高中生物教学实践模式研究

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摘要：STEM教育理念强调学科整合,多种知识资源合力并行,注重科学与工程设计、技术思维、数学思想等整合到教学模式中,无疑对传统生物教学方式提出挑战,亦是其教学模式变革契机。该理念为高中生物教学注入新内涵,为其教学模式优化提供新导向。

关键词：STEM教育；高中生物；教学模式

科学课程教育，注重运用科学的教育模式及教学手段，核心导向在于提升学生科学思维、创新意识、实践能力以及科学素养等。STEM教育理念缘起于20世纪80年代美国，诞生之理念旨在提升青少年创新能力与实践能力的教育教学有效性[1]。其教学课程重点培养四点：科学素养、技术素养、工程素养、数学素养。强调将科学、技术、工程、数学等有机融合，运用跨学科的综合知识及手段解决现实问题。该理念与生物课程教学相结合，可可促进学生从单一的书面知识理解的初级学习思维，转变为知识与技能同行培养的创新创效的学习思维模式及习惯，有助于培养其独立思考能力、逻辑思维转化能力以及实践能力等[2]。本文以高中生物教学为主题，基于前人学者研究基础，分析STEM理念应用于教学工作中的实践模式，如下：

一、基于现实而创设真实问题情境，激发学生积极性

STEM教育理念以项目课程为核心内容，强调从学生生活遇到的现实问题出发而促使学生从实际案例中深入学习理论知识并将其实践运用。教学过程中，教师应充分了解各个学生的学习特点、知识水平以及认知能力，构建良好的教学情境，以锻炼学生学会在生活中挖掘问题、判断问题、分析问题以及解决问题，以培养学生独立思考能力、逻辑思维转化能力以及实践动手能力。例如分析环境因素对光合作用强度的影响，以培育养蟹田中的黑藻而言，黑藻是养蟹田的首选水草，将其种植于蟹田亦属于生态养蟹的新技术。常言道“蟹大小或蟹多少全得看水草。”可以说养好蟹的前提即必须提升黑藻产量。因此基于课本内容，从如何提高产量的视角出发，引导学生进入研究情境，同时利用信息化手段播放光合作用的动画视频，结合实际例子促使学生更切实、浅显易懂的理解光合作用的实际应用原理及过程，最后可提出相关任务：如要求学生根据课本知识及观看视频的讲解，分析影响光合作用强度的各种因素。相比于单纯讲解课本内容，以实际例子出发并结合动态视频讲解，并结合任务引导，有助于学生更高效益理解知识并知悉其在现实生活中的实践应用，对培养学生逻辑思维转化能力及理论知识实践应用能力具有一定积极作用。

二、短视频演示作参考，规范实验操作技术

规范标准化的实验操作是探索科学的基础，亦是提升生物教学的重要保障[3]。以“酵母细胞固定化”这一节实验课程为例，实验操作往往可有效激发学生参与积极性，该例子实验现象也较为明显、操作过程充满趣味，但该课程部分技术操作也存在一定难度，如要求在40min内完成实验，对于学生而言也并非易事。对于实操活动来说，演示实验操作步骤尽管直观可视化，但可见深度不明显，可控性亦存在局限性。如《酵母细胞固定化》这一课，笔者联合其他教师及实验员将其整个过程拆解化展现给学生，包括“酵母细胞活化、海藻酸钠加热融化(小火分阶段式加热)、固定化酵母细胞(设置注射器推射的距离及角度)、凝胶珠颜色与形状以及弹性检验、观察分析固定化酵母细胞发酵的葡萄糖溶液(闻酒味方法、气泡产生观察法)”等，将各关键环节的操作步骤拍成短视频，为学生提供便捷的学习形式。作为理科学科的生物课程，具有微观性、复杂性、多样性等特点，开展实验教学中，相较于抽象化而操作难度较大的演示性实验而言，以短视频观看为主再行实操为辅可为学生创设更直观、简易的实验氛围，优势在于打破时空限制，且将抽象化的问题直观化、繁杂的问题简明化，的“微”视频替代抽象、操作要求高的演示实验，能为学生创造更加直观真实的实验氛围，将抽象问题直观化、烦琐问题简单化，有助于提升实验活动的可见度及可控性，且短视频具有反复观看的特点，可帮助学生更快打破实验操作的困境。此外其通过更直观仔细的观察、体会及感受，有利于在实验活动中进一步规范技术操作，提升技术素养[4]。

