STEM教育理念下的初中生物學(xué)科實踐素養(yǎng)的培養(yǎng)

孫成蕾 巴青松 劉芳 金剛 沈恬

摘 要：《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》指出，核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的品格和關(guān)鍵能力，其中學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)是落實學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容之一。STEM教育理念實現(xiàn)了跨學(xué)科的教育融合，突出了實踐能力的重要性。文章基于初中生物課程，將STEM理念運(yùn)用到學(xué)科教學(xué)中，發(fā)掘初中生物有關(guān)實踐素養(yǎng)的內(nèi)容，制訂以培養(yǎng)學(xué)生實踐素養(yǎng)為核心的教學(xué)方法，以期優(yōu)化生物課堂教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生的思維創(chuàng)新能力訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

關(guān)鍵詞：實踐素養(yǎng);核心素養(yǎng);生物教學(xué);STEM教育

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 收稿日期：2020-05-25 文章編號：1674-120X（2020）32-0057-02

2016年9月，教育部正式發(fā)布《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》，明確指出學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)將由文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與三個方面引領(lǐng)，以培養(yǎng)全面發(fā)展的人，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新六大核心素養(yǎng)。這六大核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是中小學(xué)教學(xué)改革和教育發(fā)展的新方向。因此，落實三大理念、六大核心素養(yǎng)，對促進(jìn)教育改革、改善教育環(huán)境等具有重大意義。目前，中學(xué)生還處在應(yīng)試教育的大環(huán)境下，教師的課堂教學(xué)主要偏向于對理論知識的教授，另外由于課堂時間的限制以及教學(xué)任務(wù)的繁重，教師很少讓中學(xué)生在課堂上進(jìn)行實驗操作。在課堂教學(xué)設(shè)計中，教師由于忽略了學(xué)生實驗操作的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致中學(xué)生欠缺動手實踐等方面的能力。因而，落實學(xué)科的核心素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生的實踐素養(yǎng)，任重道遠(yuǎn)。

一、STEM教育在中學(xué)生物教學(xué)中的現(xiàn)狀

STEM教育是當(dāng)前教育領(lǐng)域中被提到最多的教育模式之一，也是當(dāng)前社會最火的教育名詞之一。什么是STEM教育？國際技術(shù)和工程教育協(xié)會將其定義為整合了科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）這四大要素的新興跨學(xué)科課程，體現(xiàn)了多學(xué)科的交叉融合，具有趣味性、多維性、協(xié)作性和項目性。在STEM教育理念下指導(dǎo)生物課堂教學(xué)，實現(xiàn)了生物學(xué)與科學(xué)學(xué)科、生物學(xué)與信息技術(shù)學(xué)科、生物學(xué)與工程學(xué)科以及生物學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)科的融合，順應(yīng)了教育改革的發(fā)展要求，有利于課堂教學(xué)的開展，更有利于對學(xué)生實踐素養(yǎng)和實踐創(chuàng)新的能力的培養(yǎng)。

生物學(xué)科是一門理性學(xué)科，強(qiáng)調(diào)使學(xué)生在掌握理論知識的同時，培養(yǎng)理性思維能力，以發(fā)散的思維對事物的本質(zhì)進(jìn)行思考和創(chuàng)新，通過動手實踐將知識運(yùn)用到具體生活中。另外，生物學(xué)也是一門適合開展實踐教學(xué)的課程，教學(xué)內(nèi)容主要涉及課堂實驗操作和課外實踐活動，教師可以通過合理安排教學(xué)環(huán)節(jié)，組織學(xué)生進(jìn)行實踐活動，從而落實對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。初中生物教材中有一欄目為“STS”，即科學(xué)（Science）—技術(shù)（Technology）—社會（Society），這一欄目將生物學(xué)知識與實際生活和科學(xué)技術(shù)聯(lián)系在一起，是STEM教育在中學(xué)生物教學(xué)中的初步體現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時，可以通過相關(guān)知識進(jìn)行實踐創(chuàng)新。如今，STEM教育在中學(xué)生物教學(xué)中應(yīng)用不多，教師應(yīng)當(dāng)合理開發(fā)并利用好這一課程資源，開闊學(xué)生的視野，增加學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣，培養(yǎng)學(xué)生愛動手、愛實踐的品格。

