基于STEM“四基”的高中生物深度學(xué)習(xí)

謝雪錦

摘要：STEM是指科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科的有機(jī)整合，“四基”是指以科學(xué)為基點(diǎn)、技術(shù)成基石、工程做基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)設(shè)基準(zhǔn)。本文以高中生物教學(xué)“DNA的粗提取”為例，通過“保基點(diǎn)、筑基石、夯基礎(chǔ)、定基準(zhǔn)”四基融合，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)深度學(xué)習(xí)的情境與環(huán)境，讓學(xué)生將所學(xué)生物學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地應(yīng)用于實(shí)踐，并在STEM視角下開展高中生物深度學(xué)習(xí)，以期培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)實(shí)踐能力，提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：STEM? ?“四基”? ?高中生物? ?深度學(xué)習(xí)

STEM教育是指科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科的有機(jī)整合，在創(chuàng)設(shè)的真實(shí)情境中，以解決趣味性、挑戰(zhàn)性問題為目標(biāo)導(dǎo)向的創(chuàng)新性學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生通過項(xiàng)目活動(dòng)解決問題，從而學(xué)習(xí)知識(shí)、提升技能。高中生物的深度學(xué)習(xí)是指基于真實(shí)情境的探究活動(dòng)，是以問題為核心的高階思維的學(xué)習(xí)活動(dòng)，它的引入與實(shí)踐和STEM教育倡導(dǎo)的理念不謀而合，所以它們之間有著天然的內(nèi)在聯(lián)系。

其中，科學(xué)（S）是STEM教育的中心和重點(diǎn)，也是STEM教育的基點(diǎn);數(shù)學(xué)（M）是STEM教育的量化評(píng)測基準(zhǔn);圍繞基點(diǎn)建設(shè)的中堅(jiān)力量支撐的技術(shù)（T）是STEM教育的基石;工程（E）構(gòu)建了STEM教育的重要基礎(chǔ)組成部分，這就是STEM教育的“四基”。下面，筆者以高中生物“DNA的粗提取”教學(xué)為例，通過STEM“四基”在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用和融合，有效促進(jìn)了高中生物深度學(xué)習(xí)。

一、STEM教育在高中生物教學(xué)中的作用

STEM教育強(qiáng)調(diào)在情境中的創(chuàng)新合作學(xué)習(xí)，具有跨學(xué)科學(xué)習(xí)、注重培養(yǎng)實(shí)踐等特點(diǎn)，學(xué)生可在深入理解科學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。在高中生物教學(xué)中，教師可基于STEM教育的理念，為學(xué)生深度學(xué)習(xí)創(chuàng)造最佳的學(xué)習(xí)條件，讓學(xué)生把已經(jīng)掌握的知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)和生活中，探索未知的世界，并舉一反三、觸類旁通，激發(fā)探究意識(shí)。在解決高中生物實(shí)際問題的過程，教師從STEM的角度教學(xué)生物科學(xué)知識(shí)，可以培養(yǎng)學(xué)生的科研精神，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和綜合素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生生物學(xué)習(xí)興趣，帶著興趣去研究生物學(xué)。這樣一來，能促進(jìn)學(xué)生對(duì)高中生物進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，而STEM教育也將是學(xué)生進(jìn)行高中生物深度學(xué)習(xí)的有力推手。

二、STEM教育視角下高中生物深度學(xué)習(xí)

1.保基點(diǎn)——科學(xué)理解DNA粗提取實(shí)驗(yàn)的原理

STEM教育的基點(diǎn)就是指科學(xué)“S”，是讓學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)來理解自然界中的種種現(xiàn)象，并獲得相應(yīng)的科學(xué)素養(yǎng)，這是STEM教育的中心。

