“STEM”視野下的生物實踐活動研究

部先艷

摘要為了適應時代的發展，滿足學生綜合各學科知識解決問題的課程需求，我校開展了STEM課程的項目研究。以此為契機，在繼承我國生物科學教育優勢的基礎上，結合生物課程標準強調的要更加注重學生的發展和社會的需求，更關注學生已有的生活經驗，更強調學生的主動學習，幫助學生在探究能力、學習能力和解決問題能力方面得到更好的發展。我們開展了“STEM”視野下的生物實踐活動研究，以更好的完善校本課程體系。

關鍵詞 “STEM”視野 生物實踐活動

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.28.051

ResearchonBiologicalPracticeActivitiesfromthePerspectiveof"STEM"

BU Xianyan

（Jinan Yuxiu Middle School， Jinan， Shandong 250003）

AbstractIn order to adapt to the development of the times and meet the curriculum needs of students to integrate the knowledge of various disciplines to solve problems，our university has carried out the project research of stem curriculum.Taking this opportunity，on the basis of inheriting the advantages of China’s bioscience education， combined with the biology curriculum standard，it emphasizes that we should pay more attention to students’ development and social needs， pay more attention to students’ existing life experience， and emphasize students’ active learning， so as to help students get better development in their inquiry ability， learning ability and problem-solving ability. We have carried out the research on biological practice activities from the perspective of "STEM" in order to better improve the school-based curriculum system.

Keywordsthe perspective of "STEM"； biological practice

1研究背景

“STEM”，即科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）的首字母。STEM教育是一種教育理念，注重學科知識與現實世界的聯系，在學科之間相互支撐、相互補充、共同發展，在相互碰撞中培養各方面技能和認知，強調孩子的主動探索精神。近些年來，國內出現了一些研究STEM的平臺，如“STEM云中心”，為我們國家的教育創新愛好者提供了一個優秀的論壇。目前對STEM的研究是依托于發達國家，主要是美國的STEM教育理念，進行的解讀和分析，同時提出整合意見和積極探索的建議。[1]

2研究依據

生物科學從20世紀中葉以來發展極為迅速，取得了重大突破。生物科學研究成果更加迅速的轉化為社會生產力，顯示出巨大的社會效益和經濟效益。生物科學和生物技術在解決人口問題、資源危機、生態環境惡化和生物多樣性面臨威脅等諸多問題方面發揮的作用越來越大。隨著與物理學、化學、數學以及其他各學科之間不斷交叉、滲透和融合，生物科學已經日益呈現出主導學科的地位。

2017年秋季開始實行的《義務教育小學科學課程標準》中，新增了技術（T）和工程（E）的內容，STEM雛形的框架開始出現。科學的能力具體為科學探究的能力，突出強調了探究式學習方法。讓學生增加動手的機會，體會過程中的成功和樂趣，養成主動解決問題的好習慣，同時還要關注技術的發展，以及科技對個人，對社會發展的影響。[2]這是中國版的STEM。STEM素養是融合了科學、技術、工程和數學多個學科素養而成，他們相互促進相互補充從而達到最優的成效。結合中國的國情，我們要清醒認識學生素養的現狀，把對學生素養的要求滲透入科學、技術、工程和數學四大領域的學科素養培養上，深入探究中國式的STEM教學模式。

新版《生物學課程標準》在繼承我國生物科學教育優勢的基礎上，力求更注重學生的發展和社會的需求，更多反應生物科學和生物技術的最新進展，更關注學生已有的生活經驗，更強調學生的主動學習，能夠在探究能力、學習能力和解決問題能力方面有更好的發展；能夠在責任感、科學精神、創新意識和環境意識等方面得到提高。

3研究目的

我國STEM教育起步晚，無論是理論研究還是實踐經驗都在摸索階段，研究STEM的教師還比較少，對STEM教育理念的理解還不算全面和透徹，從而使得項目式研究開展很緩慢。所以我們要深入研究STEM，根據STEM的教育特點，培養學生的綜合素養，并以此為依據，將STEM教育融合到初中生物教學中，從而為初中生物STEM課程提供優秀的案例。對STEM教育課程的研究，可以為教育工作者開發、設計STEM課程提供指導，從而進一步提高學生素養，激發學生對理工學科的興趣，提高學生綜合思考問題的能力，培養出更多創新型高科技人才。

4授課模式

STEM教育有別于傳統教學模式，STEM教育的宗旨是培養學生真實問題解決能力和設計與創造能力。在教育教學活動中，教師和學生都是活動的參與者，是一種平等的關系，學生和教師都要深入參與到活動的設計、實施、交流討論、評價和活動改進中去。由于知識層面的差別，教師在教學活動中以引導為主，適時總結歸納，學生為學習實踐的主體。

4.1教師的任務

情境：教師創造與生活聯系密切的真實問題情境。與生活聯系密切的真實情境具備復雜性和不確定性，學生在這種復雜性和不確定的問題情境中才能鍛煉結合多學科知識進行綜合運用的能力。

