STEM教育理念下高中生物學(xué)選修課程體系的建設(shè)

陸夏君

(浙江省杭州第十四中學(xué) 310006)

我國(guó)現(xiàn)行必修課程是建立在對(duì)知識(shí)加以分類基礎(chǔ)上的分科課程，課程定位是以精英教育和升學(xué)取向?yàn)橹鳎n程實(shí)施的核心內(nèi)容是以教材為知識(shí)載體，以掌握知識(shí)內(nèi)容為主要目的，紙筆測(cè)驗(yàn)是主要的選擇人才方式。此課程體系對(duì)培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)科素養(yǎng)、環(huán)境意識(shí)、創(chuàng)新精神和動(dòng)手實(shí)踐等有一定制約，在現(xiàn)行的高中生物學(xué)科中尤為明顯[1]。因此，高中生物學(xué)選修課程體系的建設(shè)刻不容緩。由于生命科學(xué)的嚴(yán)密性、復(fù)雜性，以及未來(lái)生物科學(xué)的發(fā)展需要更多的復(fù)合型人才，尤其是那些既擅長(zhǎng)理化知識(shí)又會(huì)數(shù)據(jù)處理、還會(huì)編程建模的跨學(xué)科優(yōu)秀人才，這正契合STEM教育的核心理念。生物學(xué)這樣一門以實(shí)驗(yàn)操作為重心的學(xué)科，能為學(xué)生提供大量動(dòng)手操練的課堂體驗(yàn)，如果課程設(shè)置中再引導(dǎo)學(xué)生參與項(xiàng)目活動(dòng)和問(wèn)題解決，將必修課程學(xué)到的生物學(xué)知識(shí)積極應(yīng)用到生活生產(chǎn)實(shí)際，甚至于世界重大挑戰(zhàn)時(shí)，必將使學(xué)生更深地感受到這是時(shí)代的緊迫需要，也只有這樣才能滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活之需要[2]。

1 基于STEM教育理念下生物學(xué)選修課程體系的設(shè)計(jì)

1.1 選修課程體系的設(shè)計(jì)原則 ①注重學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，即綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識(shí)提出項(xiàng)目、分析論證和實(shí)施解決的實(shí)踐能力；②改善學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，盡可能以探索、模仿和體驗(yàn)等適合個(gè)人特點(diǎn)的學(xué)習(xí)方式為主；③培養(yǎng)方法側(cè)重在科學(xué)探究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、社會(huì)實(shí)踐和合作交流；④課程體系要完整，將相關(guān)課程一體化建設(shè)，即以課程群“打包”方式構(gòu)建，盡量減少課程的碎片化[3]。

1.2 選修課程體系的評(píng)價(jià)原則 所有的評(píng)估與考試都是為了讓學(xué)生知道如何改進(jìn)。因此，務(wù)必改變學(xué)科本位意識(shí)，要認(rèn)識(shí)到考試只是重結(jié)果評(píng)價(jià)的一種方法，要形成符合選修課程的多元評(píng)價(jià)目標(biāo)、多樣評(píng)價(jià)工具和多個(gè)評(píng)價(jià)方法。從終結(jié)性評(píng)價(jià)體系(考試)往發(fā)展性評(píng)價(jià)體系轉(zhuǎn)化，即重視過(guò)程評(píng)價(jià)，如通過(guò)口頭評(píng)價(jià)、即時(shí)評(píng)價(jià)、學(xué)生情感體驗(yàn)評(píng)價(jià)和小組合作群體評(píng)價(jià)等，最大限度地介入學(xué)生成長(zhǎng)過(guò)程中，而不過(guò)分強(qiáng)調(diào)甄別與選拔功能[1]。

2 STEM教育理念下生物學(xué)選修課程體系的類別規(guī)劃

我校有兩個(gè)校區(qū)，一個(gè)在市中心，校園精致、生源優(yōu)秀；一個(gè)在郊區(qū)，生源普通，但校區(qū)面積較大，土地資源豐富，學(xué)生全寄宿。依據(jù)學(xué)校特色，再根據(jù)學(xué)生個(gè)體特征、興趣愛(ài)好和發(fā)展去向，將生物學(xué)選修課程規(guī)劃成三大類： Ⅰ類基礎(chǔ)課程、Ⅱ類拓展課程和Ⅲ類卓越課程。其中市中心校區(qū)偏重于Ⅱ類和Ⅲ類課程，而郊區(qū)校區(qū)側(cè)重于Ⅰ類和Ⅱ類課程。

2.1 Ⅰ類基礎(chǔ)課程 Ⅰ類基礎(chǔ)課程是滿足學(xué)生興趣的發(fā)展需求，提高學(xué)生生活能力。為面向全體學(xué)生即未來(lái)社會(huì)合格公民的需要，基于基本的生物學(xué)核心素養(yǎng)中的“生命觀念”，引導(dǎo)學(xué)生自主認(rèn)識(shí)生命世界、體驗(yàn)感受生命活力，解釋常見的生命現(xiàn)象和健康生活。

