STEM教育理念下的初中生物課程整合

在科技飛速發展的當下，社會對具備跨學科知識與綜合能力的人才的需求激增。STEM教育理念打破學科界限，整合科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）領域知識，為教育變革提供新思路。初中生物課程富含自然科學知識，與STEM其他學科聯系緊密，是開展跨學科整合的優質土壤。STEM教育強調學科之間的相互滲透，并非簡單疊加。科學為理解自然世界提供理論框架；技術是運用知識實現特定目標的手段；工程側重設計、建造系統或產品；數學則是量化分析、邏輯推導的工具，四者相輔相成。文章深入剖析STEM教育跨學科、重實踐、強探究的特性，探索其與初中生物教學融合的路徑，旨在提升生物教學質量，培養學生綜合素養，為初中生物課程改革提供參考依據。

一、STEM教育目標

STEM教育目標主要聚焦全方位塑造學生的素養與能力，契合未來社會需求。首要目標是融合知識，打破科學、技術、工程、數學之間的學科壁壘，構建相互關聯的知識體系，并將知識應用于真實情境。其次是提升學生綜合能力，借開放性難題培養其批判性思維與問題解決能力，讓學生面對“交通”擁堵時能自主找思路。STEM教育幫助學生在解決真實問題的場景應用跨學科的知識，讓學生可以將零散的知識變成互相聯系的整體，實現跨學科的學習，有利于培養學生的創新實踐能力。

二、STEM理念滲透初中生物教學的可行性

（一）問題導向下的項目式學習

問題導向下的項目式學習是指以實際問題為驅動，將STEM理念融入生物教學過程，讓學生在解決實際問題的過程中，實現跨學科知識的整合與應用。教師根據學生的興趣和教學目標，設計一個具有挑戰性的、真實的生物學科問題，作為項目學習的起點，引導學生圍繞提出的問題，進行項目規劃。在項目式學習中，學生需要將所學的STEM知識（科學、技術、工程和數學）綜合運用，解決生物學科問題。項目完成后，教師引導學生進行自我反思和小組反思，評價項目過程中的學習效果、團隊合作和問題解決策略，幫助學生總結經驗。通過問題導向下的項目式學習，教師能夠在初中生物教學中滲透STEM理念，培養學生的探究能力、創新能力。

（二）實驗操作中應用跨學科知識

在實驗操作中應用跨學科知識是指將科學、技術、工程和數學的知識和技能融入生物實驗教學中，以提高學生的綜合素養和創新能力。生物實驗要求學生掌握生物學的基本原理，還要運用物理、化學等科學知識來解釋實驗現象。同時，利用現代技術工具收集和分析實驗數據，在實驗數據的處理和分析中，學生可應用統計學、幾何學等數學方法，計算實驗結果，并使用圖表、曲線擬合展示實驗結果。開展跨學科實驗項目的目的在于讓學生在解決實際問題的過程中，綜合運用多學科知識，進行跨學科實驗操作，鼓勵學生跳出傳統生物學實驗的框架，進行創新性思考和實踐，以此加深學生對生物學知識的理解。

三、基于STEM教育理念的初中生物課程整合探索

（一）分析初中生物課程標準，梳理跨學科融合節點

在積極踐行STEM教育理念、推動初中生物課程跨學科整合的進程中，精準梳理融合點是關鍵的起始步驟。這要求教師以課程標準為藍本，對生物教材各章節進行剖析，讓隱藏于其中的跨學科線索清晰浮現，要保證兩個學科跨學科知識點的整合，需要先找到原學科的知識點，并且要確保這些跨學科課程內容的科學性和可行性。

教師在分析課程標準時，需深度研讀生物文本，生物課程主要引導學生探究生命現象及其內在規律，本質上屬于科學課程范疇。教師在著手梳理內容標準時，要將知識板塊精細劃分。以人教版七年級生物上冊“細胞的活動”章節為例，需詳細羅列細胞結構、功能等各項知識點，同步分析并篩選其中適配跨學科融合的內容，例如在細胞大小測量的章節中，會涉及數學幾何知識，教師需對該章節重點標注，以便后續的教學設計。教師在探究生物教材的同時，要重點留意教學建議模塊中引導學生自主探究、實操實驗的相關提議，深入思考如何在生物教學中融入物理實驗嚴謹規范的設計思路，以此優化生物教學流程，讓實驗教學更具科學性與邏輯性。同時，教師需從中分析每章節內容對學生綜合能力的考查導向，逆向推導跨學科融合的關鍵要點，確保教學目標與評價體系緊密契合。