關鍵問題：教師要根據實際情況，分析解決問題的關鍵，以問題為導火索，設計與學生生活聯系密切的教學情境，一是充分激發學生的學習知識、探索問題的興趣；二是為學生提供探究的方向，并給予合適的引導。

設計方案：制定適合我校學生實際情況的教學計劃，設計方案時，要充分考慮到方案的具體性、詳細性、可修改性、可行性。

4.2學生的任務

實施、改進方案：學生掌握知識不是一蹴而就的事情，它需要經歷一個提出問題、作出假設、制定計劃、實施計劃、得出結論和表達交流的過程。實驗方案也是需要多次修改才能達到最佳效果。

產品交流展示：學生通過以上的學習和實踐過程，會形成一個最終的成果。這個成果或產品可以是一個具有可操作性、并能推廣的活動方案，也可以是一個根據活動方案制作形成的產品。通過產品或方案的展示和交流，學生能夠綜合他人的意見和建議，不斷反思，對產品或方案進行不斷改進，直到達到最滿意的效果。

在整個教學過程中教師和學生并不是孤立的，他們不僅有互動、還會有任務的交叉。比如學生可以參與到關鍵問題的解決、方案的設計和修改。學生在不斷地參與中，發現問題、解決問題、學習能力、探究能力及團隊合作能力方面有更好的發展。學生在實施、改進方案或制作產品時，老師可以給予方向性的引導，使其方案、產品趨于合理和完善。[4]

5研究成效

將STEM課程模式應用到生物實踐活動，不但引發了學生探究的興趣，建立了學生學習知識和生活實踐的聯結，真正提升了學生生物學科的科學素養。同時，運用STEM課程設計思維，結合我校舉辦的生物模型大賽、科技節、拓展課等活動，拓寬了我校生物教學的維度，有力地推動了新課程改革。

5.1改變了學生的思維方式

隨著STEM課程模式在我校的推行和實踐應用，學生自主發現問題、提出問題的意識增強，使得課堂更加活躍。同時，學校提供的各種有利資源，使得學生的學習行為開始由接受型慢慢轉變為學生發現問題、提出問題，主動動腦、動手解決問題的學習過程，使得學習的效率提升，成果豐富。不但生成了以生活情境為背景，以提出問題——解決問題——表達交流為課程環節的課程模式。并且，在教、學、研的氛圍下，學生研究的《尋找觀察植物氣孔的最佳實驗材料和探究影響氣孔開閉的因素》在生物學科實驗創新大賽中獲得一等獎。

在這個實驗中學生的部分思考過程如下：

這組實驗源起于七年級上冊第二單元《綠色植物的蒸騰作用》中的一個分組實驗《觀察葉片的結構》。材料用具：新鮮的植物葉片，老師給我們提供了新鮮的菠菜葉和韭菜葉作為實驗材料。撕取表皮，制作臨時裝片，觀察表皮細胞，發現氣孔大多處于關閉狀態，經過多次實驗，氣孔依舊處于關閉狀態，我們討論的最終結果是，蔬菜不夠新鮮，保衛細胞處于失水狀態。所以我們去菜店挑選最新鮮的芹菜和小油菜重復試驗，請看我們顯微鏡下觀察到的保衛細胞，芹菜葉表皮的氣孔非常清晰漂亮。同樣的實驗，下午拓展課時再做，發現芹菜葉表皮氣孔又大多處于了關閉狀態，這樣就影響后面的探究實驗“影響氣孔開閉的因素”。我們就繼續尋找合適的植物，最后鎖定了老師辦公室里種植的盆栽天竺葵，為了保證實驗材料新鮮，我們現場摘下葉片，撕取表皮，制作臨時裝片，顯微鏡觀察，效果很好，就選它了。

選材選好了，接下來我們就開始設計試驗。在課本相關鏈接中提到保衛細胞的細胞壁厚度不均，靠近氣孔腔的一側壁厚，不易伸展，遠離氣孔腔的一側壁薄，容易伸展，保衛細胞吸水膨脹時，氣孔就張開，反之，氣孔就關閉。我們就想，在前面觀察洋蔥細胞時，老師講過可以通過質壁分離來觀察細胞膜，同樣的原理，我們也可以通過滴加葡萄糖溶液，來達到讓保衛細胞失水收縮，氣孔關閉呢？我們就進行了第一個實驗——觀察氣孔關閉過程。