2.1.1 走進(jìn)植物世界課程 走進(jìn)植物世界課程主要是普及植物學(xué)分類知識(shí)。

例如，要求學(xué)生識(shí)別出50種以上常見植物，學(xué)習(xí)植物命名的方式，構(gòu)建植物進(jìn)化系統(tǒng)樹，體驗(yàn)物種多樣性，感恩大自然的饋贈(zèng)。從學(xué)校的資料庫(kù)中認(rèn)領(lǐng)喜歡的草本植物，嘗試制作植物分類檢索表。實(shí)地種植南方農(nóng)作物有： 蘿卜、胡蘿卜、芹菜、菠菜、蕃茄、茄子、黃瓜、辣椒、毛豆、蠶豆和大蒜等。實(shí)地種植一方面使學(xué)生掌握最基本的栽培技術(shù)，同時(shí)也極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，提升校園生活的樂(lè)趣。

在此基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生搜集植物生理學(xué)方面的最新研究成果、前沿進(jìn)展，加深對(duì)植物細(xì)胞、水分與礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和植物體物質(zhì)代謝等的理解。

2.1.2 實(shí)用生物學(xué)課程 實(shí)用生物學(xué)課程主要是認(rèn)識(shí)各種標(biāo)本制作的常見工具和材料。

例如，學(xué)會(huì)制作校園內(nèi)常見植物標(biāo)本，識(shí)別常見化驗(yàn)單、分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用實(shí)驗(yàn)室儀器判定血型，并對(duì)血液病的臨床類型和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)血液病的治療有初步了解。學(xué)習(xí)初級(jí)醫(yī)學(xué)知識(shí)、護(hù)理知識(shí)，對(duì)常見的一些突發(fā)狀況(如溺水、中暑和心臟病等)會(huì)急救護(hù)理。分析常見疾病病原體(禽流感病毒、幽門螺旋桿菌和狂犬病毒)，調(diào)研學(xué)校食堂、超市食品中的添加劑、增稠劑和塑化劑，解析香煙的危害，從而提升自我保護(hù)能力。對(duì)校園池塘水質(zhì)、校園垃圾分類及附近社區(qū)垃圾分類、環(huán)保生活和五水共治狀況進(jìn)行綜合調(diào)查，分享講述生態(tài)環(huán)保行為，塑造生態(tài)價(jià)值觀，培養(yǎng)生態(tài)文明素養(yǎng)。

2.2 Ⅱ類拓展課程 Ⅱ類拓展課程是為了滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需求，將學(xué)生興趣轉(zhuǎn)為學(xué)力，面向?qū)ι飳W(xué)有濃厚興趣、對(duì)生命探究有極強(qiáng)好奇心的學(xué)生。通過(guò)Ⅱ類拓展課程，讓學(xué)生獲得“運(yùn)用知識(shí)的藝術(shù)”，將知識(shí)遷移到實(shí)踐，精彩盡在“學(xué)以致用”之中。

2.2.1 側(cè)重自主實(shí)驗(yàn)的拓展課程 通過(guò)別具匠心的系列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探索，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

例如，用化學(xué)提純法測(cè)定蔬菜中的維生素C、利用傳感器探究光強(qiáng)對(duì)光合作用的影響、自設(shè)簡(jiǎn)易裝置測(cè)定小動(dòng)物呼吸速率、制作坐骨神經(jīng)——腓腸肌標(biāo)本、學(xué)校池塘水滴中的微生物世界、舌尖上的童年——自制桂花酒釀和橘子罐頭等。對(duì)小實(shí)驗(yàn)的尋找和不斷嘗試，盡可能開啟學(xué)生各種感官，以發(fā)現(xiàn)世界的不尋常之處。學(xué)生可以小組為單位自主創(chuàng)意并完成小實(shí)驗(yàn)成為學(xué)校選修課程一大特色。

實(shí)踐STEM教育理念，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)和科學(xué)的知識(shí)和技巧分析并解決生物學(xué)中定性的、定量的和生命系統(tǒng)的問(wèn)題。當(dāng)學(xué)生動(dòng)手操作后，就會(huì)明白那就是基本的科學(xué)知識(shí)。通過(guò)一次小小的物質(zhì)測(cè)定、一個(gè)小小的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和一滴自然水的觀察，均傳遞給了學(xué)生這樣的信息： 世界是奇妙無(wú)比的，自然是無(wú)限廣博的，還有許多未知的科學(xué)，需要自己去探索和發(fā)現(xiàn)。

2.2.2 基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的拓展課程 通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，團(tuán)隊(duì)合作，完成生物學(xué)項(xiàng)目，培養(yǎng)生物學(xué)創(chuàng)客思維。

基本的流程包括： 學(xué)生決策立項(xiàng)(如再生材料設(shè)計(jì)太陽(yáng)灶、海水淡化系統(tǒng)、小區(qū)垃圾無(wú)害化處理系統(tǒng)、心中的生物圈二號(hào)、創(chuàng)建生物學(xué)網(wǎng)站、生物學(xué)數(shù)學(xué)建模和生物學(xué)中的化學(xué)問(wèn)題等)→組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)→制訂自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)計(jì)劃→項(xiàng)目過(guò)程管理(記錄、修正和完善)→項(xiàng)目產(chǎn)出(提出可行性建設(shè)方案，可行性論證報(bào)告或成果數(shù)字化展示)→教師總結(jié)性評(píng)估。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)迫使教師變革課堂的教學(xué)方式，倡導(dǎo)生態(tài)性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑精神、理性態(tài)度，從而敬畏生命，守望科學(xué)[4]。

