STEM教育在初中生物課程中的應用及分析

李婧云

STEM教育包含科學、技術、工程、數學四門學科，是多個學科之間相互滲透融合的一種教育模式，在初中生物課程無土栽培這個實踐活動中運用STEM教育，可以使學生對于生物知識理解的更加深刻，鍛煉學生的動手操作能力，使學生對生物學科產生更加濃厚的興趣，對學生日后學生生物學相關的學科打下良好基礎，有利于學生的終身發展。

1 STEM教育

STEM教育是指將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）進行有機結合，即教育不單單是某個學科、某一個領域知識的學習，而是結合多個學科的特點相互滲透、相互融合，進行多個學科領域的綜合學習。學生在接受相關科學知識的基礎上，動手實踐操作將技術與工程進行結合，運用數學知識分析和思考的一種教學模式，倡導的是探究式的學習過程，在這個過程中學生學習了相關科學知識，鍛煉了實踐操作能力。

STEM教育將四門學科跨學科地整合起來進行綜合性教育，因此要求學生具有多學科學習的能力素養以及能夠打破學科的界線，打破固有的思想將不同學科相互融會貫通去思考問題，來解決自己看到以及面臨的問題。 STEM教育所涉及地大多是學生在日常生活中可以見到觀察到的現象，教育環境也就不僅限于課堂，還包括課外實踐活動、媒體的傳播內容等，這豐富了學生的生活，拓寬了獲得教育的途徑，加強了與現實生活的聯系，為學生日后用科學的思維去思考問題打下基礎。

2 STEM教育在初中生物學中的實施——無土栽培

2.1 教學過程

問題提出：學生之前學習過了植株的萌發過程以及條件，知道種子萌發需要土壤，教師在這里提出問題：植物生長一定要在土里進行嗎？引發學生思考，植株的生長是否一定需要土壤？教師引導學生理解土壤的作用是給植株提供水與無機鹽，并起到固著的作用，如果給植株提供所需要的營養物質，并將植株固定住，注意通氣，那么植株也能夠存活，教師這里提出無土栽培這個概念。

前期準備：學生初步了解無土栽培的可行性，接下來將學生分為四人一組，讓學生以小組合作的形式查找有關無土栽培的相關資料，學生自行選擇一種植株，為了植株更好的生長，在栽培之前就要對植株的特點、喜好、習性等進行充分的了解以及深入的分析，并購買適合這種植株的營養液。

操作實驗：小組成員認真閱讀說明書，配置營養液，在配置時注意營養液的PH值要符合植物的生長標準，避免發生毒害作用。準備一個容器，把配置好的營養液倒入容器中，把幼苗放入培養液中，注意的是植株的根部與容器保持一定的距離，大概10cm左右，將植株放到溫暖有陽光的地方，注意對植株通氣，定期觀察植株的生長狀況，運用曲線、柱狀圖等圖表工具記錄實驗數據情況，并且注意適時地更換營養液。

交流討論：以小組為單位，匯報分享實驗過程以及結果，展示實驗照片或視頻，小組之間進行討論評價，并分析個別失敗的原因。

2.2 學科要素分析

在本案例中“科學”體現在學生對于植株生長發育過程、條件以及所需營養物質相關知識的學習，為本次實驗的實施打下知識的基礎。“技術”體現在安排學生四人一組提前兩天查閱相關無土栽培所需要的資料以及材料，進行理解、準備工作，小組結合所搜集的材料進行討論分析，同時也培養了學生的合作能力;“工程”體現在學生小組合作制作無土栽培裝置，親自進行實踐操作，培養了學生的動手能力以及解決問題的能力;“數學”體現在學生定期記錄植株生長狀況，如生長高度、健康程度等，對數據進行處理和分析。在分析綜合、合作質疑的過程中，體現生命的物質觀與能量觀。STEM教育并不一定要求4個學科一定面面俱到，對于“技術”可以是信息技術或者教育相關的技術，也可以是具體的與科學知識有關的比如植物組培技術、發酵技術、基因工程等。在”數學”上也并不一定是運用了數學公式等進行了計算，只要運用可數學思維都可以認為是“數學”學科的應用。

