基于STEM理念的初中生物教學(xué)實(shí)踐探究

汪婷

摘 要：以一線(xiàn)生物教師的視角，分析了STEM理念下師生任務(wù)的變化，探討將STEM理念作為一種教學(xué)策略，以數(shù)學(xué)思維、合作探究、工程思維、制作模型等促進(jìn)初中生物教學(xué)，切實(shí)可行地培養(yǎng)學(xué)生STEM素養(yǎng)以及生物學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：STEM;初中生物;教學(xué)實(shí)踐

一、STEM理念的內(nèi)涵

STEM教育源于美國(guó)，是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等學(xué)科的整合，關(guān)注對(duì)知識(shí)的遷移、運(yùn)用和創(chuàng)新。STEM教育理念下的學(xué)習(xí)過(guò)程和新課程倡導(dǎo)的探究性學(xué)習(xí)有很多共同特點(diǎn)，均強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，并在此基礎(chǔ)上更注重基于問(wèn)題、基于項(xiàng)目的合作探究，促進(jìn)學(xué)生自身能力的發(fā)展。

二、STEM理念下師生任務(wù)變化

為了滿(mǎn)足國(guó)家和社會(huì)發(fā)展對(duì)創(chuàng)新型人才和技術(shù)型人才的需求，我國(guó)也開(kāi)啟了STEM教育的實(shí)踐歷程，以期進(jìn)一步深化教育改革，推進(jìn)素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

1.STEM理念下教師任務(wù)

STEM理念首先要求教師具備其他各學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備，基于STEM理念分析教材所包含的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、地理等科學(xué)知識(shí)、科學(xué)技術(shù)和工程類(lèi)知識(shí)，不僅要看到本節(jié)內(nèi)容在生物教材上的地位，也要綜合考慮在全科學(xué)習(xí)過(guò)程中的作用，聯(lián)系生物課程標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定符合STEM理念的三維目標(biāo)。其次，教師需要聯(lián)系社會(huì)和生活，選擇合適的問(wèn)題供學(xué)生合作探究，并提供充足的實(shí)驗(yàn)材料供其選擇，課堂教學(xué)中設(shè)置一定的生活或工程情境啟發(fā)學(xué)生思考，并選擇合適的問(wèn)題，給學(xué)生搭好支架，促進(jìn)其探究。此外，教師還要及時(shí)關(guān)注學(xué)生課外探究的實(shí)施情況，并根據(jù)本課的教學(xué)效果進(jìn)行反思，修正自己的教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)自身的不斷成長(zhǎng)。

2.STEM理念下學(xué)生任務(wù)

STEM理念下的生物課程要求學(xué)生提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，具備一定的搜集、分析資料的能力，一定的探究能力、創(chuàng)新的精神和實(shí)踐能力。學(xué)生課前根據(jù)教學(xué)任務(wù)，查閱、搜集、分析資料，并完成一些耗時(shí)較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，做好觀(guān)察記錄。課堂上注意團(tuán)隊(duì)合作和交流，積極參與知識(shí)學(xué)習(xí)、方案制定、實(shí)驗(yàn)操作、測(cè)試改進(jìn)，總結(jié)規(guī)律，構(gòu)建核心概念。課后鞏固新知，把理論應(yīng)用于實(shí)踐，開(kāi)展拓展性研究，用知識(shí)改變生活。

三、STEM理念教學(xué)策略

1.巧用數(shù)學(xué)，滲透數(shù)學(xué)思維

數(shù)學(xué)是科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，生物教材中數(shù)字比比皆是。初中生物的學(xué)習(xí)中，數(shù)學(xué)基本上有兩種用途，一是以數(shù)據(jù)為支撐，理論觀(guān)點(diǎn)更加可靠。二是建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)曲線(xiàn)、柱形圖、表格等直觀(guān)展示，公式和計(jì)算揭示原理，對(duì)生命現(xiàn)象和規(guī)律作出合理的解釋?zhuān)蛘吲袛嗪皖A(yù)測(cè)。例如討論“細(xì)胞為何不能無(wú)限制長(zhǎng)大”這一問(wèn)題時(shí)，可以把細(xì)胞假設(shè)為正方體，以邊長(zhǎng)為1μm、2μm、3μm、4μm分別計(jì)算表面積和體積比，得出結(jié)論，以數(shù)學(xué)模型幫助學(xué)生理解。

