STEM教育理念在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

1、    stem教育理念在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用    尚靜 金濤 張大樂摘要：教育理念是培養(yǎng)德技并修、全面發(fā)展人才的基礎(chǔ)和靈魂，stem（science，technology，engineering，mathematics）素養(yǎng)是科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)素養(yǎng)的綜合體現(xiàn)。闡述了stem教育理念在中學(xué)生物學(xué)科教學(xué)過程中的融合創(chuàng)新，以加強(qiáng)中學(xué)生對(duì)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)中學(xué)生物教學(xué)實(shí)踐有一定的促進(jìn)作用。關(guān)鍵詞：stem;教育理念;生物學(xué);教學(xué)生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)學(xué)科。通過生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解種植業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)療、衛(wèi)生等方面的知識(shí)

2、及技術(shù)，從而強(qiáng)化對(duì)生命的感知和認(rèn)識(shí)。生物學(xué)的研究經(jīng)歷了從定性到定量、從宏觀到微觀的發(fā)展后，它的應(yīng)用仍在不斷地?cái)U(kuò)大，如，生物學(xué)在食品、化工、能源和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到了極大的發(fā)展和應(yīng)用。同時(shí)，它和信息、工程等方面的結(jié)合也逐漸增加，對(duì)人類的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生活有著越來越大的影響。相應(yīng)地，生物學(xué)科的教育也越來越凸顯其重要性，它不僅對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)提出了更高的要求，同時(shí)對(duì)教師來說既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)，對(duì)教師的教育理念也提出了前瞻性和創(chuàng)新性的要求。不斷更新的教育理念是生物學(xué)科教育永葆青春的靈魂。傳統(tǒng)的教育理念是按照單一學(xué)科劃分的，雖有利于知識(shí)的系統(tǒng)化、條理化，但是它使學(xué)科之間彼此分離，割裂了學(xué)科之間的聯(lián)系，以知識(shí)

3、為中心，把知識(shí)的傳授作為教學(xué)的最終目標(biāo)，目標(biāo)十分明確。這種教育理念對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有所限制。2017年修訂的中學(xué)生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)：生物學(xué)與其他學(xué)科之間具有密切的聯(lián)系，生物學(xué)的教育應(yīng)力爭(zhēng)讓學(xué)生能用科學(xué)的觀點(diǎn)、思想和方法解決現(xiàn)實(shí)生活中的一些問題，形成相應(yīng)的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。這就需要教師收集與教材內(nèi)容相關(guān)的資料進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)生物技術(shù)、生物信息和生物工程等相關(guān)的研究進(jìn)展有總的了解和把握，將其巧妙地融合到教學(xué)中，提升學(xué)生在未來發(fā)展中所必備的品格和關(guān)鍵能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。在這種背景下，許多新的教育理念隨著時(shí)代進(jìn)步的需要應(yīng)用而生。其中，起源于美國的stem（即scienc

4、e，tech-nology，engineering，mathematics）教育理念與新課程所提出的要求和標(biāo)準(zhǔn)有許多相近之處，這種教育理念可以更好地促進(jìn)學(xué)生在生物教育綜合素養(yǎng)的培育和發(fā)展，stem教育理念所提出的教學(xué)模式和方法可以最大程度地彌補(bǔ)和完善傳統(tǒng)教育理念的不足。一、stem教育理念概述stem教育理念的英文縮寫是由科學(xué)（science）、技術(shù)（technology）、工程（engineering）和數(shù)學(xué)（mathematics）英文首字母組合而成，在這四門學(xué)科中，科學(xué)在于探索自然界所蘊(yùn)含的規(guī)律，完善對(duì)世界的認(rèn)知;技術(shù)是利用自然界的物質(zhì)、能量和規(guī)律對(duì)自然系統(tǒng)進(jìn)行改造和加工的技能;工程是利