當學生運用自己所學的知識成功地培育出自己栽培出來的植株時，就會有一種愉悅感和成功感，對于知識的記憶更加深刻，并且對于這個課題有了更深的理解，增添了興趣，對于日后相關領域的進一步學習有很大的幫助。

2.3 評價標準

以學生實驗操作的過程以及結果為標準將本次實驗評分項目分為五個方面，分別為“科學性”“有效性”“合作性”“可靠性”和“反思性”。每個評分項目又分為三個等級，分別設置得分為“0分”“3分”“5分”。

1）科學性：合理運用相關生物學知識，其中合理運用得5分，未運用得0分;

2）有效性：是否有效完成無土栽培的實驗，其中植株長勢喜人得5分，植株發育良好得3分，植株發育不良得0分;

3）合作性：分工明確、配合默契，其中所有成員共同完成得5分，部分成員完成得3分，1人獨立完成得0分;

4）可靠性：充足樣本數量，采用圖標統計數據，其中進行多顆植株培育，有對照植株，運用圖標統計清晰得5分，進行單個植株培育，有對照植株得3分，進行單顆植株培育，無對照植株得0分;

5）反思性：能發現實驗漏洞并提出改進措施，其中>=2/處得5分，1處得3分，沒有就是0分。

“科學性”：考察了學生對于生物學知識的掌握及運用情況，學生在閱讀營養液配方時，可基本了解到植物對于各種營養元素的相對需求，根據所獲取到的信息進行配置營養液，將植物生長時所需要的營養元素及配比等相關生物學知識進行了學習并親自動手操作;“有效性”：考察學生栽培的植株長勢狀況是否能夠達到無土栽培的目的，根據植株的長勢來判斷無土栽培實驗的完成效果;“合作性”：實驗的操作以小組合作的形式進行的，這里考察學生的小組合作能力以及協調能力，鍛煉學生的團隊合作能力以及溝通能力;“可靠性”：一個實驗是否能夠有說服力，就要多次進行實驗，有多個樣本植株防止誤差，因此設置此項目考察實驗的可靠性;“反思性”：在實驗結束后對于出現的問題學生通過他人的操作與經驗能夠進行交流討論，結合集體的智慧找出問題所在，并反思自己出現的錯誤，提出改進的地方。學生能夠根據他人的成果與經驗找出自己的問題所在，鍛煉了學生的批判性思維以及反思總結的能力。

在小組之間完成匯報分享實驗過程以及結果之后，不同小組成員之間進行討論，與對方小組交流操作時的步驟以及存在問題的部分，對失敗的原因進行討論，依據評分標準對對方小組進行互評，能夠鍛煉學生的思維能力，在評價的過程中進一步回顧無土栽培的實驗過程及注意事項，加深了對于知識的理解以及運用，一個小組對四個不同的小組進行評分，每個小組的成績取四次成績的平均值作為本次無土栽培實踐活動的成績。

3 小結

由于人口眾多，土地資源越來越少，而土地可承受栽種的能力也是有限的，無土栽培是日后解決糧食問題的重要突破口，該技術用基質代替天然土壤，在種植時用營養液進行澆灌，該方法不僅有利于降低栽培成本，也能夠與現代農業發展相適應，有利于提升農業生產效率和質量。在初中生物中利用STEM教育有利于提升學生理解生物學知識，將STEM教育融入初中課堂中，可以將書面化的知識具體化，化理性知識為感性知識，學生的體會會更加深刻。同時STEM的教育理念也與新課改的理念相一致，注重學生科學思維以及科學探究能力的培養，教師在教學的過程中可能常常會忽略學生的動手操作能力以及創新的能力，教師有意識地運用STEM教育有利于提高學生解決問題的能力、動手操作能力以及創新能力，參與程度增加會提高學生學習興趣，使學生更加積極地思考問題，尋找解決問題的方法，同時注重與現實生活相聯系，能夠利用工程學在農業中進行生產實施，學會將所學到的知識運用的生產生活中，將知識生產化、生活化，用來解決實際問題，對于現在社會面臨的一些生產生活以及環境等方面存在的問題，有意識利用學過的知識去思考探究解決問題，有利于增強學生的社會責任感，為學生的終身發展打下基礎。

（作者單位：哈爾濱師范大學）