淺析STEM教育與生物實驗教學的有機融合

江 偉 宛 子

（1.資陽市教育技術裝備電教所 四川資陽 641300；2.樂至縣教師進修學校 四川樂至 641500）

長期以來人們把生物實驗分成兩種基本形式，一種是演示性實驗，一種是學生分組實驗，演示性實驗著重培養學生的觀察能力，分組實驗利于培養學生的操作技能以及如何驗證生物學原理。這樣的指導思想和教學目標決定了我們生物學科實驗的性質和基本教學方式。新《生物課程標準》并沒有排斥和否定演示實驗、隨堂實驗、學生分組實驗等這些基本結構。反而更加強調“倡導探究性學習，力圖改變學生的學習方式，引導學生主動參與、樂于探究、勤于動手、突出創新精神和實踐能力的培養”。而現在的 STEM教學理念正是體現生物實驗教學以及培養學生理性思維的嶄新理念。

一、STEM 教育的起源

STEM 是科學、技術、工程和數學四門學科的簡稱，它分別用Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Mathematics（數學）的首字母來表示。國際技術和工程教育協會（ITEEA） 將 STEM 定義為整合了科學、技術、工程和數學四大要素的新興跨學科課程，強調多學科的交叉融合。

二、我國的STEM教育現狀

近幾年，STEM教育在我國快速興起。但我國STEM教育還剛剛起步，目前我國的課程建設、教育標準與評估機制等方面還很不成熟，不同專家對STEM教育的理解、解讀也千差萬別。STEM教育的推進還有賴于系統的頂層設計，有賴于跨部門的協作和全社會的參與，有賴于科學有效的研究引領和廣泛深入的實踐探索。廣大教師對STEM教育的認識還不夠深入，有待于進一步深化，這應該與教師缺乏對STEM教育系統的學習及缺乏STEM教育具體的實踐等有關，教師還非常缺乏STEM教育方面的培訓。鑒于此，2017年初，教育部印發《義務教育小學科學課程標準》，明確建議教師在教學實踐中嘗試STEM教育。2017年10月印發的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》也明確地將創意物化能力培養作為課程目標，推薦了體驗物聯網、用計算機做科學實驗、開源機器人初體驗等活動主題，引導中小學開展STEM教育。2018年1月新頒布的普通高中課程標準中，很多學科也都明確滲透或倡導了STEM教育思想。

三、我國STEM 教育與生物實驗教學

21世紀是知識與經濟全球化的時代，科技創新的作用愈加凸顯。在教育領域，對創新型、綜合型人才的培養需求與日俱增、迫在眉睫。為此，我國出臺了2017年版《普通高中生物學課程標準》，新課程標準把培養學生的核心素養作為目標；現行的生物學學科核心素養滿足“面向全體學生”、“提高生物科學素養”、“倡導探究性學習”、“注重與現實生活的聯系”等原有課程理念，同時加強了原有“三維目標”的融合，綜合性提升，關注范圍更加廣泛。為了達成這樣的教學目標，在教學過程方面我們要更加重視學生的實踐經歷。重實踐就是強調學生學習過程是主動參與的過程。而生物學科是一門以實驗教學為基礎的學科，生物學的很多結論是通過實驗得出的。為了加深學生對生物概念的理解和提升對知識的應用能力，就要適當的將跨學科知識運用到實踐活動中去，而STEM教育的興起正是為解決這個問題而生。因此，將STEM教育理念與生物實驗教學有機融合迫在眉睫。

圖 新標準與STEM教育的有機融合

把STEM教育融合在生物實驗教學中，能充分激發學生對生物學科的學習欲望，同時能對學生的探究能力、邏輯思維能力、生物學科素養以及理性思維等能力的培養打下堅實的基礎。

STEM 教育滲透生物實驗教學案例1：水果電池

生物學知識：

（1）細胞中的水

結合水：與細胞內的其他物質相結合

自由水：以游離的形式存在，可以自由流動

（2）細胞中的無機鹽

原理：

（1）水果中的酸性液體相當于電解質溶液，由于銅和鋅（鎂）的金屬活性不同，其中較活潑的金屬鋅（鎂）能置換出酸性液體中的氫離子——鋅電極上的鋅單質脫去電子形成鋅離子，進入酸性液體中；脫去的電子通過導線流到銅電極，與酸性溶液中的氫離子結合，形成氫氣分子。

（2）導線中的電流驅動發光二極管工作。

材料用具：

蘋果、檸檬、西紅柿等新鮮多汁的水果，可樂、1.5V堿性干電池2節、1.5V螺口小電珠、大頭針、銅片若干、鋅片若干、導線若干、水杯、鱷魚夾線、發光二極管、數字時鐘。

效果實圖：

STEM 教育滲透生物實驗教學案例2：奇特的眼睛

生物學知識：瞳孔，是動物或人眼睛內虹膜中心的小圓孔，為光線進入眼睛的通道。虹膜上瞳孔括約肌的收縮可以使瞳孔縮小，瞳孔開大肌的收縮使瞳孔散大，瞳孔的開大與縮小控制進入瞳孔的光量。

原理：虹膜呈圓盤狀，中央有瞳孔，位于角膜和晶狀體之間；顏色因含色素的多少和分布而異（中國人：棕色）；含兩種平滑肌纖維；瞳孔開大肌，收縮時瞳孔開大；瞳孔括約肌，收編時使瞳孔縮小。

材料用具：亮度不同的電筒、干電池10支。

實驗效果：學生通過親身體驗后，尋找合適的教學模型將數據分析結果客觀地呈現，并對數據進行有效、合理地分析，從而有效地提升學生科學素養，促進理性思維的養成。

總之，我國STEM教育還在路上，STEM教育的推進和發展還有賴于我們大家付出艱辛努力；老師們，路還很長，我們任重道遠！