5、用科學(xué)技術(shù)以及數(shù)學(xué)方面的知識(shí)，將某些實(shí)體轉(zhuǎn)化為具有預(yù)期使用價(jià)值的人造產(chǎn)品過程;數(shù)學(xué)則是以培養(yǎng)人的邏輯思維為主，研究事物的數(shù)量、空間量化等方面的知識(shí)。但該理念不是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的簡單疊加，而是超越傳統(tǒng)教育的新理念，其特點(diǎn)是將原本分散的4門學(xué)科（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）進(jìn)行有機(jī)的整合，使得學(xué)生所學(xué)到的零碎知識(shí)和機(jī)械過程轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)探究各事物之間相互聯(lián)系的過程，這4門學(xué)科分別代表學(xué)生的四大素養(yǎng)，即：科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)素養(yǎng)?？茖W(xué)的發(fā)展離不開技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)學(xué)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，工程是數(shù)學(xué)和科學(xué)技術(shù)理論的應(yīng)用和實(shí)踐，這四門學(xué)科之間有著相互補(bǔ)充、共同發(fā)展的關(guān)系，在利用該理念時(shí)一定不能將他們其中的任何

6、一個(gè)進(jìn)行孤立，只有在相互交互中才能夠深層次學(xué)習(xí)，才能真正做到培養(yǎng)學(xué)生各方面的知識(shí)和技能。stem教育理念，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科教學(xué)，而不是孤立地教學(xué)。在課堂上，學(xué)生自主探究是主體，教師的教學(xué)是補(bǔ)充，在實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的過程中，拓展了學(xué)生的思維和視野，提高了學(xué)生解決問題的能力。在中學(xué)生物的教育中融入跨學(xué)科stem教育理念，可以更好地讓中學(xué)生將所學(xué)的各個(gè)學(xué)科相互聯(lián)系融合;有利于幫助學(xué)生打下扎實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和解決實(shí)際問題的能力，對(duì)于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要意義。二、stem教育在生物教學(xué)中的應(yīng)用（一）教學(xué)模式上，探索新的教學(xué)模式，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)隨著新課改的不斷深入，新的教育理念對(duì)慣用的教學(xué)

7、模式造成了很大的影響，在以往的教學(xué)中，教師總是教學(xué)的主導(dǎo)者，占據(jù)課堂的主要地位，課堂的主要內(nèi)容往往是知識(shí)的傳授，不能充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，需要去改進(jìn)教學(xué)模式，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主發(fā)展。教師在探索新的教學(xué)模式時(shí)，必須滿足建構(gòu)性學(xué)習(xí)所強(qiáng)調(diào)的探究、發(fā)現(xiàn)和協(xié)助等基本要求。其實(shí)，不難發(fā)現(xiàn)探究式教學(xué)與stem教育理念所要求的相吻合，所以將探究式教學(xué)運(yùn)用于中學(xué)生物的教學(xué)中，把課堂的主人還給學(xué)生，教師提供要解決的問題，創(chuàng)造合適的情境，緊緊抓住學(xué)生的注意力，然后清楚地陳述每節(jié)課的目標(biāo)和任務(wù)，教師作為促進(jìn)者去協(xié)助學(xué)生解決問題。探究學(xué)習(xí)之后，教師需對(duì)所要掌握的中心知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，這樣不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還能夠提高學(xué)

8、生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。在這種教學(xué)模式下，教師以科學(xué)探究的方式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生分組進(jìn)行學(xué)習(xí)，積極探索實(shí)踐，使他們?cè)谧灾魈骄康倪^程中真正理解知識(shí)，并掌握學(xué)習(xí)的方法。如，在學(xué)習(xí)細(xì)胞的吸水和失水時(shí)，首先給學(xué)生列舉出生活中常見的現(xiàn)象，如，在盛有蘿卜條的盤里撒適量的鹽，盤里的水會(huì)逐漸增加，一段時(shí)間后蘿卜條變軟了;集市上賣菜的菜農(nóng)會(huì)通過灑水來保持蔬菜的新鮮;農(nóng)民施肥過多，會(huì)造成燒苗的現(xiàn)象。通過以上現(xiàn)象提出問題：植物細(xì)胞在什么條件下吸水？在什么條件下失水？植物細(xì)胞是怎樣吸水和失水的？再利用動(dòng)畫視頻來展示水分從哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞進(jìn)出的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察和思考，當(dāng)外界溶液濃度較低時(shí)，紅細(xì)胞一定能夠吸收水分漲破？紅細(xì)胞失水和吸水是

