融合STEM理念的5E教學(xué)模式在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

張瀚月 雍麗娟 朱麗 閆秋潔

摘? ?要：在新高考課程教學(xué)改革的大背景下，高中生物教學(xué)需要能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和社會(huì)責(zé)任感的教學(xué)模式。文章結(jié)合STEM理念和5E教學(xué)模式，以高中生物“探究影響酶活性的條件”一課為例，從實(shí)踐角度闡述融合STEM理念的5E教學(xué)的應(yīng)用方法，說(shuō)明了以5E教學(xué)作為載體，將STEM理念與高中生物教學(xué)深度融合，能有效培養(yǎng)學(xué)生的批判思維達(dá)到提高綜合素質(zhì)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：高中生物；STEM教育理念；5E教學(xué)模式

1? 高中生物教學(xué)模式的改善措施

《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》指出要強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?！镀胀ǜ咧姓n程方案》要求進(jìn)一步提升學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感，促進(jìn)學(xué)生自主，探究的學(xué)習(xí)。在目前的高中生物教學(xué)模式中，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的探究式[ 1 ]、情境化[ 2 ]、分組討論[ 3 ]、自主式[ 4 ]、問(wèn)題引導(dǎo)式[ 5 ]等教學(xué)模式被逐漸引入，極大改善了傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)的不足。胡波以探究式的教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建生物學(xué)概念，提高了學(xué)生解決問(wèn)題的能力[ 6 ]；余國(guó)文的自主學(xué)習(xí)模式教學(xué)達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生合作探究能力的目標(biāo)[ 7 ]。探究式和自主式教學(xué)能夠引導(dǎo)學(xué)生建立探究式思維，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，但在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和社會(huì)責(zé)任感方面還未能充分發(fā)揮作用。為了完全達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)的目標(biāo)，就應(yīng)博采眾長(zhǎng)，綜合運(yùn)用多種先進(jìn)的教學(xué)模式。

STEM教育理念以學(xué)生為主體，讓學(xué)生在參與課堂的過(guò)程中形成自學(xué)意識(shí)。注重培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，通過(guò)教學(xué)互動(dòng)啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考、積極動(dòng)手操作的能力[ 8 ]。而5E教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的探究性學(xué)習(xí)，較傳統(tǒng)教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)生的興趣[ 9 ]。在當(dāng)下的課程改革中，5E教學(xué)模式是一個(gè)非常適用于生物教學(xué)的教學(xué)模式，它有助于課程理念的落實(shí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念，科學(xué)思維，科學(xué)探究以及社會(huì)責(zé)任，更有利于提升學(xué)生的創(chuàng)新能力[ 10 ]。實(shí)施STEM教育理念和5E教學(xué)模式的特點(diǎn)符合目前的教學(xué)目標(biāo)，因此，將融合了STEM教育理念的5E教學(xué)模式應(yīng)用于高中生物教學(xué)課堂，探索能夠更好地滿足《普通高中課程方案》和《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》培養(yǎng)要求的教學(xué)模式，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的探究性思維、創(chuàng)新能力，提高綜合素質(zhì)的目的。

2? STEM教育理念和5E教學(xué)法概念

2.1? STEM教育理念

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)這4個(gè)詞英文首字母縮寫?？茖W(xué)教育（S）在高中生物的教學(xué)中是要通過(guò)教師對(duì)知識(shí)的引導(dǎo)來(lái)幫助學(xué)生建立對(duì)一些現(xiàn)象的框架理解，找到生物生命活動(dòng)規(guī)律。技術(shù)教育（T）融合生物學(xué)科的教學(xué)來(lái)看，就是能夠應(yīng)用一些創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，更深層面地理解生物知識(shí)。工程教育（E）在高中生物教學(xué)中就是讓學(xué)生明確問(wèn)題，制定實(shí)驗(yàn)方案再優(yōu)化改進(jìn)，培養(yǎng)科學(xué)思維。數(shù)學(xué)教育（M）放在高中生物中就是對(duì)數(shù)據(jù)的分析，在得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果之后學(xué)生自己分析結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和解決問(wèn)題的能力。

