STEM教育理念在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略

湯禹平

摘要：STEM教育理念是基于多學(xué)科知識綜合應(yīng)用來培養(yǎng)學(xué)生問題意識、科學(xué)精神、釋疑能力以及實(shí)踐操作能力.因此，高中生物教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有機(jī)地融入STEM教育理念，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識在生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作中的應(yīng)用能力的目的，為發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞：STEM教育理念；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；高中生物

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2023）33-0142-03

STEM教育理念的核心就是強(qiáng)調(diào)學(xué)生跨學(xué)科知識的整合運(yùn)用能力，通過科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識的跨學(xué)科應(yīng)用來發(fā)展學(xué)生解決問題能力與實(shí)踐應(yīng)用能力，且能夠達(dá)到提高學(xué)生知識獲取與應(yīng)用效能的目的[1].因此，高中生物教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，也應(yīng)有機(jī)地引入STEM教育理念，這既與生物新課標(biāo)要求相符，也能夠促使學(xué)生在生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)與實(shí)踐中形成良好的跨學(xué)科學(xué)習(xí)與應(yīng)用意識，對培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.本文以“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，就STEM教學(xué)理念的應(yīng)用策略進(jìn)行闡述.

1 基于STEM教學(xué)理念，明確生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程教師在運(yùn)用STEM教育理念開展生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，要讓學(xué)生了解更多的STEM教育理念的內(nèi)涵與流程，并適時(shí)、適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容來培養(yǎng)、增強(qiáng)學(xué)生跨學(xué)科知識應(yīng)用意識、生物實(shí)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)能力以及科學(xué)精神等，進(jìn)而才能促使生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐活動(dòng)的順利開展，為發(fā)展學(xué)生生物素養(yǎng)提供保障[2].

教師在開展“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，必須要設(shè)計(jì)好如下相關(guān)的生物實(shí)驗(yàn)流程.

流程一：情境整合.教師在“探究生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，必須要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)跨學(xué)科知識應(yīng)用情境，以此來激發(fā)、調(diào)動(dòng)學(xué)生利用既有知識的探究欲與實(shí)踐熱情.如教師可以利用學(xué)生喜歡各種鮮花（以玫瑰花為例）的特點(diǎn)，引出鮮花的培育話題，引發(fā)學(xué)生自主思考、探究的熱情，為開展“探究生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定基礎(chǔ).

流程二：提出問題.教師要基于教學(xué)導(dǎo)入，適時(shí)提出問題：“我們欲大量培育玫瑰花時(shí)，會采用什么樣的方法？”“哪種培育方法更適用于大量玫瑰花的培育需求？”“如何提高玫瑰花培育的效率？”

流程三：研究、討論問題.教師可以采用小組合作形式或是學(xué)生獨(dú)立完成形式，引導(dǎo)學(xué)生利用既往學(xué)習(xí)到的生物學(xué)知識、其他學(xué)科知識就上述問題展開思考.同時(shí)，教師還要鼓勵(lì)學(xué)生在研究、思考與討論的基礎(chǔ)上形成一個(gè)初步的“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案.

流程四：核心學(xué)科知識的構(gòu)建.教師在學(xué)生完成相關(guān)的研究、討論活動(dòng)之后，還要引導(dǎo)學(xué)生基于本次生物實(shí)驗(yàn)的目的，運(yùn)用既有知識（多學(xué)科知識，如科學(xué)知識、生物知識、美術(shù)知識、數(shù)學(xué)知識、技術(shù)工程知識等）以及生活中現(xiàn)有材料去完成“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工作.

流程五：整合、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案.當(dāng)學(xué)生完成“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、材料選擇等工作之后，可以鼓勵(lì)學(xué)生開展相應(yīng)的“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)踐活動(dòng).同時(shí)，教師還要指導(dǎo)學(xué)生如何利用既有工具進(jìn)行生長素（萘乙酸）的濃度調(diào)節(jié)，以保障該實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度與實(shí)驗(yàn)效果.

流程六：實(shí)驗(yàn)成果展示、討論、交流與評價(jià).當(dāng)學(xué)生完成“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)后，還要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)成果展示（分享）、討論與交流的平臺.在學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)成果的過程中，教師要就學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果、知識遷移情況、實(shí)驗(yàn)過程等進(jìn)行教學(xué)評價(jià)，同時(shí)，教師也要就STEM教育理念在本次生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用效果進(jìn)行教學(xué)總結(jié)與反思.

2 基于STEM實(shí)驗(yàn)應(yīng)用目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證能力

由于“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的時(shí)間相對較長，且流程四、流程五是本次生物實(shí)驗(yàn)的核心環(huán)節(jié).因此，教師要為學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)STEM教育理念下的跨學(xué)科生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)表（見表1）.在培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科知識應(yīng)用能力的過程中，還可以促使學(xué)生在該生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐活動(dòng)中不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案、方法等的優(yōu)化與改進(jìn)，使之在“發(fā)現(xiàn)問題→提出假設(shè)→實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)→科學(xué)實(shí)踐與求證→實(shí)驗(yàn)結(jié)果→得出結(jié)論→反思、交流與分享”過程中不斷提升自身的生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證能力、實(shí)驗(yàn)操作能力以及跨學(xué)科知識能力，為發(fā)展學(xué)生生物素養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3].