三、多视角即时性纠错，提升工程素养

Stem教育理念中中强调融合工程素养进行学习，旨在力争提升课堂所传授知识内容应用于现实生活的实践性，促进学生在复杂而具有现实价值意义的情境中展开学习，以更有效培养其批判性思考能力及逻辑思维转化能力。再如上文提及“酵母细胞固定化”这一课，短视频中针对海藻酸钠称取量及操作步骤等有细致讲解，学生也在实验前观看数次，但实际操作中仍发现有部分学生在“操作顺序、搅拌方式、溶化程度、加热方式、混合时间、注射频率”等几大关键事项方面产生一系列问题，如有学生搅拌速度过慢，致使海藻酸钠融化过程中残留部分于烧杯壁，直接影响结果精确性。对于实操性错误，事后反省纠正往往实效性不高，因而每当出现差错笔者即暂停活动，指导学生挖掘错误成因，并让其与其他成员协作思考如何分析解决之法。在如此互评交流、反思纠正的基础上，教师可再同步播放关键操作步骤的即时短视频，要求认真观看，以“参考纠错、细致探错、灵活用错、积极改错”而解决实验操作困境，以科学的工程素养开展实践操作，并反复实验形成可靠结果，力争发挥在开展重复工程实践活动中的“新工科”潜能及适应性。而教师若有效掌握且开发利用好学生实验活动的错误集锦，对培养学生批判性思维、自省总结能力亦可起到有效辅助，有利于全方位锻炼学生工程素养，培养其切实、可靠、实际的科学态度及精神。

四、多学科融合，培养数学多样化运用能力

STEM教育教学理念强调将科学、技术、工程、数学等有机融合，运用跨学科的综合知识及手段解决现实问题，以做带学，强化其动脑与动手能力，同时也有助于提升其丰富的感性认知，以培养其知识总结能力。数学知识作为生物研究的必备工具之一，可分析描述、计算及推导生物研究项目，以定性到定量而更全方位、深入化地认识化学变化及其规律，有助于将把生物问题转化为数学问题而高效解决。例如“花生果实大小的变异”，研究内容主要包括花生取样、测定果实长轴长度、数据记录与整理、绘制曲线图等。“花生取样主要实行随机取样，数量＞30粒；测定果实长轴长度即考验测量技能；将所采集的数据绘制为曲线图，则涉及坐标轴知识”等等诸如此类活动的实践过程中直接涉及数学知识，对提升学生问题分析能力、推导归纳能力以及解决能力等均可起到积极作用。再如制作生态瓶，学生需核算各种动物、植物每日的呼吸活动所需的氧气量及各种植物每日光合作用可产生的氧气量；而若要促使生态瓶中不同植物可产生充分维持动物及自身安全存货的氧气量，则同时还需核算植物与动物的体积比例或重量比等，这对数学的融合运用即提出高要求，亦与上述所言培养学生问题分析能力及解决能力等存在同质性。而如此教学通过积极融合各个学科的知识，进一步丰富课堂教学内容，促进学生充分认识到各种知识的相连特性与科学规律，实现其科学素养的有效培养。

五、结束语

STEM教育理念以实践能力培养为核心导向，将知识问题化且再将问题项目化，积极培养学生科学观的理性思维、实践应用能力、团队协作意识，有效打破传统生物教学存在的知识运用形式呆板、实践应用效果不佳等困境。其强调学生实践操作，亦同时与现阶段教育界及学术界强调多专多能的实践型人才需求相对应，对于新工科背景下的科技理工型、创新型人才培养具有重要显示意义。从大环境来看，越来越多的研究者与一线教师逐步将STEM教育理念融入至实践课堂教学中，但对于STEM教育的高中生物及相关课程的教育应用，主要体现在北京、上海、江苏等教育发达的地区，STEM教育理念的普及性应用以及更高效益的应用形式、策略等研究仍任重而道远。

参考文献：

[1]车苗苗,李少梅.指向深度学习的STEM教学模式构建:理念与设想[J].教育探索,2020(1):18-22.

[2]郭丹.基于STEM教育理念的课程教学应用研究[J].课程教育研究,2020(12):29-30.

[3]谢蓓.如何在高中生物教学中培养学生核心素养[J].科学咨询(教育科研),2018(11):109.

[4]孙媛媛.信息技术在高中生物教学中的实践探索[J].新课程研究,2019(13):89-90.

作者：李首智 单位：辽阳市第一高级中学