STEM教育理念下高中生物活動課教學案例初探——以“微生物的培養與應用”的拓展實驗為例

陳 宜

（武漢市第十四中學 湖北武漢 430061）

1 問題背景與意義

隨著國家發展學生核心素養體系的發布，重視和深化發展學生核心素養成為基礎教育改革的熱點和方向，落實立德樹人是課程改革的核心和根本任務，發展學生的核心素養是育人的重要目標。生物學學科核心素養由生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任4個要素組成。這四個要素是一個統一的整體。現在的學生普遍表現在理論知識及問題分析能力較強，但創新能力、動手設計和解決實際問題的能力較弱。教師需要在生物學教學中提高學生的合作探究、實驗設計、動手實踐、表達交流等方面的能力，培養學生的生物學學科核心素養。

STEM教育理念源自美國，它是科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），數學（Mathemat?ics）四門學科融合的簡稱，重在培養學生的四種素養，包含了科學素養、技術素養、工程素養、數學素養。這與生物學學科核心素養的生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任4個維度上的體現是一致的。

2 STEM教育理念下高中生物活動課教學模式建構

與傳統教育相比，STEM教育能為學生提供多樣的學習方式，使其從不同角度認識和改造世界，更注重學生在動手創作中能提出的創意和靈活運用所學知識，更注重過程性評價。在課程教學過程中，教師不僅僅是傳道授課解惑者，更是課程項目的設計者、活動的組織者和知識探究的引導者。因此，多元化的教育形式將會極大地提升學生的學科素養和綜合應用實踐能力。

在高中生物學教學中，教師可以根據學校的實際條件，優化傳統教學課堂的教學結構，創建具有本校特色的STEM活動課課程，并在實施中不斷努力培養學生的各種素養，讓他們在開放與交流，溝通與分享的氛圍下，接觸新的技術手段，激發創造欲望。教師在高中生物活動課程中實施STEM教育，促使學生在真實任務情境中發現和探究問題，并嘗試綜合運用多種知識和技能來解決問題，從而發展學生的生物學學科核心素養。

具體設計流程如圖1所示。

圖1 STEM生物活動課程設計流程圖

2.1 構建學生實驗小組，制定活動方案

學生分組，選出組長。教師指導各組學生學習STEM教育理念和相關的理論知識，制定研究活動的方案，分析項目式活動的可行性。

2.2 創設具體的情境，提升學生的學科核心素養

課上，教師使學生帶著真實的任務在探索中學習，融會貫通、學以致用，從而達到培養學生的高階思維，提升核心素養的目標。例如，組成細胞的有機物質的化學鑒定和生物學鑒定、探究生物催化劑與無機催化劑的異同等，這些都是學生可以實施的項目。各組選取可行的項目進行實驗設計，分小組匯報展示、分析預期結果。

2.3 利用本校的資源，完成活動項目設計

教師實施學生走出教室、回歸自然的體驗式教學。例如。在“校園綠化調查與設計”中，學生以小組為單位對校園植物資源進行分類，查閱植物分類學資料，厘清名稱、形態特征、分類等，最終完成校園植物調查統計表，對校園植物進行掛牌活動。

2.4 實現評價的主體多元化和方式的多元化

教師設置自評、小組評、教師評等多種評價方式，通過優化學生的經驗，促進學生獲得成就感和價值感，在潛移默化中培養學生的勇于探究、理性思維、解決方法等核心素養。

在課程實施時，教師可以按照“明確問題—理論探討—策略分析—課例實施”的思路，引導學生探究。在確定STEM項目式探究方向后，教師根據本校資源和學生情況制定具體實施方案，并不斷在實施的過程中進行方向調整，最后形成具有本校特色的高中生物STEM課程活動方案。

3 STEM課程設計應用實例

以高中生物教材選修“微生物的培養與應用”的拓展實驗教學為例，對如何在高中生物活動課教學中應用STEM模式來進行探討。

3.1 創設情境，引出探究主題

在學生學習了微生物的培養與應用的相關基礎知識后，教師激發學生進一步探究微生物的興趣，激發學生思維的積極性，并點燃學生認識生命世界、解釋生命現象的熱情，培養學生的生命觀念。

3.2 設計實驗，鼓勵拓展實驗

教師引導學生從教科書所學出發，提出自己感興趣的問題，并選擇其中最有探究價值的問題作為小組或全班共同探討的命題。

師生一起將學生已提出的問題進行分類，如基礎性的問題、方法性問題，或是能力拓展性的問題。教師按不同學科方向將學生分組：基礎性的問題可以通過學生自己看書、查資料來解決；解決方法性問題需要在教師適當指導下，運用正確的方法；能力拓展性問題則需要學生運用創造性思維去解決。

在制定實驗項目的過程中，教師要注意激發學生探究的欲望，鼓勵學生運用科學的思維方式和實驗方法在課后持續性地進行自主探究，真正做到學以致用，能運用所學的知識去嘗試解決生產生活中的生物學問題，從而體現科學思維學科核心素養的要求。

學生們查閱各方資料，請教各專業教師，還咨詢了華中農業大學iGEM團隊的學長學姐們，最后確定了表1中的3個實驗項目。

表1 學生分組實驗項目設計

3.3 實驗操作，數據跟蹤記錄

將小組各成員任務具體化、項目化，以小組為單位進行實驗操作。

3.4 反饋交流，研討總結

一周后，各小組成員代表展示本組的實驗結果與實驗分析（表2），并提出實驗中的困惑：①實驗中采取了哪些相應方法手段，現象與結論是什么？②實驗成功最關鍵的思路是什么，為什么要這樣設計？③有什么新問題有待解決?跨學科的探究是否成功？……師生共同思考這些問題，教師引導學生分析總結實驗中的優點和不足，增強學生的自信心和小組集體榮譽感。

表2 各組實驗結果及分析

在這個過程中，教師通過師生評價、生生評價等多種形式，激勵學生勤思敢辯，使學生的學習熱情得到激發，從而體驗成功的喜悅，不僅充分發揮了學生的主體作用，而且有利于對學生“科學探究”素養的提高。

4 結語

教師將STEM教育的理念運用到高中生物課堂中，能夠充分調動學生學習的主動性和積極性，讓學生具有強烈的求知欲望和學習動機，從而自覺、自愿地開展探究。學生在學習生物學科知識的同時，提升了發展交流能力，提高了科學思維、實驗探究能力，實現“提高學生生物學核心素養”這一高中生物學課程的核心任務。