STEM理念下高中生物實驗教學優化路徑分析

鄭艷

摘 要：STEM理念是時代發展下衍生的一種新型教育理念，有效落實該教育理念有利于培養學生綜合素質，對強化學生創新思維與實踐能力具有重要價值。STEM理念的全面滲透給高中生物實驗教學帶來了新的機遇，同時也使高中生物實驗教學面臨更多挑戰。不斷創新教學方式，更新教學理念，成為高中生物教師在未來展開生物實驗教學時必須落實的任務。遵循STEM教育理念構建生物實驗課堂能為學生提供更豐富的學習資源，對完善生物教學，提高學生學習興趣意義重大。文章結合STEM教育理念的定義、目標與原則分析了高中生物實驗教學改進的優勢，對當前我國開展高中生物實驗教學所面臨的問題展開探討，并針對性提出建議，以供參考。

關鍵詞：STEM理念；高中生物；實驗教學；優化途徑

高中階段的學生已經形成了對事物的基本認知，已經養成了一定的學習習慣，其在進行學科學習時會依照自身學習經驗展開，在此階段高中生物教師應注重影響學生的思想與認知，不斷通過創新教學手段培養學生的創新思維，使學生成為新時代社會需求的復合型人才。STEM教學理念的全面滲透能真正促進高中生物實現綜合教育，充分發揮項目式教學的作用，使高中生物實驗教學更加貼近生活，使學生在進行實驗時不斷提高自身動手能力。由此可見，STEM教學理念的落實能夠滿足當前對高中生物教育提出的基本要求，有利于解決當前高中生物教學中存在的問題。

一、STEM教育理念概述

（一）定義

STEM教育理念包含科學、科技、工程、數學四大學科，是一種跨學科式的教育方法，提倡培養學生的多維思考能力，使學生能夠運用這種能力解決現實問題。STEM教育理念的有效應用能使學生自主探究能力得到培養，學生可以在學習過程中通過自主動手解決問題，培養學習興趣。STEM教育理念的有效落實需要以項目式教學法為依據展開，引導學生通過合作與實踐解決問題，對落實綜合教育具有深遠意義。STEM教育理念注重關注學生的學習過程，鼓勵學生親自動手實踐，并在此過程中充分挖掘學生潛能，為學生未來的自主學習打下基礎。

（二）目標

STEM教育理念下的教學活動開展以培養學生科學素養、技術能力、工程思維、數學素質、創造能力、問題解決能力、協作精神與創新思維為主要教育目標[1]。有效落實STEM教育理念能使學生更精準地理解科學概念，掌握學習相關知識的方法，強化學生現代科技工具使用能力與工程設計制造能力，啟發學生創造能力，培養學生創新思維。有效落實STEM教育理念還能使學生對數學概念的理解與應用能力得到增強，強化學生自主解決問題的能力，激發學生協作精神與團隊合作意識。由此可見，STEM教育理念是培養學生綜合能力的重要抓手。

二、改進高中生物實驗教學的意義

（一）提高實驗教學效果

實驗教學是高中生物教學中的一項重要內容，在生物課程的教學過程中有效展開實驗教學，能提高學生對生物理論知識掌握的牢固程度，也能對生物知識進行補充。高中生物實驗教學有效改進不僅能提高生物實驗教學效果，還能使高中生物教學水平整體得到提高。教師在生物課堂上引入生物實驗，將生物實驗內容充分融入生物教學中，并鼓勵學生積極參與生物實驗，能使理論知識的教學更為直觀，提高學生對這些知識的理解程度。高中生物中蘊含大量的抽象知識，學生無法通過教師的語言教學理解這些知識，而有效融入實驗教學并對傳統實驗教學模式進行改進，能使學生直接理解知識的形成過程，掌握知識的利用方式[2]。

（二）激發學生的學習興趣

不斷對高中生物實驗教學進行優化能激發學生的生物學習興趣。受到傳統應試教育理念的影響，部分教師在展開生物教學時習慣使用灌輸式與講解式教學模式。這些教學模式不僅會將學生放置在課堂被動地位，還會制約學生的生物學習興趣。有效落實生物實驗教學并對生物實驗教學模式做出優化，能使學生通過親自動手了解生物教學內容，在實際操作的過程中學生個人價值能夠充分得到體現，學生也能在實驗過程中獲得生物學習成就感，滿足學生學習需求。利用多樣的實驗教學活動激發學生興趣，在調動學生學習積極性的同時，激起學生生物學習欲望。

（三）提高學生實驗操作技能

對高中生物教學模式進行全面優化有利于提高學生實驗操作能力，新課標對培養學生動手能力與實踐操作能力有著明確規定，生物教師在展開教學時，需利用有效方法培養學生相關技能。在實驗教學中培養學生思考觀察操作能力能夠起到事半功倍的作用，高中生物教師應在構建實驗課堂的過程中，有意識地引導學生主動參與，使學生通過順利完成生物實驗獲得學習成就感，并在此過程中培養自身操作能力。在參與生物實驗的同時學生能夠了解到高中生物教學中的重難點，并通過自主觀察與思考探究知識內涵，對培養學生問題解決能力也具有重要價值[3]。