學(xué)生在具體的“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)操作等環(huán)節(jié)中，隨時(shí)將自己在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題、獲取的知識以及跨學(xué)科知識應(yīng)用情況等進(jìn)行總結(jié)、記錄與反思；同時(shí)，他們也能夠就自己的實(shí)驗(yàn)成果（尤其是階段性的實(shí)驗(yàn)成果）及時(shí)地進(jìn)行總結(jié)與反思，使之能夠在實(shí)驗(yàn)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作等環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，并加以調(diào)整或修正.學(xué)生在不斷的總結(jié)與反思過程中，既會增強(qiáng)其生物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力，還會逐步形成良好的跨學(xué)科知識應(yīng)用意識與能力，這對培養(yǎng)學(xué)生工程意識、科學(xué)思維、探究能力、科學(xué)精神、驗(yàn)證能力等均具有良好的促進(jìn)作用[4].學(xué)生可以通過“生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)表”的記錄情況不斷進(jìn)行該生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)踐操作活動(dòng)的總結(jié)、優(yōu)化以及驗(yàn)證活動(dòng)，從中掌握更多的生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、科學(xué)驗(yàn)證技巧等.同時(shí)，學(xué)生在調(diào)整或優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法、糾正實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤等環(huán)節(jié)中還會不斷完善自己的生物知識、生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，如實(shí)驗(yàn)方案的合理性與科學(xué)性等.另外，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)中也會感受到跨學(xué)科模式下生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)與實(shí)踐的樂趣，在發(fā)揮STEAM理念教學(xué)價(jià)值的同時(shí)，也達(dá)到了發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維、探索精神以及生物學(xué)科核心素養(yǎng)的目的.

3 創(chuàng)設(shè)STEM生物實(shí)驗(yàn)“研學(xué)”情境，發(fā)展學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)

教師運(yùn)用STEM教育理論開展生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，還要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更為豐富的“研學(xué)”情境.使之能夠在“研學(xué)”過程中體驗(yàn)、感受到更多的生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)與實(shí)踐樂趣，不斷豐富自身生物知識、提升生物實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?為提高STEM教育理念在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效能、發(fā)展學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)以及跨學(xué)科知識應(yīng)用能力奠定基礎(chǔ).

由于“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長，教師可以結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)開展情況適時(shí)地創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的“研學(xué)”情境.如在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)“實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)”的“研學(xué)”情境，鼓勵(lì)學(xué)生就該生物實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行廣泛的交流活動(dòng)，以提高學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力.如有的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)“研學(xué)”中，就玫瑰花的生長環(huán)境、扦插溫度等進(jìn)行了廣泛的研究；也有的學(xué)生就玫瑰花扦插實(shí)驗(yàn)時(shí)可能出現(xiàn)的各種影響因素進(jìn)行了討論，如萘乙酸的濃度、扦插溫度等.在實(shí)驗(yàn)中期時(shí)，教師也要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)中期成果的“研學(xué)”情境，并引導(dǎo)學(xué)生就自己在“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及中期實(shí)驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行交流與討論，或是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化及優(yōu)化原因、跨學(xué)科知識的應(yīng)用情況等.如有學(xué)生在“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”的生物實(shí)驗(yàn)中期“研學(xué)”活動(dòng)中聽取了同學(xué)的意見，并結(jié)合自己搜集到的相關(guān)知識，及時(shí)將原有的萘乙酸濃度配制范圍進(jìn)行了合理的調(diào)整，將原有的萘乙酸濃度配制方案（原濃度配制方案為0.1～1.0 mg/mL）及時(shí)調(diào)整為0.6～1.0 mg/mL，以此來提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，且減少了其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不合理性.另外，學(xué)生在相關(guān)的“研學(xué)”情境中，既可以了解、學(xué)習(xí)其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法與技巧，還可以不斷豐富自身的實(shí)踐操作技巧以及跨學(xué)科知識的應(yīng)用技巧等，這對豐富學(xué)生知識視野和生物學(xué)科知識、發(fā)展學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)等均具有良好的促進(jìn)作用.

4 基于生物實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)，開展多元化教學(xué)評價(jià)

首先，基于生物實(shí)驗(yàn)實(shí)施環(huán)節(jié)，開展多元化教學(xué)評價(jià).由于“探究生長素類似物促進(jìn)玫瑰花插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)過程較長，教師需定期就學(xué)生在該生物實(shí)驗(yàn)中的階段性成果、具體實(shí)施情況、跨學(xué)科知識運(yùn)用情況等開展多元化教學(xué)評價(jià)（如過程性教學(xué)評價(jià)、賞識性教學(xué)評價(jià)、激勵(lì)性教學(xué)評價(jià)等），幫助學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)、了解自身在該生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)踐操作等環(huán)節(jié)中存在的問題或是閃光點(diǎn)，使學(xué)生能夠在教師的評價(jià)中不斷就自身的生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或操作過程加以完善或優(yōu)化，為提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)質(zhì)量與效果提供保障.其次，基于生物實(shí)驗(yàn)成果展示，實(shí)施發(fā)展性教學(xué)評價(jià).過程性教學(xué)評價(jià)是以多元智能理論、成功智力理論以及建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)的一種教學(xué)評價(jià)模式，其更加側(cè)重學(xué)生的個(gè)體發(fā)展情況，能夠有效地發(fā)現(xiàn)、發(fā)展學(xué)生的潛能，這對促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展具有重要意義.因此，教師可以基于學(xué)生在該生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、參與情感、科學(xué)精神、跨學(xué)科知識應(yīng)用能力、探究精神等開展相應(yīng)的評價(jià)，以達(dá)到促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)、跨學(xué)科知識應(yīng)用能力等目的奠定基礎(chǔ).

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［責(zé)任編輯：季春陽］