2.2? 5E教學(xué)模式

5E教學(xué)模式是一種基于建構(gòu)主義的探究式教學(xué)模式，包括吸引、探究、解釋、遷移和評(píng)價(jià)5個(gè)主要的教學(xué)環(huán)節(jié)。吸引：是指教師恰當(dāng)?shù)囊脤?shí)例吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生再結(jié)合引導(dǎo)進(jìn)行思考；探究：是指學(xué)生要針對(duì)特定的內(nèi)容進(jìn)行探究活動(dòng)，如生物教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)部分，學(xué)生自己設(shè)計(jì)操作實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，得出結(jié)論，教師給予學(xué)生引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力；解釋：是指學(xué)生自己分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出初步解釋，教師再綜合學(xué)生的解釋給出科學(xué)概念，此環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維；遷移：是指教師將本節(jié)內(nèi)容遷移到現(xiàn)實(shí)中，幫助學(xué)生理解一些常見(jiàn)現(xiàn)象，同時(shí)講授一些知識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感；評(píng)價(jià)：是指教師運(yùn)用一定的方法評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解以及應(yīng)用能力，以便教師能夠及時(shí)了解學(xué)生的情況并做出調(diào)整。

3? 融合STEM教育理念的5E教學(xué)模式應(yīng)用

5E教學(xué)模式和STEM理念具有相同的目標(biāo)，這使得在實(shí)際生物教學(xué)過(guò)程中能自然地將STEM理念融入到5E教學(xué)模式的課堂中，發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)解決實(shí)際教學(xué)問(wèn)題。下面將以人教版高中生物必修一第五章第一節(jié)實(shí)驗(yàn)——探究影響酶活性的條件為例，闡述整個(gè)融合的教學(xué)過(guò)程。

3.1? 融合S的5E之吸引——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境

情境創(chuàng)設(shè)：教師以洗衣粉和洗衣液讓學(xué)生觀察兩者的相同之處，引導(dǎo)學(xué)生得出二者都加了酶，且要用溫水浸泡的結(jié)論。然后提出3個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考溫度會(huì)影響加酶洗衣粉的活性：（1）浸泡洗衣粉時(shí)水的溫度越高越好嗎？（2）你還能提出哪些影響酶活性的條件？（3）你提出這些假設(shè)的依據(jù)是什么？通過(guò)問(wèn)題的串聯(lián)講解完成STEM教育理念中的S層面教育：溫度，pH會(huì)破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，酶大多是蛋白質(zhì)組成。

這樣的情境學(xué)生親身參與，體現(xiàn)了學(xué)生的主體性，達(dá)到了吸引學(xué)生興趣的目的，且培養(yǎng)了學(xué)生的生命觀念：理解過(guò)酸過(guò)堿或溫度過(guò)高會(huì)使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)被破壞，從而影響酶活性的概念。

3.2? 融合T的5E之探究——設(shè)計(jì)操作

根據(jù)“pH會(huì)影響酶活性”的假設(shè)，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證pH是如何影響酶活性的，由學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生因思維固化大多會(huì)采用書上的建議方案用過(guò)氧化氫酶來(lái)探究pH對(duì)酶活性的影響；教師再根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)方案修改補(bǔ)充，帶領(lǐng)學(xué)生一起操作實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)材料是20%的肝臟研磨液，3%的過(guò)氧化氫溶液，以及不同pH的溶液（pH為5，6，7，8，9），蒸餾水，試管架，試管，膠頭滴管。準(zhǔn)備5個(gè)相同的試管，在5個(gè)試管里加入2 mL 3%的過(guò)氧化氫溶液；再向5個(gè)試管里分別加入1 mL pH為5-9的溶液搖勻；然后在5個(gè)試管內(nèi)均加入兩滴肝臟研磨液輕輕震蕩；最后觀察氣泡產(chǎn)生量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：加入了pH為8的溶液試管中，氣體產(chǎn)生量最多。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生操作的每一步都是STEM理念中技術(shù)教育T的體現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)要成功地得出結(jié)果，每一步都需要正確的技術(shù)，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生動(dòng)手能力得到鍛煉。且該實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生合作完成的，學(xué)生的協(xié)作能力得到培養(yǎng)，這也是一種培養(yǎng)技術(shù)的教育。