二、實踐素養(yǎng)在教學(xué)內(nèi)容中的應(yīng)用實例

STEM教育這一教育模式具有趣味性、多維性、協(xié)作性和項目性，而初中生物課堂的教學(xué)也應(yīng)該體現(xiàn)這些特性，其中以學(xué)生為主體進(jìn)行實踐教學(xué)就可以應(yīng)用STEM教育模式。以初中生物教材為例，其課程標(biāo)準(zhǔn)包括十個一級主題，主要為：科學(xué)探究、生物體的結(jié)構(gòu)層次、生物與環(huán)境、生物圈中的綠色植物、生物圈中的人、動物的運(yùn)動和行為、生物的生殖、發(fā)育與遺傳、生物的多樣性、生物技術(shù)和健康地生活，這十個主題都涉及了探究性實驗的內(nèi)容，很好地將培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力落實到了基礎(chǔ)教材中。另外，教材內(nèi)容的選擇、教材的活動設(shè)計和編排都利于教師對學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)教育，同時落實了生物學(xué)科的核心素養(yǎng)。

STEM課程是以一門課程為主，其他課程為輔進(jìn)行教學(xué)，因此在初中生物教學(xué)中，我們主要以生物科學(xué)為主，數(shù)學(xué)（顯微鏡下細(xì)胞的數(shù)目）、工程與技術(shù)（顯微鏡、臨時裝片的制作）為輔。初中生物課程的主題之一為科學(xué)探究，其涉及了許多探究性實驗，本文以“觀察細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”這一課程實驗為例，展示小組分工合作制作“人口腔上皮細(xì)胞臨時裝片”和“洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片”的過程。

（一）實驗器材的準(zhǔn)備

依照實驗所需的材料進(jìn)行準(zhǔn)備，如蓋玻片、載玻片、顯微鏡、擦鏡紙、紗布、生理鹽水、清水、涼開水、牙簽、鑷子、碘酒、吸水紙、紫色洋蔥等;學(xué)生可以自行準(zhǔn)備或者和教師一同準(zhǔn)備一些小的實驗器材，如洋蔥、牙簽等。

（二）實驗實施

教師提前告知各個實驗器材使用的注意事項，尤其是顯微鏡的使用。剛剛學(xué)完“顯微鏡的使用”這一節(jié)課，學(xué)生可能會出現(xiàn)操作不當(dāng)?shù)那闆r，在教學(xué)中，教師應(yīng)注意讓學(xué)生熟知顯微鏡使用的步驟和注意事項，保護(hù)顯微鏡，養(yǎng)成愛護(hù)實驗器材的習(xí)慣，并在實驗操作過程中注意安全。

學(xué)生制作人口腔上皮細(xì)胞臨時裝片，需把握相應(yīng)的操作順序，但由于這節(jié)課是學(xué)生進(jìn)入初中以來首次進(jìn)行實踐，不少學(xué)生會出現(xiàn)手忙腳亂、記不清步驟的情況，此時需要教師進(jìn)行引導(dǎo)，提煉簡易的實驗步驟，即學(xué)生只需要記住“擦、滴、刮、涂、蓋、染、吸”七個字這就可以完成人口腔上皮細(xì)胞臨時裝片的制作。同樣，對洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片，只需要記住“擦、滴、撕、展、蓋、染、吸”這七個字，就可以熟練把握和操作臨時裝片的制作這一技術(shù)了。最后小組合作將做好的臨時裝片放在顯微鏡下進(jìn)行觀察。

學(xué)生在實踐的過程中，學(xué)習(xí)到了臨時裝片的制作這一技術(shù)，掌握了顯微鏡使用的步驟和注意事項，并體會到了規(guī)范實驗操作的重要性，極大地培養(yǎng)了實踐能力，增加了的耐心和細(xì)心，加強(qiáng)了小組的協(xié)作性，有利于形成科學(xué)的精神和態(tài)度。

（三）實驗結(jié)果處理

在顯微鏡下觀察到植物細(xì)胞和動物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)后，教師可以讓學(xué)生動手繪制細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖，并與書本上的細(xì)胞模式圖進(jìn)行比較，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。另外，教師可以讓學(xué)生分別記錄不同放大倍數(shù)下細(xì)胞的數(shù)目，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識明確顯微鏡放大倍數(shù)的計算方式并了解顯微鏡下細(xì)胞數(shù)目計算的相關(guān)規(guī)律。

（四）小組交流匯報

小組對繪出的細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行展示，并講解植物細(xì)胞和動物細(xì)胞的不同，相互交流并發(fā)現(xiàn)顯微鏡下細(xì)胞數(shù)目的規(guī)律，小組間相互評價，取長補(bǔ)短，鞏固知識。

