應用STEM理念培養初中生的科學思維能力

摘 要：在初中生物課堂教學中開展 STEM 教學活動，根據《義務教育生物學課程標準（2022年版）》的指導要求，在具體的教學過程中，創設了不同的教學主線，即情境化教學主線、探究化教學主線、邏輯化教學主線、信息技術教學主線，同時結合具體的實踐教學活動，來提高學生對初中生物學的興趣和主動學習性，不斷培養學生的科學思維能力，提升科學素養等關鍵能力.

關鍵詞：STEM 理念；教學主線設計；初中生物

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）26-0140-03

作者簡介：王曉艷（1990.7-），女，研究生，中學一級教師，從事初中生物教學研究.

基金項目：江蘇省昆山市教育科學“十四五”規劃2022年度課題“STEM視域下初中生物活動課程的設計與實踐研究”（y/2022135）

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》明確指出“義務教育生物學課程注重探究和實踐，以豐富的生物學知識為載體，通過多種教學活動展現人們認識自然規律和規律的思維方式及探究過程，反映自然科學的本質.學習生物學課程有利于學生養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，學會學習，提升科學素養，對學生的健康生活、終生發展具有重要意義”[1].本文通過將STEM課程實踐活動融入初中生物的教學中，嘗試通過創設不同的教學主線培養學生面對實際問題的勇于探究能力、模型構建能力、理性思維能力和批判性思維能力.

1 情境化教學主線

1.1 利用生活情境創設教學主線

STEM教學一般都是基于一定的情境中，這正是它最具有“吸引力” 的地方.學生在STEM教學活動設置的問題情境中展開學習，能把新的知識與舊的知識聯系在一起，但是又不能完全確定關系，這樣學生就會產生“跳一跳，能夠到”的心理.在這種情況下，學生在好奇心和求知欲的驅動下，會主動去“跳一跳”，在這個過程中，就完全調動了學生自主學習的積極性和參與性，使學生對于解決真實情境中的問題產生期待，而主動去學習.

例如，在“人體內物質的運輸”一課中，教師可以先問一下學生：平時有沒有去醫院抽過血？都是在什么情況下去抽血的呢？同學們會看血常規化驗單嗎？接下來給大家展示一個人的血常規化驗單（見表1），請同學們思考化驗單上的哪些項目的測定值不正常？

根據不正常的指標，同學們能判斷他可能患有什么樣的健康問題嗎？學生們小組討論很快得出他可能患有貧血和炎癥.教師接著提問，貧血輕微的話，如果要食補，平時生活中要多飲食哪些食物呢？身體有炎癥，要在醫生的指導下，吃一些抗生素.繼續追問，抗生素能隨便吃嗎？會不會把體內的一些益生菌也一同消滅了呢？本節課從學生生活中常見的血常規化驗單入手，由于跟學生的生活緊密聯系，能很快激起學生學習本節課的興趣.同時也給學生如何健康生活和安全用藥提供一些指導，讓學生認同生物學及醫學倫理觀念，養成健康生活的態度和行為習慣.

1.2 利用角色情境創設教學主線

學生在創設角色情境教學主線中去學習，源自對自然界的好奇心和求知欲，可以很快地投入到課堂中，在不同的任務驅動中提升思維能力和情感體驗[2].例如，在“食物鏈”一課中，教師找六位學生，分別扮演青草、蚱蜢、青蛙、雞、蛇、貓頭鷹，然后按照“吃與被吃”（被吃的在左邊，捕食者在右邊）的順序站成一條線.讓學生在角色體驗中，自己總結食物鏈的概念，促進學生達成學科核心素養的目標.

2 探究化教學主線

STEM教育主張讓學生在動手的過程中掌握知識，同時將所學的知識運用在動手中.即活動的實踐性是STEM教育更注重的，力爭讓學生把學習到的知識從結果轉變成過程.這正與《義務教育生物學課程標準（2022年版）》中的課程目標“探究實踐”相一致.探究實踐是獲得生物學知識和發展學生科學素養的重要學習方式，是創新型人才的重要標志.因此，教師創設教學主線的過程中，要充分利用真實的實驗探究情境，促進學生對自我的清晰認識、樹立學科自信，改進學習方式，促進其核心素養的形成.

例如，在“探究種子萌發的環境條件的實驗”中，圖1甲裝置的溫度為26 ℃，乙裝置的溫度為6 ℃，請你說出本實驗一共設置了幾組實驗組和對照組？控制的單一變量又分別是什么？你認為最容易萌發的種子是幾號？

學生通過思考交流，得出：①②可以形成一組實驗，單一變量是水；②③可以形成一組實驗，單一變量是空氣；②⑤可以形成一組實驗，單一變量是溫度.學生最后推測，②號最容易萌發，因為它具備了充足的空氣、適度的水分、適宜的溫度等條件.教師繼續追問光是否影響種子的萌發？大部分同學認為光影響種子的萌發.先不要著急說出你推測的結論，可以親自做一個探究實驗.那么，怎樣設置無光的環境呢？如何保證除光這個因素不同外，其它的環境條件比如溫度、水分等都保持一致呢？同學們還可以多選擇幾種種子進行探究實驗.以探究種子萌發需要的外界條件為教學主線，引導學生分析實驗過程并制定實施實驗過程，通過對實驗設計方案及實驗現象的分析總結、推理判斷，最終得出結論，培養學生的邏輯思維和學科探究的能力.

