STEM視域下的高中科學體驗課程開發

詹琪芳

摘? ? 要：STEM視域下的高中科學體驗課程涵蓋通用型（發現學習中的問題）、拓展型（探究問題如何解決）和資優型（體驗像科學家一樣做研究）3類課程。這樣的課程有助于學生轉變學習方式，深入理解科學探究，從而提升科學素養。

關鍵詞：STEM;科學體驗課程;課程開發

高中生物選修課程采取何種形式、如何開展、怎么評價才能“促進學生全面而有個性的發展，為學生的終身發展奠定基礎”是目前課程建設中迫切需要解決的問題。STEM重視在科學、技術、工程和數學之間建立合理邏輯，在重新詮釋理科本質的基礎上，使其與相關的技術和工程教育有機結合，啟發學生不斷挖掘科學和數學在實際社會生產中的應用價值[1]。生物學重視實驗，但操作的簡單重復無益于學生自主能力、創新能力及核心素養的提升，融合STEM理念的高中科學體驗課程為實現學生各種能力的提升提供了可能。

一、課程的設計框架

融合STEM理念的高中科學體驗課程關注學生的共同基礎和多元發展需求，融合STEM理念設置通用型、拓展型和資優型3類課程，并逐級進階，以項目化學習的方式貫穿始終，使每一位學生成為學習的主導者。通用型課程是基礎課程，旨在落實全體高中學生生物學科核心素養，其關鍵詞是“發現——發現學習中的問題”;拓展型課程有助于拓展生物科學與技術視野，提高實踐和探究的能力，其關鍵詞是“探究——探究問題如何解決”;資優型課程是為學有余力的學生設計的課程，旨在滿足學生多樣化的興趣和發展，為培養“專家型學習者”奠定基礎，其關鍵詞是“體驗——體驗像科學家一樣做研究”。我校是上海市科技教育特色示范學校，學生的有關苔蘚的研究項目和課題先后得到中科院上海植物研究所專家的悉心指導和幫助，相關研究成果曾獲得全國青少年科技創新大賽優秀項目一等獎。在此基礎上，經過多年的籌劃和實踐，以探究苔蘚世界為內容的STEM系列科學體驗課程應運而生。

二、課程的培養目標與組織方式

（一）培育“專家型學習者”

學習者的興趣、愛好和認知的差異導致了訴求的多樣化和獨特化，個體的“有所長”和“有所不長”很難適應傳統教育中“一刀切”“齊步走”的教育模式。STEM視域下的探究活動尊重學習者的獨特性，為其提供多樣、彈性的選擇，培養其“專長”，使其如專家般從事科學探究活動，積極地投入學習、調用知能、應用策略、反思過程等，成為學習的“自治”者[2]。

（二）組建“學習共同體”

以學習小組為單位開展活動可以發揮團隊的智慧，小組成員分工明確。課程的實施采用的是組建靈活的“學習共同體”的方式，即沒有固定的小組和組長，所有組合隨機組成，每個學生在每次活動中扮演的角色和承擔的任務“不盡相同”。這讓每一個成員都積極參與，增強主觀能動性，學會高效多維度思考，培養團隊協作精神和領導力、執行力。

（三）關聯“正式學習”與“非正式學習”

校外的公共教育資源作為校內教育的補充可以拓寬學習者的認知渠道。課程在實施過程中以館校聯合等“非正式環境中的科學學習”來彌補“正式環境”課堂內的教學缺憾，形成社會大課堂，使教學活動從“同質化”向“個性化”方向轉變，也為學生的進一步深造學習、面向社會、獲得職業技能等奠定基礎[3]。

三、課程實施案例

“奇妙的苔蘚世界”覆蓋3類課程，細化為10個主題，每個主題既相互聯系，又各自獨立。活動流程如圖1所示。

（一）通用型課程

學生在進行實驗時發現：《探究植物細胞外界溶液濃度與質壁分離的關系》實驗中的洋蔥鱗葉表皮細胞過大，不易撕取;《探究酶的高效性》實驗中選用新鮮的豬肝勻漿作為過氧化氫酶的提取液，取材麻煩，不易保存;《葉綠體中色素的提取和分離》實驗所需的新鮮菠菜采購于市場，受限于季節……“有沒有更好的實驗材料解決上述問題”成為大家思考的焦點，苔蘚具有明顯的優勢——“奇妙的苔蘚世界”由此展開。學生認識到需要具備一定的專業知識，他們主動聯系上海植物園參觀每年定期舉辦的苔蘚創意展，通過觀看、欣賞苔蘚制成的各種作品，獲得直觀認識，激發探究欲望，再以“聆聽科學、親近大師”為主題邀請苔蘚學家進行科普講座，透過科學家的視角學習苔蘚的基礎知識。