2.基于問(wèn)題，合作探究

生物學(xué)是一門(mén)自然科學(xué)，合作探究可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式，學(xué)會(huì)探究的基本方法，在交流合作中碰撞出思維的火花，再?lài)L試運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等知識(shí)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論，歸納總結(jié)核心概念。課外的拓展探究可以拓展思維，學(xué)以致用，讓學(xué)生承擔(dān)起相應(yīng)的社會(huì)責(zé)任。

例如“植物生長(zhǎng)需要水和無(wú)機(jī)鹽”一節(jié)，課前教師可以布置任務(wù)“調(diào)查市場(chǎng)上常見(jiàn)的花肥”，讓學(xué)生分析成分表初步識(shí)得無(wú)機(jī)鹽的種類(lèi);再通過(guò)小組實(shí)驗(yàn)，以完全培養(yǎng)液和缺素培養(yǎng)液分別培養(yǎng)植物，學(xué)生親身體驗(yàn)，總結(jié)出幾種主要無(wú)機(jī)鹽的功能;學(xué)習(xí)結(jié)束后，教師可以讓學(xué)生開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)，例如探究“校園里香樟樹(shù)葉發(fā)黃的原因”，為學(xué)校綠化貢獻(xiàn)自己的力量。

3.關(guān)注生物學(xué)發(fā)展，關(guān)注技術(shù)和工程

相較于以往的STS模式，STEM教育多了對(duì)工程的關(guān)注，要求學(xué)生關(guān)注現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決社會(huì)發(fā)展問(wèn)題，在此過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、對(duì)知識(shí)遷移運(yùn)用的能力和創(chuàng)新能力。

例如在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)時(shí)，教師可以要求學(xué)生親身體驗(yàn)，嘗試?yán)冒l(fā)酵技術(shù)制作食品，可以自由選擇，在家長(zhǎng)的指導(dǎo)下制作酸奶、酒釀、果酒、饅頭、面包、泡菜、黃豆醬等任意一種食物，關(guān)注操作注意事項(xiàng)，品嘗自己親手做的食物。課堂上小組討論制作原理，總結(jié)成功或失敗經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于失敗的同學(xué)而言，可以重新計(jì)劃，課后再次實(shí)驗(yàn)，爭(zhēng)取嘗到成功的喜悅。在此基礎(chǔ)上教師引入現(xiàn)代發(fā)酵工程，和基因工程、細(xì)胞工程相結(jié)合，在醫(yī)藥、食品、化工、環(huán)保等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，為解決人口過(guò)快增長(zhǎng)帶來(lái)的食物短缺、環(huán)境污染、資源匱乏等問(wèn)題做出巨大的貢獻(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)代生物技術(shù)。

4.自制模具，實(shí)踐創(chuàng)新

生物具有學(xué)科的特殊性，有著肉眼無(wú)法觀(guān)察到的微觀(guān)世界，也有平面圖難以展示的立體結(jié)構(gòu)，還有不少?gòu)?fù)雜抽象的生理過(guò)程，僅僅通過(guò)多媒體圖片和視頻展示無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生生物學(xué)習(xí)的需求。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生研究其特性，選擇并收集合適的材料，繪制設(shè)計(jì)圖，制成模型，例如細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型、葉片結(jié)構(gòu)模型、呼吸過(guò)程模型等。制作模型的過(guò)程是一種科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程的思想整合，從做中學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的興趣。材料的選擇和模型的制作方法不作統(tǒng)一要求，學(xué)生發(fā)散思維，求同存異，建構(gòu)知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。學(xué)生通過(guò)模型的制作檢驗(yàn)并鞏固學(xué)習(xí)效果，獲得成功的體驗(yàn)。

如今，我國(guó)的STEM教育正處于快速發(fā)展階段，各位專(zhuān)家學(xué)者不斷為STEM教育實(shí)踐提出理論指引方向，而在教學(xué)實(shí)踐中貫徹STEM理念依舊任重而道遠(yuǎn)，我們一線(xiàn)教師仍需繼續(xù)努力，進(jìn)一步探索將STEM理念融入教學(xué)的方式，為培養(yǎng)出國(guó)家和社會(huì)需要的技術(shù)型、創(chuàng)新型人才而不斷努力。

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編輯 高 瓊