STEM教育理念在高中生物實驗教學中的應用策略

湯禹平

摘要：STEM教育理念是基于多學科知識綜合應用來培養(yǎng)學生問題意識、科學精神、釋疑能力以及實踐操作能力.因此，高中生物教師應在實驗教學中有機地融入STEM教育理念，以達到培養(yǎng)學生多學科知識在生物實驗學習與實踐操作中的應用能力的目的，為發(fā)展學生生物核心素養(yǎng)奠定堅實的基礎.

關鍵詞：STEM教育理念；實驗教學；高中生物

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2023）33-0142-03

STEM教育理念的核心就是強調(diào)學生跨學科知識的整合運用能力，通過科學、技術、工程、數(shù)學等學科知識的跨學科應用來發(fā)展學生解決問題能力與實踐應用能力，且能夠達到提高學生知識獲取與應用效能的目的[1].因此，高中生物教師在實驗教學時，也應有機地引入STEM教育理念，這既與生物新課標要求相符，也能夠促使學生在生物實驗學習與實踐中形成良好的跨學科學習與應用意識，對培養(yǎng)與發(fā)展學生生物核心素養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實意義.本文以“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗教學為例，就STEM教學理念的應用策略進行闡述.

1 基于STEM教學理念，明確生物實驗教學流程教師在運用STEM教育理念開展生物實驗教學之前，要讓學生了解更多的STEM教育理念的內(nèi)涵與流程，并適時、適當?shù)亟Y合實驗教學內(nèi)容來培養(yǎng)、增強學生跨學科知識應用意識、生物實驗自主設計能力以及科學精神等，進而才能促使生物實驗教學與實踐活動的順利開展，為發(fā)展學生生物素養(yǎng)提供保障[2].

教師在開展“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗教學前，必須要設計好如下相關的生物實驗流程.

流程一：情境整合.教師在“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”實驗教學前，必須要為學生創(chuàng)設一個跨學科知識應用情境，以此來激發(fā)、調(diào)動學生利用既有知識的探究欲與實踐熱情.如教師可以利用學生喜歡各種鮮花（以玫瑰花為例）的特點，引出鮮花的培育話題，引發(fā)學生自主思考、探究的熱情，為開展“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”實驗教學奠定基礎.

流程二：提出問題.教師要基于教學導入，適時提出問題：“我們欲大量培育玫瑰花時，會采用什么樣的方法？”“哪種培育方法更適用于大量玫瑰花的培育需求？”“如何提高玫瑰花培育的效率？”

流程三：研究、討論問題.教師可以采用小組合作形式或是學生獨立完成形式，引導學生利用既往學習到的生物學知識、其他學科知識就上述問題展開思考.同時，教師還要鼓勵學生在研究、思考與討論的基礎上形成一個初步的“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗設計方案.

流程四：核心學科知識的構建.教師在學生完成相關的研究、討論活動之后，還要引導學生基于本次生物實驗的目的，運用既有知識（多學科知識，如科學知識、生物知識、美術知識、數(shù)學知識、技術工程知識等）以及生活中現(xiàn)有材料去完成“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”的實驗設計工作.

流程五：整合、優(yōu)化實驗方案.當學生完成“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗方案的設計、材料選擇等工作之后，可以鼓勵學生開展相應的“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實踐活動.同時，教師還要指導學生如何利用既有工具進行生長素（萘乙酸）的濃度調(diào)節(jié)，以保障該實驗的精準度與實驗效果.

流程六：實驗成果展示、討論、交流與評價.當學生完成“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗后，還要為學生創(chuàng)設一個實驗成果展示（分享）、討論與交流的平臺.在學生展示實驗成果的過程中，教師要就學生的實驗成果、知識遷移情況、實驗過程等進行教學評價，同時，教師也要就STEM教育理念在本次生物實驗教學中應用效果進行教學總結與反思.

2 基于STEM實驗應用目標，培養(yǎng)學生實驗設計與驗證能力

由于“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗活動的時間相對較長，且流程四、流程五是本次生物實驗的核心環(huán)節(jié).因此，教師要為學生設計一個STEM教育理念下的跨學科生物實驗活動表（見表1）.在培養(yǎng)學生跨學科知識應用能力的過程中，還可以促使學生在該生物實驗設計與實踐活動中不斷進行實驗方案、方法等的優(yōu)化與改進，使之在“發(fā)現(xiàn)問題→提出假設→實驗設計→科學實踐與求證→實驗結果→得出結論→反思、交流與分享”過程中不斷提升自身的生物實驗設計能力、實驗結果驗證能力、實驗操作能力以及跨學科知識能力，為發(fā)展學生生物素養(yǎng)奠定堅實的基礎[3].

