基于STEM教育理念的高中生物學課程設計和實踐研究

何菊梅 何小彪

摘 要：根據高中生物教學資源，運用項目教學管理思路，在科學、技術與工程教學中為學生提供教學實踐的機會。通過對學校教學環境分析，結合當前學生的實際學習需要，探索在當前高中生物教學中的課程適宜資源，開啟課上課下相銜接的方式，對學生的學習成果進行綜合性評價。文章基于當前多元的教學理念要求，分析在當前教學活動中如何有效地運用STEM教育，以便更好地培養出符合時代發展需求的新型人才。

關鍵詞：STEM教育;高中生物;課程設計

一、 引言

在當前高中生物教學中實施STEM教育能夠促使學生將所學習到的知識內容與技術工程相結合，實現學以致用，從而有效地激發學生的學習興趣。在當前教育中將STEM教育與高中生物教學進行融合，通過一系列的工序流程將實驗結果應用于生活，從而使學生在體驗項目策劃與實施過程中感受到設計產品帶來的快樂，將最新的科學技術與生產實踐相結合，對學生的學習成長有著一定的作用。

STEM是科學（science）、技術（technilogy）、工程（engineering）、數學（mathematics）的合稱，STEM教育可以將理論、圖畫和教學基礎有效融合起來，創新課堂教學方式，在當前我國的高中素質教育中尚處于發展階段。基于其自身教學發展的特性，結合我國未來教育發展方向，其在教育過程中的重要價值不言而喻，在高中生物教學中越早實施就能夠越早地提升學生的科學信息素養，使其在未來科學發展中有著一定的作用。在當前的教育過程中如何有效地在高中生物教學中開展STEM教育？由于正處于發展階段，缺少相應的參考，其整個實驗的過程必須在實踐探索中確定講課步驟、教學內容，并結合學生學習實際設計教學模式及方式，作為該項目中必不可少的環節。當教師在組織教學中，還會出現其他意想不到的問題，教師可以讓學生利用自己的能力解決這些問題，促使學生在解決問題中訓練科學思維，提高學生的綜合性科學素養。因其在探索階段時間較短且缺乏重復性，STEM教育在教學中還將處于持續性深入研究階段。文章僅對當前呈現的初步實踐過程進行闡述。

二、 確定研究對象

在高中的生物學教材中，其中絕大多數教學知識點較難，尤其在講解細胞生理變化、適應遺傳等知識點中，這些教學知識點在必修和選修課程中都有涉及。雖然這些生物知識點較難，但是學生在探索學習中可以將其與現實生活結合起來進行理解，在實踐中明確適合自己的學習目標。

例如學生在對高中5本生物學教學進行翻閱時，可以將其中重難點知識點挑選出來，建設完善的思維導圖，并結合自身在生活中碰到的具體案例進行深入分析，了解細胞與食品生產之間的關系。

在實踐中，學生還可以結合日常的生活習慣，考慮到家庭生活中有著制作酸菜的實踐經歷，學生可以在梳理生物知識點中，學習酸菜的制作方法。為了制作出味道正宗并且對人們身體無危害的酸菜，學生可以在確定研究課題中以“哪種制作酸菜方式最為健康”為對象，在學校實驗室進行探索實踐。可以通過在市場上進行蔬菜的選購，在實驗道具上面更容易獲得，針對腌制實踐并不會特別長，課堂性的研究實踐花費時間較少，學生在制定好酸菜研究對象后，可以將酸菜制作步驟作為自變量，并根據酸菜中亞硝酸鹽含量確定因變量，利用分光光度計進行測量，提高生物實驗的合理性。通過查閱相關資料可以發現，通常情況下，酸菜中的亞硝酸鹽含量非常低，并不會對學生造成影響，在實驗中針對各種實驗試劑經過實驗室設備技術的有效控制，使其具有安全性，且該課題在內容上受到完結環境影響較小，這樣研究課題便宣告成功。

三、 梳理課題內容

（一）確定研究目的

通過上一個環節確定研究課題之后，針對此項教學實驗其主要闡明的目的是什么，運用實驗能夠總結研究結果，完成實驗研究任務，并結合實驗研究課題中存在的問題，尋找解決辦法。

例如在上述的實驗研究中，研究的課題主要是分析哪種腌制方式中的酸菜亞硝酸鹽含量比較少，從而挑選出適合腌制酸菜的方式，從而達到課題研究目的。

（二）確定實驗步驟

在確定實驗步驟中，必須結合實驗研究目的，選擇合理的實驗材料，結合相關生物知識點進行實驗研究，并確定好實驗過程中的自變量和因變量。在選擇實驗材料時，需要時刻秉承平行重復原則，結合單因子變量規律，確保測量實驗數據的可行性與準確性。在實驗中通過選取等量的蔬菜，且在實驗中泡菜的外在影響因素和制作步驟保持平衡。在測量每種酸菜亞硝酸鹽含量時，需要對同種制作酸菜方式進行至少三次測量，并將每次測量結果記錄下來，取平均值，具體測量步驟可以結合課本中提供的方式進行參考。通過實驗獲取到一定的數據，在對數據的處理中要具備一定的方法，引導學生使用哪種軟件使得數據在呈現中更加直觀。這時運用數學知識能夠為學生的實驗提供較大的幫助。在處理數據時可以運用各種推理方法，從而使得學生對相關教學知識點進行全面掌握。同樣在實驗中不可避免地會出現各種誤差，為使實驗數據更加接近真實，在一般情況下，實驗數據處理中經常會用到曲線圖方法。