總體來說，STEM教育在初中生物教學(xué)中主要涉及實驗探究模塊，其整合了各學(xué)科的教學(xué)聯(lián)系，充分利用了科學(xué)知識、數(shù)學(xué)知識以及工程與技術(shù)知識，體現(xiàn)了學(xué)科融合的優(yōu)點。而新課程標(biāo)準(zhǔn)下的初中生物十個主題內(nèi)容的制定都重在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、提高學(xué)生的實踐能力，突出了實踐素養(yǎng)的重要性。換言之就是教師在課堂上主導(dǎo)的探究性實驗教學(xué)，增強(qiáng)了學(xué)生的實踐能力，同時培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)了學(xué)生對科學(xué)、自然的敬畏，以及生命意識，這也是新的發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)在教學(xué)目標(biāo)中的體現(xiàn)。

三、生物教學(xué)中實踐素養(yǎng)培養(yǎng)的途徑

（一）教師加強(qiáng)教學(xué)設(shè)計，學(xué)生積極參與

生物教學(xué)中實現(xiàn)學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)主要依賴于教師的教學(xué)設(shè)計，表現(xiàn)在新課教授之前，創(chuàng)設(shè)情景，吸引學(xué)生，引起學(xué)生的思考。教師在授課的同時，應(yīng)以學(xué)生為主體，使用維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，邊授課邊操作，進(jìn)行探索式實驗教學(xué)，設(shè)計問題鏈。由于不同的學(xué)生有不同的想法，培養(yǎng)學(xué)生的思維嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性，就體現(xiàn)了教育理念的多維性。另外，在課堂教學(xué)中，教師尤其應(yīng)注意教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計，應(yīng)開展相應(yīng)的教學(xué)活動，使學(xué)生在學(xué)和做的過程中體驗教學(xué)活動的趣味性。教師應(yīng)合理開發(fā)跨學(xué)科課程資源，將信息技術(shù)運(yùn)用到生物教學(xué)中，制作相關(guān)的多媒體課件和教學(xué)視頻，將生物學(xué)教學(xué)融入工程學(xué)中（如仿生學(xué)的應(yīng)用：鳥巢的制作、直升機(jī)的制作），將生物學(xué)運(yùn)用到數(shù)學(xué)中（如數(shù)學(xué)模型的建立、相關(guān)曲線圖的制作），促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

（二）完善教育評價，及時反思教學(xué)

教師要合理審視學(xué)科間的內(nèi)在聯(lián)系，適度融入科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科，但要注意不能喧賓奪主，以達(dá)到課堂教學(xué)最優(yōu)化和教學(xué)效果有益化為目標(biāo)，及時進(jìn)行教學(xué)反思，找出課堂教學(xué)的不足，及時改進(jìn)，教學(xué)過程中多從學(xué)生的角度出發(fā)，換位思考。另外教師和家長需多層次、多角度、多領(lǐng)域評價學(xué)生，不能僅僅局限于成績評價，這會打消學(xué)生參與實驗的積極性，可加入實驗技能操作評價考核，讓學(xué)生和家長都認(rèn)識實踐的重要性，改變重分?jǐn)?shù)輕能力的現(xiàn)狀。

（三）學(xué)校聯(lián)合社會，開展課外實踐

學(xué)校在關(guān)注學(xué)生知識積累的同時，要注重學(xué)生能力的培養(yǎng)以及情感價值觀的塑造，大力支持實踐活動的舉行，提倡校外活動的積極開展。STEM教育在我國發(fā)展進(jìn)程還比較緩慢，當(dāng)今世界是競爭性的世界，國家間的競爭是人才的競爭，探究型人才是培養(yǎng)的重中之重，社會應(yīng)給予學(xué)校大力支持，比如經(jīng)濟(jì)上的支持，讓學(xué)校建立完備的實驗室，讓學(xué)校有實力開展實踐活動。另外，學(xué)校要加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)合，可以組織學(xué)生參觀工廠，或者讓學(xué)生參與到相關(guān)的制作中，提高其實踐能力，培養(yǎng)其實踐素養(yǎng)。

總而言之，學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)不是一朝一夕可以完成的，也不是單方面的努力可以實現(xiàn)的，需要各方面專業(yè)性人才相互配合，編制出合理的適用于中學(xué)生發(fā)展的STEM教育教材，實現(xiàn)教育理念的實踐化，大力倡導(dǎo)生物教學(xué)過程中的探究性實驗。

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