學生在具體的“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗方案設計、實驗方案優(yōu)化、實驗操作等環(huán)節(jié)中，隨時將自己在實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題、獲取的知識以及跨學科知識應用情況等進行總結、記錄與反思；同時，他們也能夠就自己的實驗成果（尤其是階段性的實驗成果）及時地進行總結與反思，使之能夠在實驗過程中及時發(fā)現(xiàn)自身在實驗設計、實驗操作等環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，并加以調(diào)整或修正.學生在不斷的總結與反思過程中，既會增強其生物實驗的設計與實踐能力，還會逐步形成良好的跨學科知識應用意識與能力，這對培養(yǎng)學生工程意識、科學思維、探究能力、科學精神、驗證能力等均具有良好的促進作用[4].學生可以通過“生物實驗活動表”的記錄情況不斷進行該生物實驗設計、實踐操作活動的總結、優(yōu)化以及驗證活動，從中掌握更多的生物實驗設計方法、科學驗證技巧等.同時，學生在調(diào)整或優(yōu)化實驗方法、糾正實驗錯誤等環(huán)節(jié)中還會不斷完善自己的生物知識、生物實驗設計能力，如實驗方案的合理性與科學性等.另外，學生在實驗實踐環(huán)節(jié)中也會感受到跨學科模式下生物實驗學習與實踐的樂趣，在發(fā)揮STEAM理念教學價值的同時，也達到了發(fā)展學生科學思維、探索精神以及生物學科核心素養(yǎng)的目的.

3 創(chuàng)設STEM生物實驗“研學”情境，發(fā)展學生生物學科素養(yǎng)

教師運用STEM教育理論開展生物實驗教學時，還要為學生創(chuàng)設更為豐富的“研學”情境.使之能夠在“研學”過程中體驗、感受到更多的生物實驗學習與實踐樂趣，不斷豐富自身生物知識、提升生物實驗能力.為提高STEM教育理念在生物實驗教學中的應用效能、發(fā)展學生生物學科素養(yǎng)以及跨學科知識應用能力奠定基礎.

由于“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗時間較長，教師可以結合學生實驗開展情況適時地創(chuàng)設相應的“研學”情境.如在實驗設計過程中，教師可以為學生創(chuàng)設一個“實驗方案設計”的“研學”情境，鼓勵學生就該生物實驗方案設計的方法進行廣泛的交流活動，以提高學生生物實驗方案設計能力.如有的學生在實驗方案設計“研學”中，就玫瑰花的生長環(huán)境、扦插溫度等進行了廣泛的研究；也有的學生就玫瑰花扦插實驗時可能出現(xiàn)的各種影響因素進行了討論，如萘乙酸的濃度、扦插溫度等.在實驗中期時，教師也要為學生創(chuàng)設一個實驗中期成果的“研學”情境，并引導學生就自己在“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗設計及中期實驗結果等進行交流與討論，或是實驗設計方案的優(yōu)化及優(yōu)化原因、跨學科知識的應用情況等.如有學生在“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”的生物實驗中期“研學”活動中聽取了同學的意見，并結合自己搜集到的相關知識，及時將原有的萘乙酸濃度配制范圍進行了合理的調(diào)整，將原有的萘乙酸濃度配制方案（原濃度配制方案為0.1～1.0 mg/mL）及時調(diào)整為0.6～1.0 mg/mL，以此來提升實驗設計方案的科學性，且減少了其實驗設計的不合理性.另外，學生在相關的“研學”情境中，既可以了解、學習其他同學的實驗設計方法與技巧，還可以不斷豐富自身的實踐操作技巧以及跨學科知識的應用技巧等，這對豐富學生知識視野和生物學科知識、發(fā)展學生學科素養(yǎng)等均具有良好的促進作用.

4 基于生物實驗各環(huán)節(jié)，開展多元化教學評價

首先，基于生物實驗實施環(huán)節(jié)，開展多元化教學評價.由于“探究生長素類似物促進玫瑰花插條生根的最適濃度”實驗過程較長，教師需定期就學生在該生物實驗中的階段性成果、具體實施情況、跨學科知識運用情況等開展多元化教學評價（如過程性教學評價、賞識性教學評價、激勵性教學評價等），幫助學生及時發(fā)現(xiàn)、了解自身在該生物實驗設計、實踐操作等環(huán)節(jié)中存在的問題或是閃光點，使學生能夠在教師的評價中不斷就自身的生物實驗設計或操作過程加以完善或優(yōu)化，為提高學生實驗質量與效果提供保障.其次，基于生物實驗成果展示，實施發(fā)展性教學評價.過程性教學評價是以多元智能理論、成功智力理論以及建構主義理論為基礎的一種教學評價模式，其更加側重學生的個體發(fā)展情況，能夠有效地發(fā)現(xiàn)、發(fā)展學生的潛能，這對促進學生個性化發(fā)展具有重要意義.因此，教師可以基于學生在該生物實驗活動中的實驗設計、參與情感、科學精神、跨學科知識應用能力、探究精神等開展相應的評價，以達到促進學生個性化學習、跨學科知識應用能力等目的奠定基礎.

參考文獻：

［1］?邵丹丹.STEM理念下的高中生物實驗教學改進策略探析[J].國家通用語言文字教學與研究，2021（10）：75.

[2] 劉閃閃. 基于STEM理念的高中生物學實驗教學實踐與思考[J].中學生物學，2021（10）：35-37.

[3] 宋金艷，馬金剛，呂樂.STEM理念下傳統(tǒng)發(fā)酵工程系列實驗項目式教學[J].中學生物學，2020（9）：72-74.

[4] 陳宜.STEM教育理念下高中生物活動課教學案例初探：以“微生物的培養(yǎng)與應用”的拓展實驗為例[J].中學生物學，2021（5）：68-70.

［責任編輯：季春陽］