（三）制定產品包裝設計及銷售工作

當教師在高中生物教學中使用STEM時，應將學生作為教學主體，讓學生通過自己的學習方式研究實驗課題，這樣學生在動手操作的同時，可以根據自身的實驗結果分析生產效果，激發學生自主投入實踐探索的積極性。同時，通過讓學生參與到后期產品的包裝及銷售，能夠培養鍛煉學生的市場營銷能力。

四、 安排教學時間

基于現實情況下，學生日常休息時間比較短，需要教師在組織教學中規劃好學生的實驗時間，合理安排學生實驗，可以在教學中為學生設置相關的選修課程，讓學生在選修課上進行實驗操作。與此同時，運用平時的研究學習時間，將研究課程與STEM教學相結合，在對課題的研究中進行相關實驗的研究。為保障實驗教學的有效性，可以將此兩者的有效時間進行融合，給學生留出更加充分的實驗研究時間。

五、 實驗教學過程及方法

（一）課題研究前準備

當教師在進行實驗教學時，需要謹慎選擇課題研究方向，分析其在實驗過程中可能會用到的實驗器材，并與學校積極溝通，完善實驗器材，如果學校現有的實驗室器材無法滿足學生實驗要求，教師可以將全體學生劃分成多個小組，要求學生以合作學習的方式進行實驗，確保學生能夠在操作中培養自身的動手能力，加強學生對相關知識點的了解。在實驗開始階段為學生創建出良好的環境。針對實驗材料短缺，可以由實驗組織者進行購買，或是學生自行購買。

（二）課題研究的實施

當教師在高中生物課程中開始課題實驗研究時，首先應向學生系統展示相關實驗儀器的使用方式，告訴學生在實驗中應注意哪些問題，確保學生人身安全，促使學生在開展自主實驗中，能夠按照教師講解的使用步驟進行操作，教師在此過程中應幫助學生解決在實驗中可能會出現的問題。通過在實驗前期明確了解實驗目標和針對數據的處理方法，學生在實驗中可以利用已有知識儲備進行實驗探索。然而在現實操作中，學生或多或少會遇到難以處理的問題，比如在實驗材料處理中、實驗設備操作中都會出現無法克服的問題，從而影響實驗結果的準確性。因此，學生在實驗遇到問題時，應及時向教師及同學進行請教，共同探究，也可以查找相關資料，探尋問題的解決措施，從而有效鍛煉學生自主學習的能力。

（三）撰寫課題研究論文

完成實驗研究之后將所得到的實驗結果，利用論文的方式進行講述，論文內容必須包含引言、材料、方法、分析和結論等。教師可以輔助學生試著進行論文寫作練習，告訴學生如何利用實驗數據闡明生物反應現象。當學生將論文撰寫好之后，教師應收集學生所寫的論文，做好詳細查閱的準備工作，將學生在論文中存在的問題挑選出來，及時與學生進行互動交流，與學生通過共同探索的方式，幫助學生修改論文內容，這樣能夠為以后的論文撰寫做好準備。

（四）限制STEM教育在高中生物教學中應用的因素

當然在實施研究計劃的過程當中，發現目前STEM教育的實施還是存在很多限制性因素。

首先，STEM教育對學生的自主學習和獨立思考要求很高，對于學生來講，自主進行探究，獨立思考的能力有待提高。

其次，就是受應試教育的影響，學生還是更偏向于識記知識點這種速成的學習方法，而不愿意花費較長時間去觀察探究問題。

最后，就是某些微觀方面的生物學知識，由于設備落后等原因無法真正地讓學生有直觀的認識。

當然某些微觀方面的內容的學習是可以克服設備條件的，例如在學習細胞器這一節內容之前，我們讓學生通過預習，根據自己的興趣自愿嘗試去制作細胞器模型，結果發現做了模型的學生與沒做模型的學生相比，對于細胞器這一塊兒的內容掌握起來更容易。

（五）課題研究產品的生成與銷售

當學生通過實驗研究得出某個結論時，應要求學生將實驗步驟、實驗反應全面記錄下來，在之后可以通過生產步驟進行批量加工。但是在進行生產之前，應系統考慮相關實驗能夠批量生產，并且深入研究在簡化生產步驟的前提下降低成本，力求最大限度提高產品生產價值。另外，還應進行必要的研究與實驗，最終在產品的包裝及銷售過程中，教師可以組織學生自主查閱相關書籍，解決產品批量化生產中存在的問題，并在設計產品包裝實驗中有效開啟學生的想象力，模仿學習一些流行性的產品設計出自己的品牌。在銷售策略中必須結合當前的市場經濟規律，通過對市場環境的了解，保障在銷售中有一定的競爭地位，制定出合理的銷售方法，讓學生在銷售中學會基本的理財知識，從而珍惜勞動成果。

六、 結語

總體來講，學生在實踐中收獲的不僅僅是科學知識，更多體會到了“團隊的協作、分享和交流、怎樣將已學的知識應用到實際生活中”等。這些收獲對于學生解決問題的能力、自主學習能力的培養都有很大幫助。生物教學結合STEM教育對學生的學習素養及學習能力有著明顯的幫助。在實驗中要注重引導學生的學習興趣，如何在教學中發揮出實驗教學的教學價值，教師的教學引導方法顯得尤為重要。與此同時，教學過程中出現的問題也引發了筆者進一步的思考。如，如何處理學生活躍而發散的思維對教師來說就是個很大的考驗，教師既要整合學生遇到的眾多問題，并且要在問題中想出可以進一步激發學生思考的方法，也不能因干預過多而限制了學生創造性思維，這就對教者的教學策略提出了更高的要求。

參考文獻：

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作者簡介：

何菊梅，何小彪，甘肅省定西市，甘肅省岷縣第一中學。