STEM教育理念下高中生物學選修課程體系的建設

陸夏君

(浙江省杭州第十四中學 310006)

我國現行必修課程是建立在對知識加以分類基礎上的分科課程，課程定位是以精英教育和升學取向為主，課程實施的核心內容是以教材為知識載體，以掌握知識內容為主要目的，紙筆測驗是主要的選擇人才方式。此課程體系對培養學生良好的學科素養、環境意識、創新精神和動手實踐等有一定制約，在現行的高中生物學科中尤為明顯[1]。因此，高中生物學選修課程體系的建設刻不容緩。由于生命科學的嚴密性、復雜性，以及未來生物科學的發展需要更多的復合型人才，尤其是那些既擅長理化知識又會數據處理、還會編程建模的跨學科優秀人才，這正契合STEM教育的核心理念。生物學這樣一門以實驗操作為重心的學科，能為學生提供大量動手操練的課堂體驗，如果課程設置中再引導學生參與項目活動和問題解決，將必修課程學到的生物學知識積極應用到生活生產實際，甚至于世界重大挑戰時，必將使學生更深地感受到這是時代的緊迫需要，也只有這樣才能滿足人民日益增長的美好生活之需要[2]。

1 基于STEM教育理念下生物學選修課程體系的設計

1.1 選修課程體系的設計原則 ①注重學生創新思維的培養，即綜合運用科學、技術、工程和數學知識提出項目、分析論證和實施解決的實踐能力；②改善學生的學習方式，盡可能以探索、模仿和體驗等適合個人特點的學習方式為主；③培養方法側重在科學探究、科學實驗、社會實踐和合作交流；④課程體系要完整，將相關課程一體化建設，即以課程群“打包”方式構建，盡量減少課程的碎片化[3]。

1.2 選修課程體系的評價原則 所有的評估與考試都是為了讓學生知道如何改進。因此，務必改變學科本位意識，要認識到考試只是重結果評價的一種方法，要形成符合選修課程的多元評價目標、多樣評價工具和多個評價方法。從終結性評價體系(考試)往發展性評價體系轉化，即重視過程評價，如通過口頭評價、即時評價、學生情感體驗評價和小組合作群體評價等，最大限度地介入學生成長過程中，而不過分強調甄別與選拔功能[1]。

2 STEM教育理念下生物學選修課程體系的類別規劃

我校有兩個校區，一個在市中心，校園精致、生源優秀；一個在郊區，生源普通，但校區面積較大，土地資源豐富，學生全寄宿。依據學校特色，再根據學生個體特征、興趣愛好和發展去向，將生物學選修課程規劃成三大類： Ⅰ類基礎課程、Ⅱ類拓展課程和Ⅲ類卓越課程。其中市中心校區偏重于Ⅱ類和Ⅲ類課程，而郊區校區側重于Ⅰ類和Ⅱ類課程。

2.1 Ⅰ類基礎課程 Ⅰ類基礎課程是滿足學生興趣的發展需求，提高學生生活能力。為面向全體學生即未來社會合格公民的需要，基于基本的生物學核心素養中的“生命觀念”，引導學生自主認識生命世界、體驗感受生命活力，解釋常見的生命現象和健康生活。

2.1.1 走進植物世界課程 走進植物世界課程主要是普及植物學分類知識。

例如，要求學生識別出50種以上常見植物，學習植物命名的方式，構建植物進化系統樹，體驗物種多樣性，感恩大自然的饋贈。從學校的資料庫中認領喜歡的草本植物，嘗試制作植物分類檢索表。實地種植南方農作物有： 蘿卜、胡蘿卜、芹菜、菠菜、蕃茄、茄子、黃瓜、辣椒、毛豆、蠶豆和大蒜等。實地種植一方面使學生掌握最基本的栽培技術，同時也極大地激發學生學習生物學的興趣，提升校園生活的樂趣。

在此基礎上，再讓學生搜集植物生理學方面的最新研究成果、前沿進展，加深對植物細胞、水分與礦質營養和植物體物質代謝等的理解。

2.1.2 實用生物學課程 實用生物學課程主要是認識各種標本制作的常見工具和材料。

例如，學會制作校園內常見植物標本，識別常見化驗單、分析化驗數據，利用實驗室儀器判定血型，并對血液病的臨床類型和現代醫學對血液病的治療有初步了解。學習初級醫學知識、護理知識，對常見的一些突發狀況(如溺水、中暑和心臟病等)會急救護理。分析常見疾病病原體(禽流感病毒、幽門螺旋桿菌和狂犬病毒)，調研學校食堂、超市食品中的添加劑、增稠劑和塑化劑，解析香煙的危害，從而提升自我保護能力。對校園池塘水質、校園垃圾分類及附近社區垃圾分類、環保生活和五水共治狀況進行綜合調查，分享講述生態環保行為，塑造生態價值觀，培養生態文明素養。

2.2 Ⅱ類拓展課程 Ⅱ類拓展課程是為了滿足學生個性化發展需求，將學生興趣轉為學力，面向對生物學有濃厚興趣、對生命探究有極強好奇心的學生。通過Ⅱ類拓展課程，讓學生獲得“運用知識的藝術”，將知識遷移到實踐，精彩盡在“學以致用”之中。