（二）拓展型課程

問題如何解決乃至更好地解決，是學生在這一課程的學習中探討的主題。教師提出問題：實驗還可以怎樣改進和拓展？有些學生提出可以借助相關儀器測定實驗改進前后的差異，用科學數據論證改進的效果。教師鼓勵學生全方位獲取信息，培養學生對信息的檢索、綜合及判斷能力。有學生提出利用傳感器連接TI數學圖形器，繪制出過氧化氫酶催化釋放氧氣隨時間變化的曲線;有學生提出利用分光光度計測定苔蘚在不同季節的色素含量，繪制其隨溫度變化的曲線;還有學生提出用儀器測量原生質層面積的改變（不僅僅是長度的改變）來衡量質壁分離的大小……學生提出方案、展開實驗、分析結果、討論反思，再對實驗方案進行調整，形成迭代思維。隨著研究的深入，新的問題出現：苔蘚在生態系統中扮演什么角色？模擬它的生存環境在室內養殖需要哪些條件？……這一課程的實施過程體現了以學生為主體的探究過程，注重學生嚴謹求實的科學態度和創造性思維的培養。

（三）資優型課程

資優型課程的內容就是創設平臺，體驗科學家的工作日常，學會像科學家一樣開展研究活動，并在遇到困難時努力攻克繼續前行。首先，學生參觀華東師范大學苔蘚標本館，跟隨苔蘚專家觀察、辨認苔蘚，了解專業的苔蘚知識，體會科研工作的持之以恒。然后，在真實、復雜的情境（校園、公園）中，運用所學開展實境考察，深化對基礎知識的理解，了解苔蘚學家科研工作的一般過程。在此基礎上，學生開動腦筋，動手設計充滿創意的苔蘚植物圖鑒，拍攝小視頻，通過網絡宣傳苔蘚微知識。對知識了解得越多，學生的問題也越多，如：有些苔蘚為什么生活在石頭上？化工廠周邊的苔蘚種類為何偏少？苔蘚為何喜歡陰濕環境，它與水土保持有何關系？苔蘚失水后不易腐爛，它有沒有防腐功能？……問題如何轉變成課題，需要教師運用專業知識對學生進行引導，啟發他們發散思維，像科學家一樣開展研究。這是此次活動的關鍵。最后，學生在校內、社區、街道、超市等公共場所，設立“流動宣傳站”陳列精美的苔蘚景觀生態瓶并義賣，所得錢款捐獻給貧困山區的失學兒童，或向公眾分發自制的上海公園的苔蘚圖鑒，宣傳苔蘚在保護城市生態方面的意義，提升公眾對苔蘚的認知程度，維護人與自然的和諧與統一，并在這一過程中增強自己的社會交際能力。

四、課程評價的原則及量表

評價是教師了解教學過程、調控教學行為、提高教學效果的重要手段。STEM視域下高中科學體驗課程采用多元評價的方式，以學生發展為本，注重發現和發展學生的潛能，促進教學相長。

（一）過程評價

教師建立評價活動手冊，學生把每一次參加活動的情況記錄在手冊上。評價采用自評、組評、師評相結合的方式，其中，小組評價由組內成員討論確定。評價表如表1。

（二）成果評價

活動成果存在多種形式，師生從創新性、科學性和藝術性3個方面對作品進行評價，評選出最佳苔蘚圖鑒獎、最佳生態瓶制作獎、最佳課題創意獎、最佳視頻表現獎等。評價表見表2。

（三）總體評價

在以團隊為單位進行的活動中，學生集思廣益，保證了活動的順利開展。總體評價以“團結互助”“成果數量”“作品質量”為評判標準，由師生共同組成評價小組進行打分，評選出優秀組織獎，以激發學生熱愛自然、科學和集體的情感。評價表如表3。

STEM視域下的高中科學體驗課程，有助于學生轉變學習方式，深入理解科學探究，從而提升科學素養。

參考文獻：

[1]陳舒，裴新寧.在數字時代培育專家學習者——學習的通用設計[J].電化教育研究，2016（5）：58-65.

[2]鄭雪萍.設計型學習視閾下的STEM教學模式構建[J].江蘇教育研究，2020（20）：9-12.

[3]陳舒，裴新寧.正式與非正式科學教育組織的協作——美國K-12科學教育的經驗與啟示[J].全球教育展望，2016（1）：84-93.