3.3? 融合M的5E之解釋——分析結(jié)果

在得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，帶領(lǐng)學(xué)生分析結(jié)果，依據(jù)得到的數(shù)據(jù)制作曲線圖，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)分析得結(jié)論：過(guò)酸過(guò)堿都會(huì)影響酶活性。在整個(gè)分析過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維，提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。用數(shù)學(xué)去解決分析生物的問(wèn)題，不僅解答了問(wèn)題，更能培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展。

3.4? 融合E的5E之探究——?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)

在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作完成后，教師引導(dǎo)學(xué)生思考其存在的問(wèn)題：肉眼不好觀察相近pH條件下產(chǎn)生的氣泡量差異，即不好判斷酶活性的差異；學(xué)生明確問(wèn)題后再改進(jìn)方案，這是STEM理念中的工程教育。教師進(jìn)一步語(yǔ)言引導(dǎo)：“淀粉遇碘變藍(lán)，淀粉酶分解淀粉，新方案可考慮用碘作鑒定試劑”。學(xué)生制定新方案：準(zhǔn)備5個(gè)大小一樣的小濾紙片；將5個(gè)小濾紙片分別放入5個(gè)不同pH的淀粉酶溶液中浸泡；一段時(shí)間后將小濾紙片移入淀粉瓊脂培養(yǎng)基；再等待一段時(shí)間后移走小濾紙片往淀粉瓊脂培養(yǎng)基中加入鑒定試劑碘；一段時(shí)間后觀察小濾紙片上分解圈大小，以分解圈大小判斷酶活性。分解圈大小可以用尺子或更精確的儀器測(cè)量比肉眼更準(zhǔn)確，這個(gè)方案有效解決了肉眼不好觀察相近pH對(duì)酶活性影響的問(wèn)題：分解圈越大，酶活性越強(qiáng)。

這樣應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)手段，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不斷優(yōu)化方案，能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，改變學(xué)生思維被固化的現(xiàn)象，學(xué)生不再是被動(dòng)的接受知識(shí)，而是能舉一反三有效改變了應(yīng)試教育的弊端。

3.5? 融合S的5E之遷移——聯(lián)系實(shí)際

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)已掌握過(guò)酸過(guò)堿會(huì)影響酶活性，教師再引導(dǎo)和實(shí)際生活聯(lián)系起來(lái)。如海洋酸化就是海洋的pH值下降，這會(huì)導(dǎo)致海洋動(dòng)物的呼吸代謝酶活性下降，造成海洋酸化的原因就是工業(yè)污染導(dǎo)致二氧化碳濃度升高。從而引導(dǎo)學(xué)生思考綠色生活，保護(hù)海洋動(dòng)物，保護(hù)環(huán)境，這也是STEM理念中的S。將S融進(jìn)遷移，這樣的設(shè)計(jì)可培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，將學(xué)到的知識(shí)用于實(shí)際和實(shí)際聯(lián)系，這樣的學(xué)習(xí)才有意義。

3.6? 5E之評(píng)價(jià)——實(shí)驗(yàn)再設(shè)計(jì)

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了兩種探究pH對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)，但溫度對(duì)酶活性的影響還沒(méi)有探究，為了檢測(cè)學(xué)生的理解情況以及對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，讓學(xué)生延伸再設(shè)計(jì)一個(gè)探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)。

4? 模式應(yīng)用結(jié)果分析

4.1問(wèn)卷調(diào)查

4.1.1問(wèn)卷調(diào)查方案

為了驗(yàn)證融合STEM理念的5E教學(xué)模式效果如何，針對(duì)該節(jié)課對(duì)三個(gè)班采用不同教學(xué)模式，再設(shè)計(jì)問(wèn)卷對(duì)三個(gè)班學(xué)生展開(kāi)調(diào)查。調(diào)查對(duì)象為攀枝花市十五中高一十五班42位學(xué)生（采用融合STEM理念的5E教學(xué)模式）和高一十二班44位學(xué)生（只采用探究式教學(xué)模式）和高一十三班46位學(xué)生（采用填鴨式教學(xué)模式）。

