核心素養引領下的高中生物STEM項目活動研究

羅媛媛

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在高中理科教育中，高中生物作為教學中的重點、難點，為了能夠有效提升學生的學科素養，必須采用新型科學的教學模式。STEM項目活動作為一種綜合型教學方法，能夠有效提升學生的綜合素養，實現高中生物教學的最終目標。基于此，首先分析核心素養和STEM項目活動的含義，進而以相關生物項目為例，提出核心素養下開展高中生物STEM項目活動的方法。

[關? ? 鍵? ?詞]? 高中生物;核心素養;STEM項目活動;方法

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）24-0276-02

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，可以有效提升學生的問題解決能力、團隊協作能力，激發學生的創新與創造能力，提升學生的核心素養。高中生物作為理科教學的重點和難點，為了有效提升學生的綜合素養，必須充分發揮STEM項目活動的優勢，讓學生以項目活動為基準進行學習、探究、合作，從而得到最終的項目結果，突出學生的主體性，推動學生全面發展。

一、STEM項目活動相關闡述

STEM項目活動是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科總稱，其中科學讓學習者認識客觀世界，解釋自然客觀規律;技術與工程是在全面尊重自然規律基礎上對世界進行改造、控制、利用、解決問題;數學是工程學科、技術領域中的重要工具。由此可見，人類社會中有很多的問題都無法采用單一學科解決，要科學利用多學科共同解決問題。

STEM項目活動重視開放教育動態課程，要求學生能夠充分利用現有知識解決實際問題，拓展學生的知識體系，讓知識體系變得更具生命力。同時STEM項目活動還強調各個學科的優化整合，通過學科融合解決問題。關注實驗探究與實踐過程，具有科學性特點;強調社會共同參與，突出社會性特點。

二、核心素養理念

核心素養是指學生應具備、能夠適應終身發展、社會發展必要的能力與品格，是一種潛在的能力素養。通過不斷研究學生的核心素養，是實現立德樹人的重要舉措，也是我國教育與國際教育接軌、提升我國教育競爭力的迫切需求。

生物核心素養作為學科素養的重要組成部分，是指學生參與經濟活動、社會活動、生產實踐、個人決策所具備的生物知識、生物探究能力以及相應情感態度與價值觀等。生物核心素養能夠反映學生對生物領域知識、技能的掌握情況和應用能力，并在已有的基礎上不斷提升科學素養能力。生物學素養作為生物核心素養形成的必備條件，提升每個高中學生生物素養是生物課程標準實施的重要任務。

三、核心素養下高中生物STEM項目活動開展策略

在STEM項目活動中，需要重點關注學生共同參與的生物實驗探究，筆者在多年教學中不斷總結，最終探索出發展學生生物核心素養的有效途徑。其主要表現在：

（一）掌控生命觀念，體現生命性

由于學生思維品質、知識儲備、個性特點、經驗累積層面的差異，所以在STEM項目活動需要展開動態開發，推動學生個性發展，學習場所不僅僅局限在班級、學校，而是整個自然生態，這樣更有助于學生理解生命過程與現象。

如在“種群和群落”章節學習完成之后，筆者指導學生進行“探究土壤中動物類群豐富度”的研究試驗。學生利用個人時間展開理論學習、實踐操作、校園內外動物生境調查、研究成果交流、研究展示、拓展延伸等活動，走出課堂面向大自然，整個校園、實驗室、校外場地都是學生可以進行研究的場所，運用學生所學知識，積極探索科研機構提出的理論指導和技術支撐，學習不同理化性質對土壤動物群落的影響、大型土壤指示動物生態毒理試驗、土壤動物監測等，主動探究生命活動的相關信息。在整個探究性活動當中，由于是開放的學習內容、動態的活動過程，從而實現課堂知識拓展與延伸。在活動探究當中，學生會自主用生命眼光看待客觀世界、解讀生命現象，從而不斷提升學生的生物認知力、問題解決能力，彰顯出STEM項目活動的生命性。

（二）提升理性思維，彰顯融合性

STEM項目活動鼓勵科學、技術、工程、數學的多樣化學科整合，在學生解決實際問題當中不斷培養學生的理性思維。

在學生學習并掌握了微生物知識內容后，結合DNA水平的研究方法開展“當地水環境微生物群落組成和多樣性研究活動”，采用科學的學習流程，通過“查詢相關資料—準備實驗材料—采集實驗樣本—展開實驗—細菌多樣性分析—檢測并分析水質情況—分析實驗結果”學習體系，靈活采用文獻法、樣品采集與分析法、實驗檢測法，利用互聯網技術對16SrDNA測序以及PCR克隆技術，結合所學的數學知識繪制出水體微生物的J型、S型曲線，建設數學模型，采用概括、歸納、推理、演繹的方法，自主構建水體分離細菌系統的模型樹，找出水體當中自己不認識的細菌，為后續研究新型微生物資源開發提供數據支持。由于當今城市周圍水體污染較為嚴重，學生在自主研究當中也會發現當地水體缺乏安全性，不適合與人體直接接觸，需要進一步加強水體管理，特別是城市周邊的生活污水、工業廢水、農業廢水等，必須從源頭上加強水環境的保護。通過整個實驗流程論證出水體安全的生物學社會議題，讓學生以理性思維看待當今環境的水環境。