三、我國高中生物實驗教學的現狀

（一）教學手段缺乏創新

在新課程改革理念不斷滲透的當前階段，我國眾多高中生物教師已經認識到優化高中生物實驗教學的重要性，并在展開生物教學時積極完善實驗教學體系。然而，在高中生物實驗教學優化的過程中，依然存在一些問題阻礙了生物實驗教學有效性的發揮。首先，部分高中生物教師在展開實驗教學時，存在教學手段落后、教學模式缺乏創新的現象。現階段越來越多的先進教學方法已經在高中生物教學中得到應用，這些教學手段有利于推動高中生物教學提質增效，而部分教師教學思想受制于傳統教學理念，依然在以教材為基礎對學生展開理論知識的灌輸，導致學生生物學習興趣得不到有效激發，學習能力難以提升。

（二）教育理念缺乏更新

部分高中生物教師教育理念受制于傳統應試教育理念，更注重“智育”，在教學過程中忽略了“德育”，這種方式的教學容易使學生出現被動學習現象，不僅會影響學生對生物學習的興趣，還會使學生陷入錯誤的學習模式中。部分高中生物教師從教年齡較長，擁有豐富的教學經驗，在教學過程中已經形成了成熟的教育習慣，然而在教育改革的滲透下傳統的教學模式已經不再適用于當前，若教師不根據時代變化與學生學習需求調整教育模式，只是依據自身教學經驗展開教學，就會對學生學習信心與主動性形成制約。部分教師并未根據人才培養體系變化更新自身教育思想，學生在學習過程中缺乏與教師的有效溝通，這也是導致高中生物教學無法實現創新發展的重要因素。

（三）課堂關系有待整改

傳統應試教育理念下的高中生物課堂主要是以教師講解學生記錄的方式展開的，教師更注重強化學生的知識掌握，一味通過重復性的講授來加強學生對理論知識的掌握。這種形式的生物教學忽略了對學生實踐能力的培養，學生在學習過程中容易產生消極情緒，若教師一味講解重難點，還會使學生產生對生物學習的畏難心理。此外，部分高中生物教師在展開課堂教學時過于注重自身課堂主體地位，學生在學習過程中處于被動地位，如通過死記硬背的方式進行生物學習等，這種形式的生物教育并不符合核心素養教育理念，不但無法使學生掌握知識點，還可能會影響學生的學習能力。

（四）實驗教學落實不足

現階段實驗教學雖然已經在高中生物教學中得到普及，但依然存在部分教師并未重視高中生物實驗課堂的構建，在展開生物教學時體現出實驗教學落實不足的現象。生物實驗教學不僅能強化學生對生物知識點的掌握，還能有效培養學生實驗操作能力與動手能力，對培養學生邏輯思維與創新意識具有重要價值。然而部分生物教師并未摒棄傳統教育的固有思想，沒有根據學生實際情況，對生物教學體系進行創新與優化，學生依然處于固化的學習環境中進行生物學習，課堂也沒有充分的實踐操作環節作為支撐，導致學生無法積極主動參與生物課堂，影響生物教學有效性[4]。

四、STEM理念下實現高中生物實驗教學優化的有效路徑

（一）豐富生物實驗教學手段，創新教學模式

高中生物教師在構建實驗課堂的過程中，應積極對實驗教學手段進行創新，提高教學豐富程度，積極為學生打造良好的實驗學習環境，強化生物實驗教學的有效性。實驗是高中生物教學的重要內容，有效利用實驗教學完善生物教學內容，以強化生物教學效果。首先，高中生物教師應提高生物教學中的實驗教學比重，積極在課堂上展開實驗教學，構建多種實驗教學體系，包括教師示范型實驗教學、視頻示范型實驗教學、學生實踐型實驗教學等，將實驗教學充分融入生物教學的各個環節，使學生能在實驗中學習生物，利用實驗強化學生知識的理解與掌握。

比如，在“光合色素的提取與分離”相關內容的教學中，教師可以與學生共同展開實驗，將學生分為幾個小組，以小組為單位進行實驗，為學生準備充足的實驗器材與材料，像菠菜、紫甘藍等含有大量色素的實驗對象，學生可以在實驗過程中得出結論，并通過親手操作理解理論知識的具體含義。有效落實實驗教學還能培養學生的創造能力，是順應STEM教學理念的重要行為。

