STEM理念在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用研究

吳健康　施純林

地理是高中課程教學(xué)的重要組成部分，因課程內(nèi)容理論、抽象知識(shí)偏多，需要學(xué)生去死記硬背，削弱了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。而STEM教育理念的應(yīng)用，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，拓展學(xué)生的知識(shí)面，促使學(xué)生進(jìn)行深入思考、探究，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力。為此，本文對(duì)STEM理念在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以供參考。

隨著新課改的逐步深入與核心素養(yǎng)的提出，傳統(tǒng)地理教學(xué)已不能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求。教學(xué)過程程式化，合作實(shí)踐過程不足，使得學(xué)生參與學(xué)習(xí)的熱情不高，地理課程的作用得不到有效發(fā)揮。STEM理念沖破了傳統(tǒng)學(xué)科界限，具備情境真實(shí)性、體驗(yàn)合作性等特征。該理念與新課改要求相符，將其應(yīng)用到地理學(xué)科教學(xué)中，是新課改下地理教學(xué)改革的必經(jīng)之路。

一、STEM理念概述

STEM理念是科學(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)幾門學(xué)科英文首字母縮寫，重視跨學(xué)科融合，構(gòu)建學(xué)科間的聯(lián)系，沖破學(xué)科界限，形成多層次的學(xué)科知識(shí)體系，以培養(yǎng)出更多社會(huì)所需的專業(yè)人才。其中，科學(xué)即正確認(rèn)識(shí)自然界規(guī)律，完善知識(shí)體系。技術(shù)、工程是基于自然規(guī)律下解決社會(huì)發(fā)展中面臨的難題。技術(shù)作為STEM理念的核心，隨著社會(huì)的發(fā)展而不斷地更新、升級(jí)。數(shù)學(xué)則是解決問題的工具。《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出高中地理教學(xué)的四大核心素養(yǎng)，即人地協(xié)調(diào)觀、綜合思維、區(qū)域認(rèn)知、地理實(shí)踐能力，這就針對(duì)高中地理教學(xué)目標(biāo)給出了更加具體的要求，也提出了教學(xué)的新發(fā)展方向。當(dāng)前我國(guó)高中地理教學(xué)中，地理教育越來越傾向培養(yǎng)學(xué)生的能力與素養(yǎng)，課程標(biāo)準(zhǔn)中已明確要求學(xué)生必須通過教師引導(dǎo)教育形成正確的價(jià)值觀、思想觀，擁有端正的人格和品格，掌握關(guān)鍵的技能。高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)要求與STEM理念的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)跨界融合思想是不謀而合的，兩者之間相輔相成。因此，教師必須在STEM理念指導(dǎo)下，培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)，探索出一條關(guān)于STEM全面的教育模式。

從教育高中地理型課程標(biāo)準(zhǔn)要求和教育教學(xué)目標(biāo)上看，實(shí)施STEM教育的目標(biāo)是提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)，也就是科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)及數(shù)學(xué)素養(yǎng)，學(xué)生可以利用各學(xué)科知識(shí)，提升解決實(shí)際問題的能力。

從課程模式上看，實(shí)施STEM教育可以有效地解決傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式存在的不足，通過跨學(xué)科整合模式來教學(xué)。如，在對(duì)自然地理知識(shí)學(xué)習(xí)之前，學(xué)生可能要掌握相關(guān)的物理知識(shí)，在對(duì)人文地理知識(shí)加以學(xué)習(xí)前，學(xué)生需要掌握相關(guān)的歷史知識(shí)等。這就需要地理教師要加強(qiáng)與這些學(xué)科教師的互動(dòng)交流，做好課程優(yōu)化，這樣更利于學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的理解和掌握。

STEM理念教育具有如下特征：一是綜合性。STEM教育本身就是學(xué)科知識(shí)的綜合，重視利用各學(xué)科知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題。同時(shí)，STEM教育是理論、實(shí)踐的融合，重視提升學(xué)生的實(shí)踐能力。STEM教育還可以說是實(shí)踐應(yīng)用、創(chuàng)新的融合。社會(huì)的進(jìn)步、國(guó)家的發(fā)展都離不開創(chuàng)新，離不開人才，STEM教育正是通過設(shè)計(jì)現(xiàn)實(shí)情境問題，通過技術(shù)、工程等學(xué)科技術(shù)解決問題，幫助學(xué)生理解和掌握學(xué)科知識(shí)。二是生活性。知識(shí)的學(xué)習(xí)與生活是密切聯(lián)系起來的，適應(yīng)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、與其生活有關(guān)的問題最能引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，因此要將與生活相關(guān)的、具有挑戰(zhàn)性的問題融入具體的項(xiàng)目中，讓學(xué)生在解決問題中得到鍛煉，達(dá)到社會(huì)性成長(zhǎng)。

