國的課程建設、教育標準與評估機制等方面還很不成熟，不同專家對STEM教育的理解、解讀也千差萬別。STEM教育的推進還有賴于系統(tǒng)的頂層設計，有賴于跨部門的協(xié)作和全社會的參與，有賴于科學有效的研究引領(lǐng)和廣泛深入的實踐探索。廣大教師對STEM教育的認識還不夠深入，有待于進一步深化，這應該與教師缺乏對STEM教育系統(tǒng)的學習及缺乏STEM教育具體的實踐等有關(guān)，教師還非常缺乏STEM教育方面的培訓。鑒于此，2017年初，教育部印發(fā)《義務教育小學科學課程標準》，明確建議教師在教學實踐中嘗試STEM教育。2017年10月印發(fā)的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》也明確地將創(chuàng)意物化能力培養(yǎng)作為課程目標，推薦了體驗物聯(lián)網(wǎng)、用計算機做科學實驗、開源機器人初體驗等活動主題，引導中小學開展STEM教育。2018年1月新頒布的普通高中課程標準中，很多學科也都明確滲透或倡導了STEM教育思想。

三、我國STEM 教育與生物實驗教學

21世紀是知識與經(jīng)濟全球化的時代，科技創(chuàng)新的作用愈加凸顯。在教育領(lǐng)域，對創(chuàng)新型、綜合型人才的培養(yǎng)需求與日俱增、迫在眉睫。為此，我國出臺了2017年版《普通高中生物學課程標準》，新課程標準把培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)作為目標;現(xiàn)行的生物學學科核心素養(yǎng)滿足“面向全體學生”、“提高生物科學素養(yǎng)”、“倡導探究性學習”、“注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系”等原有課程理念，同時加強了原有“三維目標”的融合，綜合性提升，關(guān)注范圍更加廣泛。為了達成這樣的教學目標，在教學過程方面我們要更加重視學生的實踐經(jīng)歷。重實踐就是強調(diào)學生學習過程是主動參與的過程。而生物學科是一門以實驗教學為基礎(chǔ)的學科，生物學的很多結(jié)論是通過實驗得出的。為了加深學生對生物概念的理解和提升對知識的應用能力，就要適當?shù)膶⒖鐚W科知識運用到實踐活動中去，而STEM教育的興起正是為解決這個問題而生。因此，將STEM教育理念與生物實驗教學有機融合迫在眉睫。

把STEM教育融合在生物實驗教學中，能充分激發(fā)學生對生物學科的學習欲望，同時能對學生的探究能力、邏輯思維能力、生物學科素養(yǎng)以及理性思維等能力的培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。

STEM 教育滲透生物實驗教學案例1：水果電池

生物學知識：

（1）細胞中的水

結(jié)合水：與細胞內(nèi)的其他物質(zhì)相結(jié)合

自由水：以游離的形式存在，可以自由流動

（2）細胞中的無機鹽

陽離子：Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe2+、Fe3+

陰離子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-

原理：

（1）水果中的酸性液體相當于電解質(zhì)溶液，由于銅和鋅（鎂）的金屬活性不同，其中較活潑的金屬鋅（鎂）能置換出酸性液體中的氫離子——鋅電極上的鋅單質(zhì)脫去電子形成鋅離子，進入酸性液體中;脫去的電子通過導線流到銅電極，與酸性溶液中的氫離子結(jié)合，形成氫氣分子。

（2）導線中的電流驅(qū)動發(fā)光二極管工作。

材料用具：

蘋果、檸檬、西紅柿等新鮮多汁的水果，可樂、1.5V堿性干電池2節(jié)、1.5V螺口小電珠、大頭針、銅片若干、鋅片若干、導線若干、水杯、鱷魚夾線、發(fā)光二極管、數(shù)字時鐘。

效果實圖：

STEM 教育滲透生物實驗教學案例2：奇特的眼睛

生物學知識：瞳孔，是動物或人眼睛內(nèi)虹膜中心的小圓孔，為光線進入眼睛的通道。虹膜上瞳孔括約肌的收縮可以使瞳孔縮小，瞳孔開大肌的收縮使瞳孔散大，瞳孔的開大與縮小控制進入瞳孔的光量。

原理：虹膜呈圓盤狀，中央有瞳孔，位于角膜和晶狀體之間;顏色因含色素的多少和分布而異（中國人：棕色）;含兩種平滑肌纖維;瞳孔開大肌，收縮時瞳孔開大;瞳孔括約肌，收編時使瞳孔縮小。

材料用具：亮度不同的電筒、干電池10支。

實驗效果：學生通過親身體驗后，尋找合適的教學模型將數(shù)據(jù)分析結(jié)果客觀地呈現(xiàn)，并對數(shù)據(jù)進行有效、合理地分析，從而有效地提升學生科學素養(yǎng)，促進理性思維的養(yǎng)成。

總之，我國STEM教育還在路上，STEM教育的推進和發(fā)展還有賴于我們大家付出艱辛努力;老師們，路還很長，我們?nèi)沃氐肋h！