3 邏輯化教學主線

邏輯通常是指人們認識客觀事物的思維方式和思維規律.其中，發展科學思維是培育學生理性思維、批判質疑、勇于探究等科學精神的重要途徑[3].思維的出發點就是善于提出問題，教師應有意識地去設置疑問，讓學生在“疑問”中產生對探究生命奧秘的興趣，領悟科學的真諦，逐步培養學生的創新精神.

例如，在“探究綠色植物在光下制造有機物”一課中，教師可以設計一連串的問題為主線：檢驗有機物的方法是什么？綠色植物的葉子本身是綠色，可以直接滴加碘液嗎？會不會影響觀察效果？該如何將葉片的綠色褪去呢？同學們根據課前預習，知道了葉片之所以呈現綠色，是因為含有葉綠素，葉綠素溶于酒精，不溶于水.要想快速將葉綠素褪去，可以加熱.那么，能不能將葉片放入酒精直接加熱呢？如果直接把葉片褪色，然后滴加碘液，可以嗎？

學生在解決問題的過程中會逐步體會科學家的每一個實驗步驟的目的和意義，比如，先將葉片暗處理，是為了讓葉片中本身就有的淀粉通過呼吸作用消耗掉，然后再放在光下處理3～4個小時，是為了讓綠色植物在光下制造有機物，隔水加熱的目的是為了防止爆炸.這樣設置，學生的學習思路更清晰，更有利于發展學生的科學探究能力.

4 信息技術教學主線

使用信息技術與學科課程相整合，可以解決過去存在的、在各學科教學中難以解決的問題.面向全體學生，倡導學生主動參與、樂于探究，培養學生搜集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力.

例如，在“人體對食物的消化和吸收”這節課中，首先以音頻的形式導入——同學們生活中經常會遇到的腹痛、嘔吐的情況，讓學生初步分析引起小明腹痛、嘔吐的可能的原因.緊接著展示消化系統的動畫圖，讓學生更直觀地知道本節課要學習的內容.在學習消化系統組成的時候，可以采用希沃白板，讓學生直接在講臺上拖動消化道、消化腺到相應的位置，最后以自己制作的消化系統3D圖，讓學生通過平板親自感受消化系統的組成，知道咽、食道、胃、小腸、大腸等消化道的具體位置.在講述消化系統的功能時，可結合視頻和仿真實驗，讓學生知道胃、胰腺、腸腺的功能.在探究小腸適于消化和吸收的結構特點時，先展示表格——消化系統各器官的長度，讓學生根據表格，說一下小腸為什么適合消化和吸收.然后，在通過學生分組實驗探究小腸的內部結構，接著結合小腸的3D圖，讓學生知道小腸是食物消化和吸收的主要器官.通過動手制作小腸模型，進一步鞏固小腸的結構，再結合希沃中的游戲，讓學生通過做游戲來鞏固本節課的內容.學完本節課后，讓學生結合人體生理知識，更專業性地解釋引起小明嘔吐、腹痛的原因.目的是讓學生關注自身的健康和發展，養成良好的飲食習慣.最后，讓學生制作一個關于消化系統的健康小貼士，送給好朋友和家人們.

本節課通過動手體驗消化系統的3D圖、PK游戲、手工制作等環節，增加學生學習的趣味性.讓學生在“做中學、用中學、創中學”，充分體現了核心素養的實踐性.

例如，在“植物的生長發育”這節課中，以一段視頻《種子到參天大樹》為導入，拋給學生一個問題：一個只有零點幾克的種子發育成大樹，到底種子內部蘊藏了什么秘密呢？從而激發學生學習本節課的興趣.接著開始讓學生觀察種子的結構，首先觀察蠶豆的種子，學生結合蠶豆3D模型，說出蠶豆的外形和形狀，然后小組實驗探究，把蠶豆的種皮慢慢剝掉，掰開豆瓣，觀察內部結構，小組拍照片通過平板上傳到釘釘群里，并找小組長到講臺，指出蠶豆的各個結構.此時，在結合蠶豆3D圖，進一步鞏固蠶豆種子的結構.在探究蠶豆各結構功能時，通過控制變量，讓學生嘗試用剔除法.如，探究胚芽的功能時，我們可以將胚根剔除，每隔一天觀察生長狀態，拍照片，……觀察胚芽發育情況；探究胚根的功能時，我們可以將胚芽剔除，每隔一天觀察生長狀態，拍照，五天以后……觀察胚根發育情況；由于胚軸與子葉相連，可以用記號筆給胚軸做好標記，每隔一天觀察生長狀態，拍照，五天以后……觀察胚軸發育情況.以上這些，可以提前布置給學生，上課的時候讓他們呈現結果和照片.從而得出胚芽發育成莖和葉，胚根發育成根，也會發現子葉逐漸萎縮，借機提問，子葉有什么作用？可滴加碘液.小組將觀察結果用平板電腦拍照片上傳，子葉變藍色，說明子葉中含有營養物質，為種子的發育提供營養.

本節課以小組為單位，借助平板，學習種子的結構，利用釘釘群分享觀察結果照片，充分體現了學生的主觀能動性，讓學生學會利用信息技術查閱資料，同時還培養了學生的科學探究思維、動手能力和合作與交流能力.

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.義務教育生物學課程標準（2022年版）［M］.北京：人民教育出版社，2022：1.

［2］ 秦瑾若，傅鋼善. STEM教育：基于真實問題情景的跨學科式教育[J].中國電化教育，2017（04）：67-74.

［3］ 庫力加孜·阿克木.新課改下初中生物實驗教學中的問題和對策探究[J].新課程，2018（02）：72.

［責任編輯：季春陽］