（二）順應教學需求更新思想，挖掘教材

STEM理念下若想實現高中生物實驗教學的全面優化，還需高中生物教師在教學中不斷更新自身思想，順應時代發展，接受先進教育理念，并在教學過程中融合先進教育理念，充分挖掘教材內容，探索教材中蘊含的趣味性元素，將其融入實驗教學的各個環節，提高學生生物實驗學習的積極性，促進生物實驗教學效率全面提高。在傳統教學理念影響下，部分生物教師依然在使用傳統生物教學模式，教學過程中直接按照教材內容規律展開教學，這種教學方式容易使生物課堂出現枯燥乏味的現象，學生在學習過程中難以對學習內容產生興趣，出現課堂注意力不集中等行為，影響學生生物學習效果。在先進技術飛速發展的當前階段，信息化教學設備逐漸融入高中生物課堂，教師應轉變自身觀念，在展開實驗教學的過程中積極應用這些設備，深入研究教材，給學生創造更良好的學習環境。

（三）轉變師生課堂地位，強調學生的實際操作能力

融合先進技術展開生物實驗教學有利于培養學生自主操作能力，對實現師生課堂關系的轉變具有重要價值。伴隨先進信息技術的快速發展，先進信息技術手段已經在教育領域得到廣泛應用，這些教學設備在促進教學提質增效方面發揮出重大作用，將多媒體技術充分應用在高中生物實驗教學中是促進生物實驗教學實現全面優化的重要途徑。高中生物教師應在展開實驗教學的過程中積極利用多媒體技術對實驗流程進行整理，并在實際開展實驗的過程中為學生展示，降低學生的實驗難度，提高實驗教學有效性。教師還可以充分挖掘信息教學技術的功能，構建微課堂等線上教育體系，使學生能夠實現隨時隨地的生物學習，真正成為課堂的主人，掌握學習的規律。此外，多媒體技術融合還能輔助學生進行實驗的實際操作，學生可以搜索相關實驗案例，跟隨案例步驟逐步操作，有利于強化實驗教學效果。線上課堂的構建還能成為學生解決問題的主要渠道，學生可以隨時將學習過程中發現的問題發布在平臺上，教師則可以及時為學生解答。多媒體技術的融合有利于生物教師教學難度較大或無法實際操作的實驗。

例如，在學習《雜交育種》一課時，教師無法通過親自實驗展開教學，但可以在互聯網上搜索相關實驗視頻，在教學過程中為學生播放，也可以選擇利用動畫演示的形式為學生介紹相關理論，在吸引學生注意力激發學生學習興趣的同時，降低學生學習難度，使學生更好地理解和掌握這些知識[5]。

（四）豐富實驗教學體系，建設生物實驗基地

STEM理念下針對高中生物實驗教學進行全面優化，還需教師在實驗教學過程中不斷豐富實驗體系，學校也需提高對生物實驗教學的重視程度，加大對生物實驗教學相關資金的投入，為學生建設生物實驗基地，使學生擁有更廣闊的實踐學習途徑。教師在進行生物實驗教學體系構建時，應充分考慮學生認知與學習需求，根據學生實際情況建設實驗教學體系，對學生進行有效分層，根據學生個體差異打造不同形式的實驗教學。在落實實驗教學時教師應注重培養學生實操能力與邏輯思維，鼓勵學生親自動手參與實驗，強化學生實踐能力。高中生物教師應認識到構建實驗課堂的重要價值，并在實際教學過程中有意識地進行實驗課堂構建，學校也應順應STEM教育理念，針對高中生物教學基礎設施進行整改，引進先進設備，打造專業實驗基地，為教師開展生物實驗課堂、學生參與生物實驗提供便利條件。

結束語

綜上所述，STEM教學理念能夠充分滿足當前高中生物實驗教育的基本需求，貼合教學改革策略。將STEM教育理念落實到高中生物實驗教學中，能進一步提高學生學習興趣。高中生物教師應將STEM理念與傳統教育理念充分融合，并在此基礎上展開生物實驗教學內容設計，保證生物實驗教學能夠在開展過程中取得更好的效果。高中生物教師應充分挖掘教材內容，不斷增強學生生物實驗積極性，為學生打造良好的學習環境，提高生物實驗教學有效性，并在教學過程中積極發揮信息技術的作用，為學生建立學習自信心，強化學生實踐能力，培養學生自主探究與反思能力，幫助學生更好地學習生物知識，提高生物實驗教學效果。

參考文獻

[1]王永田，蔣沂蒙.新課標視角下高中生物STEM教育實施路徑探析[J].現代教育，2021（6）：20-23.

[2]李首智.基于STEM教育理念的高中生物教學實踐模式探究[J].科學咨詢（教育科研），2021（5）：214-215.

[3]蒲明強，何其波.STEM理念下培養核心素養的高中生物實驗教學初探：以“微生物的實驗室培養與應用”為例[J].教育科學論壇，2020（19）：70-73.

[4]王榕.STEM教育在發展高中生物學核心素養中的應用[J].科學咨詢（教育科研），2020（6）：122.

[5]王雪，楊曉杰，姜淑娟，等.基于STEM教育的高中生物學核心素養培養策略[J].高師理科學刊，2020，40（2）：107-110.