梳理跨學科融合節點，需扎根生物知識體系，探尋與之緊密關聯的學科。尤其在科學領域，生物與化學聯系頗為緊密，細胞代謝中的物質轉化過程，與化學的氧化還原反應原理高度契合。例如，教師在梳理物理“綠色植物的光合作用”內容時，就體現出上述融合節點，基于該節點，教師可引導學生寫出光合作用產生氧氣、消耗二氧化碳的化學方程式，實現跨學科知識融合。此外，將生物知識與數學學科融合時，教師需要將生物數據統計、圖表繪制列為核心融合點，在教授學生“調查周邊環境中的生物”章節時，需要組織學生分組調研校園物種，要求其運用數學統計方法算出物種比例，并繪制柱狀圖，呈現調研結果，借此讓數據呈現得更為直觀、科學。

挖掘出各章節零散的融合點后，教師即可按照生物知識的邏輯脈絡，以專題形式進行整合。匯總所有與“生物實驗數據處理”相關的跨學科點，形成數學統計專題；把涉及“生物新技術應用”的內容集結，打造技術應用專題。同時，為學生制作思維導圖、知識圖譜，用可視化方式向學生展現融合路徑，讓學生清晰地看到生物課程里STEM各學科知識的融合之處，真正將碎片化融合轉化為連貫的跨學科學習脈絡，為后續整合教學筑牢根基。

（二）圍繞生物單元核心知識，設置跨學科屬性問題鏈

初中生物課程融入STEM理念，重在打破學科壁壘，用鏈式問題搭建橋梁，而學生認知是從淺到深、循序漸進的過程，教師在設置鏈式問題時需要遵循這一規律，先以簡單生物知識作為問題的起點，隨后過渡到較為復雜的物理設計，最后使用數學知識量化解題過程，逐步提高難度，避免學生因起步太難而畏縮，穩步拓展其知識邊界與思維深度，保障學習效果。

教師需深度剖析生物教材中的各章節內容，梳理出關鍵概念與原理。例如“細胞是生命活動的基本單位”這一單元，核心知識涵蓋細胞的結構、功能以及其與生命活動的關聯。確定這些重點后，教師可以此為圓心向外拓展跨學科聯系。其中，“細胞結構里，細胞膜控制物質進出”這一知識點不僅是生物知識的關鍵，還涉及物理學科中的分子擴散原理，以及化學學科里的物質溶解性相關知識。

教師可基于此關鍵知識點，設置跨學科屬性問題鏈。起始問題要基于生活情境，勾起學生好奇心，向學生拋出問題：“我們吃的鹽，進入身體后是怎么跑到細胞里去發揮作用的？”用這個問題引導學生先從生物角度思考細胞吸收物質的需求，接著促使學生聯想化學里鹽的溶解特性，以及物理中分子擴散的動態過程。

基于此，進一步加深學生的思考深度，緊跟前面的問題，追問學生：“細胞的哪部分結構負責篩選這些進入的鹽分，它依據什么物理或者化學特性完成篩選？”此時，教師可引導學生通過回憶生物知識里細胞膜的選擇透過性，并結合化學的物質極性、物理的粒子大小等知識作答。問題鏈要具備總結歸納與拓展性，類似于總結式的發問：“同學們，了解了細胞吸收鹽分的整個過程，你對醫學上設計藥物運輸體系有什么認識？此外，工程師在制造人工細胞膜模擬物時，要考慮哪些要素？”利用該問題把生物知識升華到工程技術、醫學應用層面，完成跨學科知識閉環，這時候，思維活躍的學生可能會思考未來藥物運輸新方案，把課堂所學延伸到前沿科技領域，真正讓基于STEM理念的跨學科學習落地生根。因此，圍繞核心知識設計跨學科問題鏈，能夠促使學生不再孤立地看待生物知識，通過編織跨學科知識網絡，提升學生的綜合素養與創新能力。

（三）布置綜合性生物學習項目，增強跨學科知識實用性

綜合性生物學習項目能夠驅動并促使學生主動挖掘知識間的內在聯系，構建起跨學科知識網絡，加深對各學科知識的系統性理解，達成深度融合的目標。不同學科具備各異的思維特性。科學講究實證探究，技術側重應用轉化，工程聚焦系統規劃，數學強調邏輯推導，而綜合性生物學習項目能夠搭建起多元能力培養的優質平臺，讓學生的思維模式更趨向于多元化，增強跨學科知識的實用性。

教師需要緊扣課程標準與教學目標篩選項目主題，挖掘能串聯多學科知識的生物話題。以“多種多樣的生物”章節為例，因植物生長涉及物理中的光、化學中的營養物質合成，教師可圍繞該章節內容構建項目。先引導學生拆解大主題，細分出“種子萌發條件探究”“植株生長中的物質運輸奧秘”“開花結果的環境調控”“植株生長營養需求分析”“花期授粉方式調研”等子項目，讓任務層次分明，形成層層遞進的項目架構。