在整個STEM項目活動流程中，學生會充分利用生物知識、數學知識、物理知識等，實現了多學科的整合應用，為提升學生的問題解決能力、思維能力奠定了基礎。

（三）展開科學探究，突出科學性

STEM項目活動是以學生作為活動主體，需要學生全身心地投入動手實驗當中，在整個實驗流程中，探究、掌握新知識，認識到生物科目的真諦與本質。在核心素養背景下，高中生物教學倡導科學探究，這與STEM項目活動理念相吻合，能夠有效提升學生的學科素養。

例如在“對比H2O2在不同條件下的分解”活動中，筆者決定采用“先思考、后實踐”的方法，在多媒體上播放一段本節課主題的視頻內容，學生在觀看實驗視頻過程中即可發現其中的科學性問題：（1）分別向試管中添加氯化鐵和肝臟研磨粉，可能不利于對比氣泡的產生量;（2）在兩個試管中分別插入帶火星的木條，無法實現帶火星木條同步插入，效果對比不同步;（3）帶火星木條容易觸碰到試管壁直接熄滅;（4）如果采用兩個帶火星木條無法滿足對照實驗中單一變量原則。學生發現這些問題后，可能會直接影響最終實驗結果的精度、可靠性。部分學生還提出在對比試管中氧氣濃度等實驗環節也存在這種情況。

筆者在課堂上引導學生考慮“是否能夠設計出同時對兩支試管化學反應產生氣體定性同步對比實驗裝置？”“怎樣保證實驗過程的科學性、合理性？”之后將學生分為若干小組，共同研究以上問題的方案。學生通過查詢資料、小組分析等方法，對實驗要求、對比實驗單一變量進行深度認識和了解，可以有效激發學生對生物知識的學習興趣，每個小組設計實驗改進方法。在活動完畢后筆者將學生小組眾多方案進行整合，有一個小組的方案最有創意，該方案通過多次修改，最終可以實現兩支試管化學反應所產生氣體濃度定性對比分析，同步進行實驗操作演示。本次開展的“對比H2O2在不同條件下分解”實驗活動，學生可以全面分析實驗現象與實驗結果，并從中找出問題，嘗試用生物、物理知識解決實際問題，提升學生間的探究能力、合作能力、創造能力。

（四）強化社會責任，體現社會性

STEM項目活動關注社會熱點、難點話題展開實驗研究，而對社會熱點話題，學生通過開展STEM項目活動也能夠感受到更深層次的含義，從而提升學生的社會責任，體現STEM項目活動開展的社會性。

如在“花生根莖水煮液對小鼠血糖的影響”項目活動當中，學生針對項目主題內容提出個人的看法和觀點，提出相關問題。教師引導學生查詢資料，對問題展開深度研究并憑借他人觀點，分析課題背景因素。在STEM項目活動當中結合之前所確定的主題，結合西藥在降血糖、降血壓方面存在的副作用，提出各項項目，如“玉米須降血糖”“翻白草泡水降血糖和血壓”“蔥須配紅酒降血壓”等。教師引導學生掌握每個課題的核心話題，包括：“如何減少藥物毒性和不良反應”“如何采用更加常見、便捷的方法降血糖、降血壓”等。很多學生針對“花生根莖水煮液對小鼠血糖的影響”項目進行資料查詢，提出閩南有農民采用新鮮的花生地下根莖服用治療糖尿病，但是網上搜索的信息不夠完善或不夠詳細，缺乏科學依據。閩南地區盛產花生，每年農民在花生收完之后，花生根莖直接歸田用作肥料。因此，可以通過本實驗證明花生根莖水可以起到降血糖的作用，這樣既可以開發出新型降血糖的措施，讓花生根莖變廢為寶，也能夠解決農民就地用藥問題，降低花生種植開支，一舉多得。通過該項活動可以讓學生認識到生物知識的作用，能夠有效服務于社會和個人，從而強化學生的社會責任。

綜上所述，科學展開STEM項目設計活動，加強科學、技術、工程、數學整合，讓學生從實際出發，通過個人實踐掌握知識的形成過程，創造性地提出客觀問題的解決方案，這樣才能有效提升學生的生物知識應用能力。在STEM項目活動開展當中，教師要以學生展開實驗探究為主，重點培養學生的創新思維、實踐能力、綜合能力，這樣才能夠滿足提升學生生物核心素養的要求。

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◎編輯 馬燕萍