比如，在DNA粗提取的教學(xué)中，科學(xué)理解DNA粗提取原理，是教學(xué)內(nèi)容的基點(diǎn)，只有確保基點(diǎn)準(zhǔn)確不變，才能正確地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)粗提取DNA的相關(guān)知識(shí)。DNA粗提取的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生初步掌握DNA粗提取的方法，通過實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)如何將蛋白質(zhì)和DNA分離。該課程要求學(xué)生熟練掌握實(shí)驗(yàn)過程和操作要領(lǐng)：加入蒸餾水，破碎細(xì)胞→過濾，獲取含DNA的濾液→溶解、攪拌，去除濾液中雜質(zhì)→加入冷酒精，攪拌，析出DNA。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)為什么用玻璃棒攪拌，而不能用塑料棒，為什么容器最好用塑料杯而不用燒杯，使用不同濃度的鹽水和冷卻的酒精的原因。運(yùn)用STEM項(xiàng)目活動(dòng)開展教學(xué)，能夠引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有生物知識(shí)學(xué)習(xí)粗提取DNA，主動(dòng)學(xué)習(xí)和討論DNA粗提取實(shí)驗(yàn)的不足之處與改進(jìn)方法，體會(huì)現(xiàn)代生物技術(shù)與實(shí)際生活的聯(lián)系，加深學(xué)生對(duì)生物核心概念的理解。

2.夯基礎(chǔ)——精準(zhǔn)選擇DNA粗提取的實(shí)驗(yàn)方案

工程“E”是為解決具體問題，由實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和科學(xué)知識(shí)支撐，經(jīng)各類技術(shù)恰當(dāng)組合后予以實(shí)施的、具有系統(tǒng)的和可重復(fù)性地完成解決問題的過程框架，是一種自主的創(chuàng)客制造活動(dòng)或過程，它是STEM教育的基礎(chǔ)，是研究的主體框架。

STEM教育中，工程基礎(chǔ)的夯實(shí)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)與探究的基礎(chǔ)上拓展和延伸知識(shí)。

比如，在DNA粗提取實(shí)驗(yàn)中，教師可以提問：“在全民共同努力抗擊新冠肺炎疫情期間，新冠肺炎的確診是要通過從呼吸道標(biāo)本或血液標(biāo)本實(shí)時(shí)熒光RT-PCR檢測新冠肺炎病毒核酸陽性。高中生如何借助簡單的家庭工具，輕松地完成DNA粗提取呢？”從而啟發(fā)學(xué)生從取材、實(shí)驗(yàn)操作的簡便性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果外顯性等各個(gè)方面進(jìn)行斟酌，尋找最適合在家中提取自己DNA的方案，并將所學(xué)生物知識(shí)靈活地應(yīng)用于解決生活實(shí)際問題方面。經(jīng)過深入學(xué)習(xí)與討論，優(yōu)選出粗提取自己DNA的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案用自己的口腔上皮細(xì)胞替代血液，將煩瑣的提取過程簡化成以下步驟：提前收集好的唾液（含有口腔上皮細(xì)胞），置于一次性杯子中→向唾液中加入幾滴洗潔精，用筷子充分?jǐn)嚢琛尤霂椎涡迈r的木瓜汁，充分?jǐn)嚢瑁怪浞只旌稀由倭渴雏}，緩慢攪拌→加入與唾液等量的預(yù)冷白酒（55度以上），用筷子輕輕地向一個(gè)方向攪拌→絮狀物形式被析出即為自己的DNA。此方案中，學(xué)生可以進(jìn)行知識(shí)遷移，選擇出合適提取自己DNA的方案，用簡單易得的實(shí)驗(yàn)材料粗提取自己的DNA，從中感受實(shí)驗(yàn)的樂趣，助力學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展，并感悟科學(xué)的發(fā)展對(duì)人類健康和發(fā)展的重要性，最終建立科學(xué)的價(jià)值觀，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

三、結(jié)語

在STEM視角下，筆者積極探討了STEM教育與高中生物教學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，圍繞STEM教育“科學(xué)基點(diǎn)、技術(shù)基石、工程基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)基準(zhǔn)”四基深度學(xué)習(xí)DNA粗提取的相關(guān)知識(shí)，通過設(shè)置新的情境問題，保基點(diǎn)、筑基石、夯基礎(chǔ)、定基準(zhǔn)，在解決問題教學(xué)中“四基”融合，環(huán)環(huán)相扣，相互支撐，通過將所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地應(yīng)用于實(shí)踐中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，設(shè)置新的問題情境，并在鍛煉學(xué)生的STEM素養(yǎng)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，積極推進(jìn)高中生物深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的生物素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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※本文系福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度立項(xiàng)課題“基于STEM教育的高中生物探究課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究”，編號(hào)：FJJKXB19-521。

（作者單位：廈門市松柏中學(xué)）