STEAM理念在高中生物教學中的應(yīng)用探析

摘 要：傳統(tǒng)教學模式是高中生物學重難點突破的重要瓶頸，STEAM理念下的多學科、多維度的綜合性教學，為高中生物教學提供一條發(fā)展路徑。依據(jù)STEAM教育理念，從“將科學方法融入生物學習過程、將信息技術(shù)融入技能操作教學過程、將工程探究運用到生物實踐環(huán)節(jié)、注重生物技能教學的藝術(shù)性、運用數(shù)學知識和方法解決生物教學問題”五個方面進行探析，以期促進學生創(chuàng)新實踐和綜合解決問題能力提升。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理念;高中生物;生物教學;學科核心素養(yǎng)

STEAM教育于美國研發(fā)，是一種融合科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學（Mathematics）的多學科、綜合性教育，旨在提升學生實際問題解決和新問題探究的能力，受到國際教育界普遍認可。將STEAM教育理念運用到高中生物教學，對學生理解生命本質(zhì)、建立科學生命觀及形成正確世界觀具有重要價值。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》將學生學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)作為課程發(fā)展宗旨，強調(diào)教師在教學過程中“加強學科間橫向聯(lián)系”，培養(yǎng)學生跨學科和綜合能力。高中生物課堂教學融入STEAM教育理念，運用多學科、多維度的知識和方法，進行系統(tǒng)性研究和動手實踐，能夠加深學生對高中生物知識理解、問題解決，甚至產(chǎn)品研發(fā)等。因此，將STEAM融入高中生物教學，既滿足高中生物新課程標準實施要求，也是提升學生創(chuàng)新實踐和綜合解決問題能力，發(fā)展學生生物學科核心素養(yǎng)的重要路徑。

一、將科學方法融入生物學習過程

科學研究指運用一定方法和手段，探索生物學諸多問題及真理，從而獲得新知識的整個過程。高中生物課堂教學是初中生物教材以及生物學科本質(zhì)的進一步延伸，對于學生學習理解和動手實踐能力提出更高要求，常用的科學研究方法有定性和定量分析方法、調(diào)查法、模型法、觀察法、實驗法等。基礎(chǔ)理論是高中生物學科的重要模塊，通過基礎(chǔ)理論學習能夠加強學生對重要的生物學概念的理解和應(yīng)用，促進學生對生物學核心素養(yǎng)“生命觀念”的理解。高中生物教材必修課程作為現(xiàn)代生物學的核心內(nèi)容，主要包含“遺傳與進化”、“分子和細胞”兩個模塊，是學生必須掌握的基礎(chǔ)內(nèi)容，以及選擇性必修和選修課程學習的基礎(chǔ)。在必修課程課堂教學過程中，教師運用科學方法，通過專門性介紹、概念講解過程、科學方法案例介紹、學生做科學研究過程等渠道，一方面，培養(yǎng)學生對于生物學科的學習興趣，促進學生主動學習;另一方面，能夠促進學生思維、科學探索能力的培養(yǎng)與提升。另外，教師將科學方法運用到高中生物新課標教材教學過程，應(yīng)該熟悉整套教材可以使用的科學方法，將科學方法有步驟、有計劃的運用到教學內(nèi)容，并根據(jù)不同模塊內(nèi)容特點和學生認知規(guī)律進行整體化的教學設(shè)計。在此過程中，教師還應(yīng)結(jié)合生物科學史上的重要事跡，以及生物最新熱點問題來加深學生對于知識點的理解，促進學生科學探究能力的提升。通過科學方法建構(gòu)，并將之融入生物學課程體系，使之成為學生課程學習的重要“推進劑”，為學生課程學習奠定良好基礎(chǔ)。

