STEM理念在高中生物教學中的嘗試

摘要：基于STEM教育理念，以“酶的作用和本質”為例，筆者通過情境引入-提出問題-協作探究-分享交流-聯系生活等五個環節展開教學活動，創設問題情境，激發學生學習興趣，培養學生的問題解決能力、創新能力以及表達能力等，從而促進學生生物學核心素養的發展。

關鍵詞：STEM理念；高中教學；綜合能力

STEM代表科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics），它由這四門學科有機整合在一起，是一種跨學科的新型教育形式。STEM教育重視實施開放與動態的課程，要求學生利用已有知識解決問題，同時拓展和完善知識體系，具有生動性；同時強調運用跨學科整合的思維解決真實情境中的問題，具有融合性[1]。

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》也明確提出“將科學、技術、工程學和數學（STEM）整合到實踐活動中，以適應對超越學科本身知識和能力的要求，以及社會發展對人才培養的需要。[2]”由此可以看STEM教育與課程標準的要求不謀而合，所以在中學課堂中結合STEM理念進行教學是很有現實意義的。

1、設計理念

由于STEM在我國起步較晚，文獻相對較少，沒有太多的借鑒，初步設置教學實施過程為：情境引入—提出問題--協作探究--分享交流—聯系生活五個環節。以學生為學習主體，結合現實生活，開展STEM教學。

2、教學目標

本節課內容位于人教版高中生物（必修一）第五章第一節，主要闡述了酶的來源、化學本質及催化作用，為酶的特性的學習奠定一定的理論基礎。本節的教學目標是：①學生能準確說出酶的概念；能利用化學學科的相關知識，來探究酶具有催化作用。②提高學生的實驗操作能力，培養學生科學探究能力。③認識自然，了解自然，將科學理論與生活經驗緊密聯系，培養學生運用多學科知識解決問題，發展生物學核心素養。

3、基于STEM理念的高中生物學教學實踐

3.1情景引入，激發興趣

講述“王安石臉黑就醫”的故事作為課堂的引入，相傳王安石的臉很黑，別人都擔心他是生病了，于是喊來了大夫。大夫說，此垢汗，非疾也，進澡豆令公會面。醫生的藥方是用澡豆洗臉。那到底什么是澡豆呢？它為什么具有這樣神奇的功效呢？利用問題串，結合學生對傳統印象的沖突感，調動學生的好奇心與主動性，引發學生的學習興趣。

3.2分析情景，提出問題

教師對澡豆進行介紹：據千金翼方和外臺秘要所載，澡豆此物，乃豬胰磨成糊狀，在佐以其他輔助中草藥，自然風干制成的塊狀物。經過現代科學證明，澡豆去污的神奇功效是因為酶在起作用，那什么是酶？它的本質是什么，又具有什么作用呢？通過讓學生了解澡豆實質，為新課都展開做鋪墊。

3.3協作探究，完成實驗

結合問題，教師引導學生展開實驗研究。老師拿出興趣小組提前用豬胰制好的兩種澡豆，一個是用新鮮豬胰制成，另一個是變質的豬胰制作而成的。給學生提供給染料，檢驗兩種澡豆的去污效果，結果發現新鮮的豬胰效果更好。

由此可以看出，酶是由活細胞產生的。既然酶能去污，那酶到底是什么物質呢？讓學生以小組為單位查閱資料，了解酶的發現過程，結果發現大部分的酶的本質是蛋白質。

經過上述的研究，我們發現酶是一種有機物，大多數是蛋白質，少數是RNA。那么這種由活細胞產生的有機物——酶，又具有怎樣的作用呢？為了探究酶在化學反應中的作用，組織學生提取出脂肪酶來進行第二個實驗：檢測脂肪酶的化學作用。

小組撰寫實驗報告，包括實驗目的、實驗原理、實驗材料用具確定、實驗中的自變量和因變量、實驗注意事項等。多數組選擇取等量的脂肪分別注入AB兩支支相同的試管，向A試管中分別加入脂肪酶和能水解脂肪的無機催化劑—鹽酸，接著將兩支試管靜置于同樣的環境，一段時間后，用蘇丹Ⅲ染液檢測脂肪是否還存在。

在該過程中，學生通過收集資料，結合以前所學生物實驗的方法以及運用數學和化學知識提取物質和計算稱量配置溶液等，以此來分析、解決問題，提高了學生的問題分析能力，動手能力和合作探究能力，充分體現了STEM的科學、技術與數學的融合。

3.4分享交流，總結反思

各個小組分享實驗結果，老師進行點評，同時分析導致實驗失敗的原因。比如一些學生提取的脂肪酶純度不夠，染液的配制操作不當等。最后總結出酶是由活細胞產生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數酶是蛋白質。

通過學生的表達與評價，老師能了解到學生對知識的理解程度和應用情況以及實驗操作能力的情況，培養了學生的邏輯思維，努力打造STEM型的創新人才。

3.5結合實際，發展素養

那么王安石到底有沒有用澡豆解決他的煩惱呢？請同學們下去查閱資料，完善這個故事，讓同學們以小品的形式演繹該故事。

在課后讓學生們嘗試用其他材料制作澡豆，比較哪種去污能力更強，同時在制作過程中，對澡豆的外觀進行設計，制成各種形狀，使其更美觀。然后將澡豆免費贈送，供大家洗手之用，養成愛干凈的習慣。以此培養學生的創新動手能力、提升社會責任意識。

4、教學反思

STEM理念下的生物教學實踐更注重于在教師下，開展實踐活動，凸顯學生的主體性。但這就意味著課堂的掌握更難，課時相對也會長一些，對老師的要求也較高，所以要求老師要合理的把握課堂，保證課堂效率。而且STEM課堂沒有一個固定的模式，所以老師要隨時觀察課堂效果，及時的完善課堂設計，使其達到最佳的效果。

同時STEM教學不僅可以在課堂上，在課外也可以開展，比如還有可以通過調查周圍熟悉的家庭中紅綠色盲、高度近視的發病情況來了解遺傳病的發病概率；在學習“種群和群落”一節后，可以指導學生開展“探究土壤中的動物類群豐富度”的探究性學習等等，將課內和課外結合起來，擴大STEM教育的影響范圍，培養創新性人才。

參考文獻：

[1]石進德. STEM教育在發展高中生物學核心素養中的應用[J]. 福建基礎教育研究， 2016（8）：100-101.

[2]中華人民共和國教育部制定. 普通高中生物學課程標準[M]. 人民教育出版社， 2018： 4-5.

基金項目：

西華師范大學英才基金（17YC324 ）

作者簡介：

葉艷姝（1997.3- ），女，四川眉山人，生物教育專業碩士在讀。

通訊作者：

范曾麗（1981.7- ），女，四川簡陽人，博士，副教授，研究方向為生物課程與教學論