2.3 Ⅲ類卓越課程 Ⅲ類卓越課程是滿足學(xué)生專業(yè)化發(fā)展的需求，成就學(xué)生在生物學(xué)領(lǐng)域中的卓越表現(xiàn)。面向致力于生命科學(xué)并愿意在生物學(xué)領(lǐng)域開拓和創(chuàng)新的學(xué)生，如參加生物學(xué)奧賽、創(chuàng)新大賽的優(yōu)秀生。

例如，分子生物學(xué)、基因工程和細(xì)胞工程作為生物學(xué)的前沿與生長(zhǎng)點(diǎn)，涉及了生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能、生命現(xiàn)象本質(zhì)的研究，在生物學(xué)的發(fā)展中尤其重要。開設(shè)這些內(nèi)容的課程，可為生物學(xué)研究性學(xué)習(xí)提供更多的研究項(xiàng)目與思路。涉及到的所有實(shí)驗(yàn)技術(shù)含量高，生物學(xué)素養(yǎng)要求水平較高。

生物學(xué)卓越課程創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目標(biāo)是培養(yǎng)優(yōu)秀生“走向生物學(xué)家之路”，為此學(xué)校還配備系列卓越課程供學(xué)生選擇： 如“探索細(xì)胞的奧秘”“破譯基因的密碼”“解析生命的穩(wěn)態(tài)”“植物組織培養(yǎng)”“人體生物實(shí)驗(yàn)”和“生物信息學(xué)”等。這些課程基本上側(cè)重于生物學(xué)微觀領(lǐng)域、科技領(lǐng)域，均是生物學(xué)發(fā)展前沿和熱點(diǎn)所在，其中動(dòng)手實(shí)踐操作是該類課程的最大亮點(diǎn)。

以上三類課程的設(shè)置，都充分地考慮到STEM教育概念化的共同語(yǔ)境(即基于項(xiàng)目的教學(xué))，在基于項(xiàng)目的教學(xué)環(huán)境下，充分地考慮到在現(xiàn)實(shí)生活中的運(yùn)用，從而引領(lǐng)學(xué)生將生物學(xué)、化學(xué)、物理、技術(shù)和數(shù)學(xué)等學(xué)科進(jìn)行有效整合。這類課程可以引導(dǎo)學(xué)生從不同角度探究真實(shí)世界，讓學(xué)生成為更加理性的人，能對(duì)人生、對(duì)未來(lái)作出更加睿智的判斷，也為未來(lái)的職業(yè)選擇和個(gè)人發(fā)展奠定基礎(chǔ)[4]。這三大類課程與生物學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)間的關(guān)系如圖1所示。

3 STEM教育理念下的生物學(xué)選修課程資源的開發(fā)

3.1 課程資源的收集 具體如下：

3.1.1 來(lái)自于校內(nèi)資源 如校本選修課程、地方課程讀本、本校高學(xué)歷教師可選資源、網(wǎng)絡(luò)資源、校圖書館、其他優(yōu)秀教材和中學(xué)叢書等。校本選修課程可與國(guó)家必修課程接軌。

3.1.2 來(lái)自于校外資源 如學(xué)校的優(yōu)秀畢業(yè)生，學(xué)校的優(yōu)秀學(xué)生家長(zhǎng)，科技館、博物館和高等院校。浙江省普通高中選修課程建設(shè)的指導(dǎo)意見“構(gòu)建各具特色的選修課程體系，推進(jìn)高中多樣化辦學(xué)。”亦充分說(shuō)明選修課程的開發(fā)還是有較大自由度的，只要保證在課程開設(shè)原則之內(nèi)即可。

3.2 實(shí)施選修課程的條件 生物學(xué)選修課程主要是在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，所以創(chuàng)建數(shù)字化、創(chuàng)新型生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室和STEM微探究中心是課程順利完成的必備條件。

3.2.1 學(xué)校數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 以數(shù)字實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)及配套軟件和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備構(gòu)成，集數(shù)據(jù)測(cè)量、采集和處理的智能化系統(tǒng)，這在很多學(xué)校已經(jīng)成為標(biāo)配，為生物學(xué)選修課程順利開設(shè)創(chuàng)造了條件。

3.2.2 其他創(chuàng)新探究平臺(tái) 如果條件允許，還可考慮建設(shè)STEM微探究中心，實(shí)現(xiàn)高中科學(xué)、技術(shù)和工程綜合實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)。

學(xué)生可以聯(lián)系數(shù)科知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行一系列自主探究實(shí)驗(yàn)、探究活動(dòng)及生物學(xué)選修課立項(xiàng)課題的研究活動(dòng)。