二、將信息技術(shù)融入技能操作教學過程

信息技術(shù)的顛覆式發(fā)展逐步滲入教育領(lǐng)域，成為教育創(chuàng)新發(fā)展的內(nèi)源性動力。高中生物新課改強調(diào)科學與技術(shù)相結(jié)合，將多媒體技術(shù)和各種先進設(shè)施設(shè)備運用到現(xiàn)代生物教育領(lǐng)域，能夠提升學生收集和處理信息的能力，提高對生物學抽象知識的理解。實驗是高中生物課程的重要組成部分，技術(shù)要求對于科學實驗而言格外重要，學生具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)，包括實驗技能和實驗方法，例如生物技術(shù)工作和儀器熟知，如超凈工作臺、血液透析儀等;生物技術(shù)的手段運用，包括植物組織培養(yǎng)技術(shù)、PCR技術(shù)等，也包括諸多信息技術(shù)運用，如SPSS、基礎(chǔ)辦公軟件使用、nvivo等數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用等。信息技術(shù)運用為科學實驗提供重要保障。將繁瑣的實驗步驟，按照規(guī)范的實驗步驟進行操作，并安排專門實驗人員進行針對性的指導(dǎo)極為重要。高中生物的一些實驗由于儀器昂貴等條件無法滿足，在很多地區(qū)開展普及性較低，特別是在貧困地區(qū)，學生只能通過教材進行理解，無法進行實際操作，對于實驗原理、實驗過程諸多現(xiàn)象理解不深刻。根據(jù)STEAM教育的技術(shù)性，教師可以創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學生改進實驗裝置，或者自制實驗裝置，亦或是開展項目研究、實驗創(chuàng)新等諸多方案。以“葉綠素的提取和分離”為例，實驗中的濾液細線需要使用毛細血管，但毛細血管易破而使濾紙被劃破，降低了實驗的成功率。經(jīng)過實驗研究發(fā)現(xiàn)，用毛筆代替毛細血管，具有較好的效果，并且降低了實驗成本。信息技術(shù)運用對于提高高中生物課堂教學效率具有重要作用。另外，高中生物課堂教學過程中，教師采用以STEAM為代表的技術(shù)教育，運用視頻、圖片等豐富多彩的模擬實驗教學資源，例如，通過“希沃白板”運用，將生物學科原本復(fù)雜的實驗現(xiàn)象和理論知識進行更加形象的呈現(xiàn)，對于教學重點和難點知識的理解與突破，掌握知識內(nèi)容具有重要作用。一方面，提高學生課堂學習效率，另一方面，培養(yǎng)學生學習興趣，促進主動學習，以此促進教育教學質(zhì)量提升。

三、將工程探究運用到生物實踐環(huán)節(jié)

工程素養(yǎng)指工程相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員在實踐活動過程中應(yīng)該具備的綜合能力，對學生實踐操作和“科學探究”能力提升大有裨益。基于STEAM教育的高中生物課堂教學工程性，即在生產(chǎn)生活實踐中，能夠運用生物學科知識進行闡釋，滿足生物學課程標準對教師和學生的要求。例如，利用醋酸菌、乳酸菌發(fā)酵進行果醋和果酒釀制，教師可布置學生采用各種方法咨詢果醋、果酒釀制辦法，在課堂上圍繞實驗原理進行討論，加深認識，最后，分配小組課后合作釀制一瓶果醋或果酒;利用乳酸菌發(fā)酵進行泡菜或酸奶制作，教師布置小組居家作業(yè)，將超市買的發(fā)酵粉倒入牛奶，放進烤箱進行發(fā)酵，設(shè)置一定溫度和時間等。另外，在諸多模塊中同樣體現(xiàn)，并可以融入工程概念。以“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”實驗為例，首先，教師“主干問題”設(shè)計：植物生長發(fā)育過程中為什么莖朝地上，而根總是朝著地下生長？緊接著，設(shè)計諸多“分支問題”，將知識點與生活相聯(lián)系，引導(dǎo)學生對于問題的思考，加深學生對于知識的理解，包括：第一，為什么要切掉馬路兩邊植樹頂端的枝條？第二，怎么樣在單子葉植物上去除雙子葉植物上的雜草？如何對月季花或者玫瑰進行插條生根？等。第三，教師對諸多問題進行總結(jié)，引導(dǎo)學生善于觀察日常生活中諸多生物現(xiàn)象，并用生物學科知識及原理進行解釋。因此，對學生工程探究意識的培養(yǎng)，不僅是改變學生被動的學習意識，促進學生主動思考，更是促進師生關(guān)系健康和諧發(fā)展，促進教與學的良性循環(huán)。