問(wèn)卷共設(shè)置5個(gè)題目，每一題有5個(gè)選項(xiàng)：A、B、C、D、E。A代表完全贊同，B代表贊同，C代表中立，D代表不太贊同，E代表完全不贊同。設(shè)置的題目為：（1）這節(jié)課我的動(dòng)手能力得到了很大鍛煉。（2）這節(jié)課拓展了我的知識(shí)面。（3）通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)提高了我的探究能力。（4）這節(jié)課我的參與感很強(qiáng)。（5）這節(jié)課對(duì)我思維的拓展有很大啟發(fā)。

4.1.2數(shù)據(jù)收集及信度檢驗(yàn)

以上問(wèn)卷共發(fā)放132份，共回收問(wèn)卷132份，故有效率為100%。問(wèn)卷的信度分析見(jiàn)表1。

調(diào)查結(jié)果顯示，十五班每道題選A的大于70%;十二班選擇出現(xiàn)了較大差異;十三班每道題選E的最多。說(shuō)明比起填鴨式教學(xué)，單一教學(xué)模式在一些方面有促進(jìn)作用，但不全面；融合STEM理念的5E教學(xué)模式效果較填鴨式和單一教學(xué)模式好，對(duì)學(xué)生解決分析問(wèn)題，創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的提高以及科學(xué)思維和社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)有促進(jìn)作用，更符合《普通高中課程方案》和《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》的要求。

5? 小結(jié)

綜合以上教學(xué)應(yīng)用設(shè)計(jì)來(lái)看，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師沒(méi)有直接給學(xué)生灌輸知識(shí)，而是通過(guò)日常生活中常見(jiàn)的實(shí)例帶領(lǐng)學(xué)生觀察分析做假設(shè)，再以問(wèn)題串的形式引導(dǎo)學(xué)生往本節(jié)內(nèi)容“影響酶活性的條件有哪些”上思考，做到了在學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的教學(xué)過(guò)程融入科學(xué)知識(shí)；學(xué)生結(jié)合書上的提示自己設(shè)計(jì)操作實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力；教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用數(shù)學(xué)思維做出分析，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維；再點(diǎn)撥學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)的不足，設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及拓展學(xué)生的視野啟發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中要舉一反三多思考；在學(xué)生得到結(jié)論之后，教師應(yīng)適時(shí)地給學(xué)生拓展知識(shí)面，聯(lián)系實(shí)際，既能讓學(xué)生意識(shí)到生物學(xué)的有趣，又能在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。整個(gè)教學(xué)過(guò)程很好地解決了“填鴨式”教學(xué)的不足和單一教學(xué)模式不完善的問(wèn)題，學(xué)生的參與感強(qiáng)，同時(shí)學(xué)生的綜合素質(zhì)也能在這個(gè)過(guò)程得到提升。說(shuō)明融合了STEM教育理念的5E教學(xué)模式既能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，也能實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主體性，達(dá)到了自主學(xué)習(xí)的目的。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 陳玉梅.高中生物探究式教學(xué)策略研究[J].教學(xué)管理與教育研究，2023，8（1）：80-81.

［2］ 張小艷.高中生物生活化情景創(chuàng)設(shè)教學(xué)的策略研究[J].高考，2020（2）：179.

［3］ 彭曉輝.在高中生物教學(xué)中應(yīng)用討論式教學(xué)法的策略研究[J].天天愛(ài)科學(xué)（教育前沿），2021（7）：59-60.

［4］ 彭婷.高中生物教學(xué)中的自主學(xué)習(xí)模式實(shí)踐策略[J].試題與研究，2020（21）：101.

［5］ 馬龍輝.淺議問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)模式在高中生物教學(xué)中的運(yùn)用[J].中國(guó)多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報(bào)（下旬刊），2022（9）：121-124.

［6］ 胡波.合作探究模式下科學(xué)概念生成的探討：以“生物進(jìn)化的原因”教學(xué)為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2022，38（6）：21-23.

［7］ 余國(guó)文.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)：以“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2022，38（5）：45-48.

［8］ 尉士鑫. 基于STSE教育理念的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學(xué)，2022.

［9］ 康浩.基于5E教學(xué)模式的高中生物課堂教學(xué)設(shè)計(jì)：以“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”為例[J].課程教材教學(xué)研究（中教研究），2021（J）：56-58.

［10］ 朱凱.5E教學(xué)模式在初中生物課堂上的實(shí)踐運(yùn)用[J].教學(xué)管理與教育研究，2022（21）：99-101.