9、什么決定的？比較植物細(xì)胞的吸水、失水和動(dòng)物細(xì)胞的吸水、失水有何不同？讓學(xué)生以問題作為線索，明確目標(biāo)，合作探究，主動(dòng)思考，使問題得以解決，最后教師總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，這種教學(xué)模式促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力和相應(yīng)核心素養(yǎng)的提升。（二）課程內(nèi)容上，促進(jìn)學(xué)科間的聯(lián)系，讓學(xué)生建立完整的知識(shí)體系中學(xué)生物科學(xué)的主題有四個(gè)核心：從分子到有機(jī)體、生態(tài)系統(tǒng)、遺傳、生物進(jìn)化，教師在選擇設(shè)計(jì)課程的問題或項(xiàng)目時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注各個(gè)學(xué)科的融合，注重知識(shí)的內(nèi)在邏輯，以促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，生物學(xué)科中重要的知識(shí)點(diǎn)離不開科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的主流思想，它需要以系統(tǒng)的、整體的觀念來看待，這是stem教育理念提出的基礎(chǔ)。在課程內(nèi)容上不在局限于將生物課程進(jìn)行

10、孤立教學(xué)，充分體現(xiàn)了該教育理念的綜合性、跨學(xué)科性的特點(diǎn)。通過引導(dǎo)學(xué)生利用整體的思維去面對(duì)不同的情境，以科學(xué)的方式探索問題的答案，建立完整的知識(shí)體系，并認(rèn)識(shí)到生物學(xué)課程與科學(xué)、技術(shù)、工程等方面聯(lián)系起來解決現(xiàn)實(shí)的問題，使學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)都能夠有所提升。如，在觀察雞卵的結(jié)構(gòu)這一實(shí)驗(yàn)中，與雞蛋結(jié)構(gòu)有關(guān)的內(nèi)容屬于生物學(xué)范疇，但是雞蛋不容易被捏碎，并且在醋酸溶液中容易沉降，又屬于物理學(xué)的范疇，而有關(guān)雞蛋殼的成分碳酸鈣的內(nèi)容又屬于化學(xué)學(xué)科。再如，在種群數(shù)量的變化這一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生觀察“細(xì)菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)量”，探究n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式，描述、解釋和預(yù)測(cè)種群的數(shù)量變化情況，建立以時(shí)間和細(xì)菌數(shù)

11、為橫、縱坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，畫出相應(yīng)的種群增長曲線，更加直觀地觀察種群數(shù)量的增長趨勢(shì)，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)在生物教學(xué)中發(fā)揮的重要作用。在進(jìn)行上述內(nèi)容的教學(xué)中，所授內(nèi)容能夠與其他學(xué)科進(jìn)行密切聯(lián)系，幫助學(xué)生建立完整的知識(shí)體系，將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行整合貫通。（三）課堂實(shí)踐上，開展科學(xué)探究，加強(qiáng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)生物學(xué)同我們的生活和生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)，生物學(xué)科中許多的專業(yè)知識(shí)都可以用來解釋現(xiàn)實(shí)生活中的一些現(xiàn)象。stem教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生的發(fā)展是動(dòng)態(tài)的、開放的，書本不再是教師傳授知識(shí)的唯一途徑，教室也不再是唯一的教學(xué)場(chǎng)所，開放式的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生理解或解釋生命過程和生命現(xiàn)象。在教學(xué)過程中充分發(fā)揮stem教育理念的實(shí)踐性特點(diǎn)，讓