二、STEM理念在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在調(diào)查中了解到大部分教師在授課時(shí)都是通過觀看視頻、小組探究學(xué)習(xí)或者講授手段來實(shí)現(xiàn)知識(shí)的傳輸。很少有教師會(huì)帶著學(xué)生開展地理外出實(shí)踐學(xué)習(xí)，或者帶著學(xué)生開展地理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，并且應(yīng)用現(xiàn)代地理信息技術(shù)進(jìn)行授課。這和新課標(biāo)所倡導(dǎo)的強(qiáng)化學(xué)生地理實(shí)踐能力，重視現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用不相符。學(xué)生在學(xué)習(xí)地理知識(shí)時(shí)，更傾向于外出實(shí)踐。在調(diào)查中也能夠發(fā)現(xiàn)有些教師的教學(xué)方式并不符合新課標(biāo)要求，缺少對(duì)學(xué)生實(shí)踐探究能力的培養(yǎng)。同時(shí)，大部分學(xué)生基本不知道STEM教育，對(duì)于將STEM理念應(yīng)用到地理教學(xué)中的作用也不了解。雖然有些教師知道STEM理念，但是并不清楚具體內(nèi)涵，在教學(xué)中不能很好地應(yīng)用。部分教師認(rèn)為，將STEM理念應(yīng)用到教學(xué)中雖然能夠提升教學(xué)質(zhì)量，但是作用并不是很大，即便是要將其應(yīng)用到地理教學(xué)中，也存在一定的難度。

三、STEM理念在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用

（一）應(yīng)用原則

1.關(guān)聯(lián)原則。

將STEM理念應(yīng)用到高中地理教學(xué)中要堅(jiān)持關(guān)聯(lián)性原則。STEM理念重視各學(xué)科間的關(guān)聯(lián)性，要求地理教育人員全面去挖掘地理教學(xué)內(nèi)容與各學(xué)科間的關(guān)系，幫助學(xué)生從總體上去把握各知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，獲取知識(shí)與技能。另外，要注重理論、實(shí)踐的關(guān)聯(lián)性。在地理課堂教學(xué)中，要將理論、實(shí)踐融合，還要注重學(xué)生間的關(guān)聯(lián)性，鼓勵(lì)學(xué)生思想交流，互幫互助，做好知識(shí)的建構(gòu)。

2.創(chuàng)新性原則。

將STEM理念應(yīng)用到地理教學(xué)中要堅(jiān)持創(chuàng)新性原則。創(chuàng)新是學(xué)生核心素養(yǎng)的要素之一。要突出學(xué)生的主體地位，全面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、創(chuàng)新性。同時(shí)，教師也要將自身的主導(dǎo)作用發(fā)揮出來，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐操作，開展創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)，在創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)中提升創(chuàng)造技能，開拓創(chuàng)新精神。

3.開放性原則。

將STEM理念應(yīng)用到地理教學(xué)中要堅(jiān)持開放性原則。在課堂上探究的問題要具有開放性或者是教學(xué)的形式具備開放性特征。比如說，實(shí)驗(yàn)、比賽等等，用一種或幾種方式優(yōu)化組合，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，在實(shí)踐探究問題中，學(xué)生的看法、想法是開放的，教師要肯定學(xué)生的看法、想法，鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言和想象。

（二）具體應(yīng)用

1.借助信息技術(shù)。

STEM理念就是基于主學(xué)科，通過對(duì)知識(shí)的整合、拓展，將其應(yīng)用到具體項(xiàng)目中。所以，在高中地理教學(xué)過程中，可利用現(xiàn)代化信息技術(shù)達(dá)到靈活應(yīng)用的效果。首先，地理教師要積極加入培訓(xùn)深造中，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代信息技術(shù)、各學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，提升自身的綜合素養(yǎng)，為STEM理念的運(yùn)用奠定基礎(chǔ)。其次，可利用多媒體技術(shù)和微課等，基于地理教學(xué)目標(biāo)，并綜合學(xué)生學(xué)習(xí)需求，做好優(yōu)質(zhì)課件制作。再傳輸、分享至交流群中，促使學(xué)生自主預(yù)習(xí)、小組探究，掌握豐富的知識(shí)技能。最后，可利用在線課堂，實(shí)現(xiàn)師生間、學(xué)生間的互動(dòng)交流。教師要密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，學(xué)生也可表達(dá)自己的意見與看法，與教師共同探討，鞏固學(xué)生所學(xué)知識(shí)。比如，在“交通運(yùn)輸方式和布局”這一教學(xué)活動(dòng)中，教師可利用多媒體設(shè)備，為學(xué)生展示古代、現(xiàn)代各個(gè)時(shí)期的交通運(yùn)輸方式的圖片，并將其時(shí)代背景告知學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行深入探究。