四、注重生物技能教學的藝術(shù)性

自然界藝術(shù)氣息濃烈，而生物學飽含著人文氣息。STEAM教育是在STEM教育的基礎(chǔ)上，增加了Art藝術(shù)領(lǐng)域，藝術(shù)對于生物學科教學具有什么樣的價值？諸多研究人員對于將導(dǎo)入藝術(shù)、講解藝術(shù)、總結(jié)藝術(shù)等課堂教學中的藝術(shù)手法融入藝術(shù)的概念。將藝術(shù)納入高中生物課堂教學，對于培養(yǎng)學生對生物學科的學習興趣，感受學科魅力，以及樹立審美觀和生命觀，發(fā)展學科核心素養(yǎng)中的“社會責任”等具有積極作用。生物學科諸多知識可以通過詩詞、辯論、歌曲、情景扮演和舞蹈等藝術(shù)形式進行演繹，幫助學生將學科知識的過程在真實情景中展現(xiàn)，形成熱愛生命、關(guān)愛生命的意識，深化對學科關(guān)于“科學會受到社會和文化的影響”的理解。通過藝術(shù)結(jié)合運用，使學生更好的融入課堂教學，提高教育教學效率。藝術(shù)的課堂運用包含諸多方面，教師的言行舉止、學生的動手操作都是STEAM藝術(shù)性的體現(xiàn)。教師用心準備的模具或者教學PPT，藝術(shù)特征能夠提高學生學習的積極性，反之適得其反。PBL（ProblemBasedLearning）是一種基于STEAM教育的以問題為基礎(chǔ)的教學模式，備受推崇。以發(fā)酵工程中“微生物的培養(yǎng)和應(yīng)用”課堂教學為例，教師在首先設(shè)計一系列銜接性比較強的導(dǎo)入問題：培養(yǎng)基是什么？以物理形態(tài)進行劃分，可以分為哪一些培養(yǎng)基？需要加入哪幾種物質(zhì)才能將液體培養(yǎng)基制成固體培養(yǎng)基？培養(yǎng)基中一般包含哪四類營養(yǎng)物質(zhì)？等一系列的問題設(shè)計，另外，教師在引導(dǎo)學生進行探究的過程中，一定要結(jié)合教科書知識，設(shè)置小組合作討論形式，并進行生物實驗驗證，幫助學生建立自主、合作、探究的學習方式，在這個學習過程中，促進學生生物學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

五、運用數(shù)學知識和方法解決生物教學問題

數(shù)學思維是解決問題的一種重要能力，用數(shù)學學科知識和方法是問題解決的一種重要方式。數(shù)學學科知識和方法具有很強的邏輯性和抽象性，對大數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和運算的整個過程，有力與學生數(shù)學思維和感知的培養(yǎng)。將生物學的諸多問題用數(shù)學學科知識及模型建構(gòu)進行突破，是新課改理念下學生需要掌握的一項能力。在生物學諸多實踐問題解決過程中常見數(shù)學知識：光合作用和呼吸作用所需能量、DNA分子堿基數(shù)目、形成卵細胞和精子的種類、種群密度、第N代細菌數(shù)量、各環(huán)節(jié)能量利用和散失比等各種運算。高中生物學科關(guān)于遺傳學問題的重點和難點，數(shù)學思維及方法常被運用，如基因自由組合定律問題需要用數(shù)學組合原理進行解決，基因型頻率問題需要依據(jù)數(shù)學的完全平方公式原理進行解決等。另外，生物教學過程中經(jīng)常需要使用數(shù)學模型，將數(shù)學模型運用到生物教學的常見案例有：環(huán)境因素對光合作用強度的影響、酶活性影響條件、“S”型和“J”型種群增長曲線;另外，高中生物學科諸多知識和問題需要進行大量數(shù)據(jù)處理及數(shù)量動態(tài)呈現(xiàn)，數(shù)學學科方法的運用能加深學生對生物學科諸多生命現(xiàn)象的邏輯問題的理解。諸多遺傳學復(fù)雜問題、生態(tài)難題、綠化建設(shè)和莊稼種植等生活生產(chǎn)問題都可以通過數(shù)學模型和邏輯計劃加以處理或簡化。將數(shù)學學科知識與方法納入生物學科，使得諸多生物學科量化問題得以突破，學生生態(tài)意識塑造和“科學思維”培養(yǎng)得以發(fā)展。

在新課改教育教學背景下，高中生物學科跨學科融合已成為發(fā)展趨勢。STEAM教育理念是一種契合生物教學發(fā)展的新指向，將五個學領(lǐng)域進行交叉融合，引導(dǎo)教師在高中生物課堂教學過程中運用多學科、多維度的教育方法，引導(dǎo)學生構(gòu)建多學科融合的學習方式，運用跨學科思維和方法解決生物學科實際問題。在這個過程中，學生發(fā)散思維得以開發(fā)，不僅加深對于新知識的理解，并使所學知識得以遷移和發(fā)展，促進學生綜合能力提升。

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作者簡介：陳麗麗（1987-），女，福建莆田人，漢族，廈門市集美區(qū)樂安中學一級教師，碩士，研究方向：高中生物教學。