12、實(shí)踐性課程以活動(dòng)為基礎(chǔ)，基于解決問題的學(xué)習(xí)，同時(shí)獲得實(shí)踐的課堂體驗(yàn)。stem教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過程的參與，使學(xué)生不僅能獲得以結(jié)果為基礎(chǔ)的知識(shí)，還能學(xué)習(xí)到在問題解決過程中所蘊(yùn)含的過程性知識(shí)。教師在教學(xué)過程中增加學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生利用科學(xué)的思維進(jìn)行探究，親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，在探究解決問題的同時(shí)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，把問題解決作為課堂的主線來進(jìn)行課程教學(xué)。在課程實(shí)踐上，教師提供給學(xué)生精良的硬件設(shè)施和系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)到實(shí)踐的轉(zhuǎn)變，并結(jié)合知識(shí)提供相應(yīng)的情境，讓學(xué)生通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其中的問題，并嘗試運(yùn)用生物知識(shí)解決問題，促進(jìn)科學(xué)探究、實(shí)踐和創(chuàng)新能力的提高。如，在由人民教育出版社出

13、版的高中生物必修三穩(wěn)態(tài)與環(huán)境第四章“種群和群落”一節(jié)學(xué)習(xí)后，教師可以指導(dǎo)學(xué)生開展“探究土壤中的小動(dòng)物類群豐富度”的探究性學(xué)習(xí)。課堂上理論學(xué)習(xí)結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生走出教室，走進(jìn)大自然，將校園、校外場(chǎng)地等作為研究學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，靈活運(yùn)用科學(xué)知識(shí)，去探究不同理化性質(zhì)對(duì)土壤動(dòng)物群落的影響。再如，在專題傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用中，它涉及到多種與生活密切相關(guān)的食物的制作，如果醋、果酒以及泡菜等。果酒制作的學(xué)習(xí)中，可以先帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)相關(guān)加工廠，去了解該工程的具體操作步驟，然后回到實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生講解果酒以及果醋的制作原理，并引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)出可行的果酒制作裝置，利用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，親自體驗(yàn)葡萄酒的加工過程，獲得醇香的葡萄酒?？偨Y(jié)

14、實(shí)驗(yàn)中所涉及到的知識(shí)，讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和動(dòng)手能力得到提高，通過一系列的工程實(shí)踐后，學(xué)生能夠利用所學(xué)知識(shí)去解釋和認(rèn)識(shí)自然及社會(huì)中的一些現(xiàn)象，將所學(xué)知識(shí)能夠靈活運(yùn)用并掌握，和生活緊密聯(lián)系去解決現(xiàn)實(shí)的問題，培養(yǎng)生命觀念和社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)。在stem教育理念的指導(dǎo)下，教師對(duì)生物學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行傳授時(shí)，不再局限于單科教學(xué)，而是能夠加強(qiáng)各學(xué)科之間的聯(lián)系，利用整體化、系統(tǒng)化的觀點(diǎn)來進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生學(xué)到的知識(shí)也不再是孤立的，能夠建立一個(gè)完整的知識(shí)體系。一堂好的stem課堂不僅要有足夠的深度，還要對(duì)學(xué)生有吸引力，將學(xué)生作為課堂的主體。教師采取以學(xué)生為主體、教師講授為輔、探究為主的教學(xué)模式，讓學(xué)生從發(fā)現(xiàn)問題、提出問題到制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃，并對(duì)所得出的結(jié)果進(jìn)行交流和討論，最終得出相應(yīng)的結(jié)論。這樣能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和解決問題的能力，而且在制定計(jì)劃的過程中創(chuàng)新意識(shí)得到了很大的提升，促進(jìn)他們的生物學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在這種教學(xué)模式的課堂實(shí)施過程中，重心放在了學(xué)生的探究過程，讓學(xué)生的參與度達(dá)到了一個(gè)較為理想的巔峰值，讓學(xué)生自己去安排實(shí)施實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，增加了實(shí)踐的機(jī)會(huì)，利用科學(xué)思維