2.2.1 側重自主實驗的拓展課程 通過別具匠心的系列實驗設計和探索，培養學生“科學思維”和“科學探究”的生物學核心素養。

例如，用化學提純法測定蔬菜中的維生素C、利用傳感器探究光強對光合作用的影響、自設簡易裝置測定小動物呼吸速率、制作坐骨神經——腓腸肌標本、學校池塘水滴中的微生物世界、舌尖上的童年——自制桂花酒釀和橘子罐頭等。對小實驗的尋找和不斷嘗試，盡可能開啟學生各種感官，以發現世界的不尋常之處。學生可以小組為單位自主創意并完成小實驗成為學校選修課程一大特色。

實踐STEM教育理念，引導學生運用數學和科學的知識和技巧分析并解決生物學中定性的、定量的和生命系統的問題。當學生動手操作后，就會明白那就是基本的科學知識。通過一次小小的物質測定、一個小小的細胞實驗和一滴自然水的觀察，均傳遞給了學生這樣的信息： 世界是奇妙無比的，自然是無限廣博的，還有許多未知的科學，需要自己去探索和發現。

2.2.2 基于項目學習的拓展課程 通過任務驅動，團隊合作，完成生物學項目，培養生物學創客思維。

基本的流程包括： 學生決策立項(如再生材料設計太陽灶、海水淡化系統、小區垃圾無害化處理系統、心中的生物圈二號、創建生物學網站、生物學數學建模和生物學中的化學問題等)→組建項目團隊→制訂自主學習和合作學習計劃→項目過程管理(記錄、修正和完善)→項目產出(提出可行性建設方案，可行性論證報告或成果數字化展示)→教師總結性評估。

項目學習迫使教師變革課堂的教學方式，倡導生態性學習，培養學生質疑精神、理性態度，從而敬畏生命，守望科學[4]。

2.3 Ⅲ類卓越課程 Ⅲ類卓越課程是滿足學生專業化發展的需求，成就學生在生物學領域中的卓越表現。面向致力于生命科學并愿意在生物學領域開拓和創新的學生，如參加生物學奧賽、創新大賽的優秀生。

例如，分子生物學、基因工程和細胞工程作為生物學的前沿與生長點，涉及了生物大分子的結構與功能、生命現象本質的研究，在生物學的發展中尤其重要。開設這些內容的課程，可為生物學研究性學習提供更多的研究項目與思路。涉及到的所有實驗技術含量高，生物學素養要求水平較高。

生物學卓越課程創新設計的目標是培養優秀生“走向生物學家之路”，為此學校還配備系列卓越課程供學生選擇： 如“探索細胞的奧秘”“破譯基因的密碼”“解析生命的穩態”“植物組織培養”“人體生物實驗”和“生物信息學”等。這些課程基本上側重于生物學微觀領域、科技領域，均是生物學發展前沿和熱點所在，其中動手實踐操作是該類課程的最大亮點。

以上三類課程的設置，都充分地考慮到STEM教育概念化的共同語境(即基于項目的教學)，在基于項目的教學環境下，充分地考慮到在現實生活中的運用，從而引領學生將生物學、化學、物理、技術和數學等學科進行有效整合。這類課程可以引導學生從不同角度探究真實世界，讓學生成為更加理性的人，能對人生、對未來作出更加睿智的判斷，也為未來的職業選擇和個人發展奠定基礎[4]。這三大類課程與生物學核心素養培養間的關系如圖1所示。

3 STEM教育理念下的生物學選修課程資源的開發

3.1 課程資源的收集 具體如下：

3.1.1 來自于校內資源 如校本選修課程、地方課程讀本、本校高學歷教師可選資源、網絡資源、校圖書館、其他優秀教材和中學叢書等。校本選修課程可與國家必修課程接軌。

3.1.2 來自于校外資源 如學校的優秀畢業生，學校的優秀學生家長，科技館、博物館和高等院校。浙江省普通高中選修課程建設的指導意見“構建各具特色的選修課程體系，推進高中多樣化辦學。”亦充分說明選修課程的開發還是有較大自由度的，只要保證在課程開設原則之內即可。

3.2 實施選修課程的條件 生物學選修課程主要是在生物學實驗室內完成，所以創建數字化、創新型生物學實驗室和STEM微探究中心是課程順利完成的必備條件。

3.2.1 學校數字實驗平臺 以數字實驗為主導的創新實驗平臺，主要由傳感器、數據采集器、計算機及配套軟件和相應的實驗儀器設備構成，集數據測量、采集和處理的智能化系統，這在很多學校已經成為標配，為生物學選修課程順利開設創造了條件。

3.2.2 其他創新探究平臺 如果條件允許，還可考慮建設STEM微探究中心，實現高中科學、技術和工程綜合實驗操作平臺。

學生可以聯系數科知識內容進行一系列自主探究實驗、探究活動及生物學選修課立項課題的研究活動。