2.創(chuàng)建教學(xué)情境。

教學(xué)情境就是先為學(xué)生創(chuàng)建真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，再指導(dǎo)學(xué)生交流、探究、分析、總結(jié)、反思，發(fā)現(xiàn)地理各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系與規(guī)律。首先，教師要堅(jiān)持從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則，創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)問題情境。針對(duì)比較抽象的理論知識(shí)，教師可按照要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)情境，將知識(shí)點(diǎn)直觀展現(xiàn)在學(xué)生面前，指導(dǎo)學(xué)生去觀看、思考，再利用所掌握的知識(shí)解決問題。其次，創(chuàng)建生活化問題情境。地理知識(shí)本身就源自實(shí)際生活，且用于解決實(shí)際生活問題。像工業(yè)、農(nóng)業(yè)等都和現(xiàn)實(shí)生活息息相關(guān)。這時(shí)，地理教師就可經(jīng)過生活化問題情境的創(chuàng)建，吸引學(xué)生的注意，激發(fā)學(xué)生的情感。最后，創(chuàng)建趣味問題情境。只有對(duì)知識(shí)進(jìn)行加工，保證教學(xué)的趣味性，才能使學(xué)生保持積極的心態(tài)參與學(xué)習(xí)。比如說，在“水資源的合理利用”這一活動(dòng)中，教師就可經(jīng)過案例引入進(jìn)行情境創(chuàng)建。先用多媒體設(shè)備為學(xué)生展示浪費(fèi)水資源的視頻，例如工業(yè)廢水隨意排放等等。再提問學(xué)生：“大家經(jīng)過觀看視頻都了解到了什么？浪費(fèi)水資源帶來的影響是什么？生活中還存在哪些浪費(fèi)水資源的問題，應(yīng)該怎樣去做？”通過問題啟發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解更加深入。

3.進(jìn)行實(shí)踐探究。

高中生對(duì)一部分地理理論知識(shí)了解已十分充足，但還是有些內(nèi)容了解得不透徹，比如說，地形圖。因此，可以通過實(shí)踐探究活動(dòng)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力。在實(shí)際教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)自身所掌握的知識(shí)來繪制地形圖。可查找資料、詢問他人、小組探究，并依據(jù)實(shí)際生活進(jìn)行地形圖繪制，保證完成精準(zhǔn)解讀，這樣就能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師可將地形圖要素或核心內(nèi)容告訴學(xué)生，再給學(xué)生準(zhǔn)備所需的模具、素材，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行地形圖的繪制。在此過程中，教師要適當(dāng)?shù)丶右砸龑?dǎo)，并依據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行針對(duì)性的評(píng)價(jià)。這樣，就能夠更好地實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的融合，提升學(xué)生地理知識(shí)學(xué)習(xí)能力。

又如，“近地面大氣受熱過程”的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。活動(dòng)開始前，教師先將學(xué)生分組，一組學(xué)生將溫度計(jì)準(zhǔn)備好，在晴朗天氣連續(xù)兩天中午對(duì)距離地面不同高度的氣溫進(jìn)行測(cè)量，半小時(shí)觀察結(jié)果。表1為一組學(xué)生測(cè)量結(jié)果。

測(cè)量結(jié)束后，教師讓學(xué)生去思考：測(cè)量到的數(shù)據(jù)中氣溫與海拔有怎樣的關(guān)系？從氣溫的變化測(cè)量，近地面大氣受熱的直接熱源是什么？

學(xué)生經(jīng)過交流分析，了解到海拔越高，氣溫會(huì)降低，所以，直接熱源為地面。

二組學(xué)生將燒杯水、溫度計(jì)等工具準(zhǔn)備好。燒杯中分別裝上水、沙子，在中午將裝有沙子、水的燒杯分別放到同一個(gè)高度，對(duì)溫度加以測(cè)量，半小時(shí)觀察結(jié)果。表2為二組學(xué)生氣溫測(cè)量結(jié)果。

測(cè)量結(jié)束后，教師讓學(xué)生思考：哪個(gè)燒杯中溫度最高？為什么升溫最高？

學(xué)生經(jīng)過分析、討論，得出了裝水的燒杯升溫慢，裝沙子的燒杯升溫快。因?yàn)樯匙印⑺谋葻崛莶灰粯樱裕郎乜炻膊煌?/p>

二組學(xué)生經(jīng)過探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察、記錄、探究、總結(jié)，層層深入，便于學(xué)生掌握本節(jié)課需掌握的核心知識(shí)，即近地面大氣直接熱源為地面。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還可以更深入地理解有關(guān)原理知識(shí)，比如說，隨著海拔的升高，溫度會(huì)降低；大氣具有保溫、削弱作用等。通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生的求知欲大大提升，這時(shí)，教師適當(dāng)啟發(fā)，共同探究知識(shí)，更利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

四、結(jié)語(yǔ)

STEM教育理念在高中地理教學(xué)中的運(yùn)用，有利于推動(dòng)高中地理教學(xué)方式的改革，提供全新的教學(xué)思路。從傳統(tǒng)只注重學(xué)生知識(shí)獲取的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾晫W(xué)生素質(zhì)能力提升的教學(xué)模式。為此，在高中地理教學(xué)中，廣大教師要對(duì)STEM理念有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，將其有效應(yīng)用到課堂教學(xué)活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)。

注：本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題“基于STEM-PBL教學(xué)模式下高中地理教學(xué)案例開發(fā)與實(shí)踐策略研究”（項(xiàng)目編號(hào)：FJJKZX21-498）階段性研究成果。