融合STEM教育的初中生物學教學微例分析

林拱標

摘 要：近幾年，STEM教育在我國中小學得到迅速發展，成為基礎教育課程改革發展的一個重要方向。文章結合初中生物學課程內容，結合教學實例，提出課堂教學融合STEM教育的策略：一是合理延伸教材，使靜態知識變為動態實踐，實現教學做合一;二是優化內容選擇，融合STEM設計，使概念教學符合學生認知需要;三是調整課堂結構，通過優化學生課堂上的學與做，促進學生深度學習。可見初中生物學課程有豐富的STEM教育素材，合理設計就能很好地發展學生的綜合思維。

關鍵詞：STEM教育;教學微例;初中生物學

基金項目：本文系廣州市教育科研規劃2019年課題“初中生物學教學融合STEM教育的案例研究”（課題編號201911980）研究成果之一。

STEM教育綜合科學、技術、工程、數學等領域知識，其關鍵體現在跨學科綜合式學習，與課程改革提倡的綜合化教學理念吻合。現代生物學發展離不開數學、物理等多學科基礎，跨學科和綜合性特點明顯，在融合STEM教育方面有獨特的優勢。初中生物學課程標準多層面、多角度地強調學科的綜合性，這與STEM教育理念相一致。本文從教材內容、課堂結構等角度，結合實例探討生物學教學融合 STEM教育的策略。

一、合理延伸教材

我國各地的生物及生態存在差異，教材提供的是典型的范例，因此學生對范例的了解程度存在差異。人教版八年級上冊中，“人類對細菌和真菌的利用”一節，“想一想，議一議”欄目提供了這樣的問題場景：生產沼氣的原料是人類的尿、禽畜糞尿和農作物秸稈，為什么它們在沼氣池中能夠產生沼氣？從STEM教育角度，沼氣池是很好的教學實例，合理利用沼氣符合可持續發展理念，科學方面涉及生物學、物理和化學等內容，沼氣池設計、建設及沼氣生產，與數學、工程學、技術等應用密切相關。沼氣池在我國分布受限，其分布既有南北差異，也有城鄉差異。根據皮亞杰的學習理論，圖式的發展和豐富是通過同化和順應兩種機制來實現的，新情境是刺激同化或順應的重要條件。沼氣的生產原理是相同的，如果把情境換成城市，沒有農作物秸稈，極少有禽畜糞尿，但每天產生的生活污水中含有大量有機物，直接排入江河湖泊會造成污染。有分析認為，我國生活污水沼氣潛力為15.76億m3/年，以廣東最高，年生活廢水的沼氣潛力為2.28億m3。上述材料可成為一個新的情境，由學生規劃設計適合城鎮的沼氣池。情境雖與教材不同，原理仍然是微生物發酵，城市和農村建設沼氣池，由于原料不同，所采用技術和工藝也會不同，生物的多樣性等生命觀念也會自然生成。

二、優化內容選擇

（一）服務于概念的教學

新世紀初的課程改革開始，生物學課程就非常重視跨學科的內容，人教版教材還專門設置STS欄目。教學既要落實好課程標準的重要概念，也要結合地方特點和學生實際，因此教學中的跨學科不應脫離課程標準。