在項目籌備階段，教師需要為學生提供豐富的學習資源。為了讓學生更直觀地了解植物的生命周期，可在線上為學生挑選一系列科普視頻，尤其是植物紀錄片，通過生動的畫面，將植物的出生、成長、繁殖等過程一一展現，讓學生在視覺上感受到大自然的奇妙。此外，教師還可在生物課堂中巧妙地引入物理實驗演示動畫，生動地向學生展示光對種子萌發的影響，這種動畫形式的展示，不僅能夠讓學生對物理知識有更深的理解，還能激發學生對科學實驗的興趣。同時，教師可為學生準備化學實驗視頻，為其詳細講解植物光合作用的微觀過程，將抽象的化學知識具象化，便于學生理解和掌握。

在分組實施項目時，教師需要為每組學生制定具體的項目探究任務。以“種子萌發條件”項目為例，教師可指導對生物學感興趣的學生進行實驗操作，通過調控水分、溫度、空氣等變量，觀察并記錄種子萌發的過程和數據。在這個過程中，學生能夠體驗到生物學實驗的樂趣。對于擅長物理的學生，教師便可鼓勵學生發揮專長，搭建光照設備，調控光強與光周期，探究光對種子萌發的額外影響。這一任務不僅能夠鍛煉學生的動手能力，還能讓學生認識到物理知識在實際生活中的應用，而對化學感興趣的學生，教師則安排其分析種子萌發時營養物質的轉化，檢測淀粉、蛋白質分解產物，在讓學生在探討化學知識的同時，為整個項目提供有力的數據支持。

在整個項目實施過程中，教師需要組織小組定期展開討論，引導學生分享實驗心得，交流探究成果。在討論中，教師充分發揮輔助作用，確保學生探討的方向不偏離主題，同時引導學生發現問題、解決問題，提高學生的綜合素質。當項目結束，教師還需鼓勵學生復盤反思，整理項目中的知識漏洞與合作短板，進一步內化跨學科探索經驗，為后續學習筑牢根基，真正把生物課堂變成跨學科知識的實踐場。

四、評估STEM教育理念下初中生物課程教學的成效

評估STEM教育理念下初中生物課程教學的成效是確保教學質量、推動課程改革的關鍵環節。教師需要先建立一個多元化的評價體系。以人教版七年級生物上冊中“認識細胞”這一章節為例，該課程要求學生利用所學知識制作細胞模型，這不僅是檢驗學生對生物學知識的實踐應用，也是對數學、工程學知識的綜合考驗。在學生完成任務的過程中，教師細致觀察學生在小組討論中的互動、在實驗操作中的技能掌握以及在成果展示中的表現，特別是在計算細胞模型體積、設計細胞結構穩定性等方面，評估學生是否能夠整合跨學科知識，將抽象的STEM理念轉化為具體的實踐操作。

為了更深入地了解學生對STEM教育理念下生物課程的認識和感受，教師可向學生發放問卷。問卷內容涵蓋學生在制作細胞模型過程中對數學、工程學知識應用的自我感知以及團隊合作、問題解決能力提升的主觀體驗。通過問卷結果，教師能夠從學生的角度獲得反饋，評估STEM教育理念對學生興趣和自信心的激發程度。

最后，利用成果展示與評價環節進一步鞏固評估的全面性。教師可鼓勵學生展示自己精心制作的細胞模型，同時，向全體師生闡述設計理念、制作過程及遇到的困難。教師可在這一環節邀請其他學科教師和家長共同參與，評價內容不僅要包括細胞模型的科學性和創新性，還需要評估團隊合作程度等軟技能。通過這種多角度的評價，教師能夠更準確地判斷STEM教育理念在生物課程中的實際成效，也能夠為學生提供一個展示自我、反思學習過程和成果的平臺。這種融合觀察、問卷和成果展示的評價方法，不僅能夠有效地評估學生在STEM教育理念指導下的學習成效，還能促進學生跨學科能力的提升，為未來的生物課程教學提供寶貴的經驗和啟示。

五、結語

本文研究了STEM教育理念與初中生物課程的整合策略，深入剖析了STEM教育的跨學科、重實踐、強探究特性，并探索其在初中生物教學中的融合路徑，最終實現提升生物教學質量、培養學生綜合素養的教育目的，為初中生物課程改革提供參考依據。在未來的研究中，相關教育者應繼續挖掘跨學科融合的深度與廣度，優化教學設計，注重實踐操作，以更好地推動STEM教育理念在初中生物課程中的應用，為培養具有創新精神和實踐能力的優秀人才貢獻力量。