材料設備：盆栽天竺葵，濃度為0.3g/ml的蔗糖溶液，數碼顯微鏡等。

同學們認真地做了實驗，我們通過數碼顯微鏡錄像氣孔關閉的過程。

在實驗過程中我們發現了一個問題，在上午大課間做實驗時，我們觀察到的氣孔大多數處于開發狀態；但是到了下午拓展課實驗時間，再來觀察同一株天竺葵上的葉表皮氣孔，發現這時的氣孔都接近關閉狀態，與上午的差別非常明顯。[5]那么是什么原因會讓相同環境，不同時間下的天竺葵氣孔開放程度不同呢？同學們經過討論，一致認為光照是一個影響氣孔開閉的重要原因。我們查閱課本，發現課本上這樣說道：“蒸騰作用的強弱還受光照強度，環境溫度，空氣濕度，空氣流動狀態等環境因素的影響。”我們決定對光照強度和環境溫度因素進行探究實驗。

5.2增加了教師的研究動力

通過嘗試STEM模式的生物教學研究，拓寬了教師的教學維度，增加了課堂教學的深度，提升了教師整合教學資源的能力。教師不但嘗試整合了本學科的教學體系，生成獨立的項目體系，而且綜合各個學科的相關知識進行了生物相關項目的研究和知識拓展，提升了教師的教學研究水平。兩年來，生物組成員4人次撰寫的論文在校刊發表，有5人次獲得創新實驗大賽一等獎，2人次獲得德育優質課評比一等獎，2人次獲得教學素質比賽一等獎。

5.3生成了有序的STEM項目校本活動

通過實踐，目前生成了以校本活動為依托的三類STEM項目的生物課題的學生活動：生物模型制作大賽（目前已舉辦二屆，每年一屆）、拓展課、科技節（已舉辦三屆，每年一屆）。學生參與的積極性非常高，不但拓寬了學生的視野，同時也幫助學生形成了多學科解決問題的思維模式。

5.4完成了校本STEM項目課程的專題教材撰寫

以葡萄酒的釀制為例，在生物組所有成員共同參與下，以葡萄酒的起源、發酵的原理、葡萄酒釀制過程中的各種影響因素為內容，匯編成項目式學習的教材《葡萄酒的釀制》。本課程叢書圍繞著葡萄酒的釀制這一主題，實現了各學科資源的整合，幫助學生解決了葡萄酒的起源問題，通過學習發酵原理學生嘗試釀制了葡萄酒，并且通過實驗研究了葡萄酒風味的影響因素和不同品種葡萄對葡萄酒風味的影響。課程以STEM項目設計為理念指導，使學生對葡萄酒的釀制有了充分而成體系的認識，實現了學生從知識、能力到情感態度價值觀的三維培養目標。

6研究成果的分析和討論

關于“STEM”視野下的生物實踐活動研究只有短短的兩年，我校STEM課程的實踐模式已基本確立，受益良多，STEM課程的應用實施不但改變了學生的思維方式，也增加了教師的研究動力并生成了有序的學生STEM項目校本活動。希望以此為契機，STEM課程實踐模式下的生物實踐活動越來越豐富。

在課程開發層面，通過不斷的實踐和研究，最終生成了以生活情境為背景，以提出問題——解決問題——表達交流為課程環節的課程模式。同時，將這一課程模式以葡萄酒的釀制為例，以葡萄酒的起源到發酵的原理，再到葡萄酒釀制過程中的各種影響因素為內容，整合為項目式學習的系列校本課程叢書——葡萄酒的釀制。課程開發的過程不但幫助學生更好的理解了課程內容，同時也提升了教師整合資源和課程研究的能力，生成了《初中生物STEM課的設計與實施——以“制作植物標本”為例》《STEM理論下的生物拓展課堂》兩篇校本論文。

在課程資源建設層面，主要依賴于學校的校本活動來展開STEM模式的生物實踐活動研究，以此生成了生物模型制作大賽、科技節生物園區、植物的秘密、顯微鏡下的微觀世界等拓展課系列。

在學習空間創設層面，借助學校生物實驗室的硬件條件，組建學生學習空間站，在學生解決問題的過程中予以指導，在教、學、研的氛圍下，指導學生在生物學科實驗創新大賽中獲得一等獎。

7結論

在資源建設方面可以繼續拓寬資源渠道，以校本資源為基礎，繼續拓寬生物課程和社區和社會資源的聯結。

繼續加強教師的科研能力培訓，提升教師研究能力，來更好的指導學生創新、創造。

參考文獻

[1]王安妃.初中生物綜合實踐活動課程的案例分析[J].教育科學論壇，2021（23）：67-70.

[2]劉紅.基于5E教學模式的初中生物活動課教學的實踐研究[D].牡丹江師范學院，2021.

[3]黃耐明.在動手實踐中培養生物科學素養——以家庭綠化活動促綠色植物教學為例[J].教育教學論壇，2020（36）：249-250.

[4]朱虹.STEM理念在初中生物實踐活動中應用的探索——以“廚余垃圾的變廢為寶”為例.

[5]孫繼紅，吳曉燕.活動視域下的初中生物學教學設計與實踐——以“生物與環境組成生態系統”為例[J].中學生物教學，2019（16）：56-57.