貼近生活是生物學課程的重要特征。“生物對環境的適應”是生物學的重要概念，很多內容都可以成為跨學科融合的實例，例如探究“鳥類適于飛行的形態結構特點”，這是一個多角度融合STEM理念的例子。飛機是人類對空中飛行動物研究后的發明，學生多少有些了解，利用逆向思維，與動物飛行相比較，①飛行的動力來源和如何高效供能;②如何減輕飛行中的阻力及取得平衡;③如何合理減輕自身重量。學生已知飛機動力依賴于發動機和燃油供能，比較可知鳥類的動力源于雙翼的扇動，消化、循環、呼吸等系統為鳥類飛行時的能量供應提供重要支持。教學上可以設計很多相關的探究活動，促進跨學科學習的融合。例如鳥類前肢變成翼且著生羽毛，該特點符合空氣動力學原理。機翼的設計制造除了科學原理，還涉及材料選擇、制造工藝、結構安裝等，密切聯系了數學、工程學和技術。學生觀察羽毛，發現其重量輕、表面光滑，這種特點能減輕重量也能減少阻力，同時還體現工程學的應用。有的老師組織學生利用向紙條一側吹氣的方法，看到紙條飄起來，認為這是體驗伯努利定律，實際這并不科學。還不如讓學生折紙飛機，通過紙飛機的材質、造型、演示的力度和角度等，直接體驗紙飛機不同情況下的“飛行”差異，更有利于學生理解鳥類的相關結構與飛行的關系。

（二）符合學生認知需要

初中生的邏輯抽象思維處于快速發展期，也仍需依賴于直觀思維。縱觀各版本的初中生物學教材，都配有大量插圖，包括很多實拍圖片。以七年級教材為例，蘇教版插圖為544幅，人教版為452幅，北師大版為442幅，達到了圖文并茂、以圖代文、簡明直觀的目的，便于培養學生的興趣和審美情趣。

插圖在一定程度上可彌補學生知識結構的不足，降低學習難度。例如人教版教材中“外界物體在視網膜上成像示意圖”（七年級下冊P80），凸透鏡成像原理則是八年級物理學科的內容，教材上的圖示清楚表達出物體在視網膜上的成像過程，降低了學習的難度。小學科學已介紹凸透鏡的聚光特點，學生知道光線經過凸透鏡會發生折射。學生在練習使用顯微鏡時，了解顯微鏡成像的特點，因此教材中的圖示契合學生的認知起點，雖然其中涉及光學、數學等知識，但并不影響學生對視網膜上成像原理的理解。學生分析教材中的圖示，實際是一個“假設”的過程，即學生根據前述的已有認知，來假設物體在視網膜的成像過程。如果此時借助凸透鏡成像演示實驗，完成一個從假設到證明的探索歷程，更有利于學生科學思維的鞏固。

外界物體在視網膜上成像示意圖（自人教社七年級生物學上冊）

從教學資源的角度，教材在編寫時已經充分考慮到學生的認知水平，選用插圖經過縝密的推敲論證，教師在教學設計時除全面研讀課程標準，對教材也要進行“深度”閱讀，才能更好地用教材教。

（三）重組課堂結構

學生在課堂上能否發生深度學習，與教師的教學意識和能力密切相關。譬如“翻轉課堂”，就是通過變革課堂結構，引導學生先學，再重點解決學生學習中遇到的困難，達到學生再學習的目的。

以“花的結構”為例，人教版教材設計了“觀察與思考”，組織學生解剖桃花來認識花的相關結構。按課時計劃，這部分內容的學習時間是在秋末冬初，因此教師多會選用當地當季的其他花卉來代替桃花。這個實驗的難度不大，學習目標定位在概述花的結構，學生很快可以完成解剖和標記。那么學生對花的結構是否有完整的認知？教學上常用圖例來設計提問，以便及時反饋和鞏固所學，這樣的教學過程中規中矩。我們可以融合STEM教育，在解剖花的結構后，設計一個制作“桃花的結構模型”或“絹花”的環節，以建模的形式代替圖例鞏固所學，學生從“解”到“建”，在做中學，實現深度學習。模型的材質、比例、形狀及結構搭配等，離不開數學、工程學、材料學和美學等知識應用，學生制作模型的過程，綜合能力也得到相應培養。

教學有法，教無定法。在STEM視角下的初中生物學課程及教學，有很多可以充分挖掘的經典案例，其教學價值不僅在學習生物學知識，更在于培養學生科學探究精神和科學思維。教師則在與學生的互動過程中，改進自己的教學。

參考文獻

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